三相半波可控整流電路__課程設(shè)計報告

1、-?電力電子技術(shù)課程?課程設(shè)計說明書 課程名稱：三相半波可控整流電路設(shè)計 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 學(xué)生：黃 亞 娟 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 志 平時 間: 2021年6月9日 . z- 摘 要整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交

2、流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響。整流電路的種類有很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。關(guān)鍵詞：整流，變壓，觸發(fā)，晶閘管，額定。目 錄摘要2目 錄3引言4一、三相半波整流電路原理分析 41.1.1 純電阻性半波整流電路原理組成 41.2.1主電路設(shè)計 41.3.1 電路原理波形分析 5二、三相半波整流電路數(shù)量分析 72.1.1 輸出值的計算 72.2.1晶閘管的有效值 8三、器件額定參數(shù)計算 8 3.1.1 變壓器參數(shù) 8 3.2.1 晶閘管參數(shù) 8

3、3.3.1 變壓器容量 8 3.4.1 晶閘管額定電壓 8 3.5.1 晶閘管額定電流 8四、MATLAB軟件介紹 9五、MATLAB軟件電腦仿真 115.1.1 MATLAB軟件運用電腦仿真電路模型 115.2.1純阻性負(fù)載三相半波可控整流電路仿真圖像 115.3.1 仿真結(jié)果和實際原理分析比擬 12六、心得體會 12 七、參考文獻(xiàn) 13八 致 14引言 基于 Matlab 的應(yīng)用圍非常廣，包括在信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。運用 Matlab 軟件的處理能力，我們對三相橋式整理電路進(jìn)展仿真分析，對純電阻性負(fù)載及電阻電感性負(fù)載時的

4、工作情況進(jìn)展比照分析與研究，用Matlab 軟件自帶的 Power System 工具箱進(jìn)展仿真，給出仿真結(jié)果，檢驗所建模型的正確性。一、三相半波整流電路原理分析1.1.1純電阻性半波整流電路原理組成三相半波可控整流電路純電阻性負(fù)載，如下圖。圖中T為整流變壓器，為了得到中性線，整流變壓器的二次接成星形，一次繞組接成三角形，使三次諧波都能夠通過，減少了高次諧波對電網(wǎng)的影響。為了得到零線，整流變壓器的二次繞組必須接成星形，而一次繞組多接成三角形，使其3次諧波能夠通過，減少高次諧波的影響。三個晶閘管的陽極分別接入u、v、w三相電源，它們的陰極連接在一起，稱共陰極接法，這對觸發(fā)電路有公共線者連線較方便

5、，用得較廣。1.2.1主電路設(shè)計其原理圖如圖1所示。圖1 三相半波可控整流電路原理圖1.3.1 電路原理波形分析 圖 1.1三相半波可控整流電路電阻負(fù)載，=120時的波形 穩(wěn)定工作時，三個晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120，規(guī)定t=2/3為控制角的起點，稱為自然換相點。三相半波共陰極可控整流電路自然換相點是三相電源相電壓正半周波形的穿插點，在各相相電壓的t=2/3處。在t1時刻觸發(fā)VT1，在t1t2區(qū)間有uuuv、uuuw，u相電壓最高，VT1承受正向電壓而導(dǎo)通，輸出電壓uduu。其他晶閘管承受反向電壓而不能導(dǎo)通。VT1通過的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形一樣，大小相等。在t2時刻觸發(fā)VT2，在

6、t2t3區(qū)間 v相電壓最高，由于uuuv，VT2承受正向電壓而導(dǎo)通， uduv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv= uuv0，晶閘管VT1承受反向電壓關(guān)斷。在VT2導(dǎo)通期間，VT1兩端電壓uT1= uu-uv= uuv。在t2時刻發(fā)生的一相晶閘管導(dǎo)通變換為另一相晶閘管導(dǎo)通的過程稱為換相。在t3時刻觸發(fā)VT3，在t3t4區(qū)間w相電壓最高，由于uvuw，VT3承受正向電壓而導(dǎo)通，uduw。VT2兩端電壓 uT2= uv-uw=uvw0，晶閘管VT2承受反向電壓關(guān)斷。在VT3導(dǎo)通期間VT1兩端電壓uT1= uu-uw= uuw。這樣在一周期，VT1只導(dǎo)通2/3，在其余/3時間承受反向電壓而處于關(guān)斷狀

7、態(tài)。只有承受高電壓的晶閘管元件才能被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓ud波形是相電壓的一局部，每周期脈動三次，是三相電源相電壓正半波完整包絡(luò)線，輸出電流id與輸出電壓ud波形一樣 (id=ud/R)。電阻性負(fù)載=0 時，VT1在VT2、VT3導(dǎo)通時僅承受反壓，隨著的增加，晶閘管承受正向電壓增加；其他兩個晶閘管承受的電壓波形一樣，僅相位依次相差120。增大，則整流電壓相應(yīng)減小。=30是輸出電壓、電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界點。當(dāng)30時，后一相的晶閘管導(dǎo)通使前一相的晶閘管關(guān)斷。當(dāng)30時，導(dǎo)通的晶閘管由于交流電壓過零變負(fù)而關(guān)斷后，后一相的晶閘管未到觸發(fā)時刻，此時三個晶閘管都不導(dǎo)通，直到后一相的晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。從上述波形

8、圖可以看出晶閘管承受最大正向電壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM =U2，晶閘管承受最大反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值，URM= U2 =U2。=150時輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負(fù)載移相圍是0150。 如果將電路中的晶閘管換成整流管，則整流元件就在Wt1.Wt2.Wt3，處自然換相，并總是換到電壓最高的一相上去，相應(yīng)的輸出a相，b相，c相電壓。因此相電壓的交點就是三相半坡電路的自然換相點，即該出的a=0。在Wt1-Wt2期間，a相電壓U最高，在Wt2-Wt3期間，b相電壓最高，在Wt2時刻觸發(fā)晶閘管T2,可使T2導(dǎo)通，此時T1因承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載上得到b相電壓Ub.如此

9、，各晶閘管都按同樣的規(guī)律依次觸發(fā)導(dǎo)通并關(guān)斷前面一個已導(dǎo)通的晶閘管。 圖a所示，是三相電壓觸發(fā)脈沖。 圖b所示，各晶閘管上的觸發(fā)導(dǎo)通脈沖相序應(yīng)與電源的相序一樣。各相觸發(fā)脈沖依次間隔120，每相晶閘管各導(dǎo)電120，負(fù)載電流波形與整流電壓波形一樣，是連續(xù)的。圖c所示，輸出的整流電壓時三相交流相電壓正半周期線。圖d所示，是變壓器a相繞組，即流經(jīng)晶閘管T1的電流波形，可見變壓 器繞組過的是直流脈沖電流。圖e是晶閘管T1兩端的電壓Ut1的波形。二、三相半波整流電路數(shù)量分析2.1.1 輸出值的計算 三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓的波形在一個周期脈動3次，且每次脈動的波形一樣，因此在計算其平均值時，只需

10、對一個脈波即1/3周期進(jìn)展計算即可。對于電阻性負(fù)載而言，當(dāng)，例如=120，如上圖1.1所示，當(dāng)導(dǎo)通的一相的相電壓過零變負(fù)時，該相晶閘管關(guān)斷，此時下一相晶閘管雖然承受正向電壓，但它的觸發(fā)脈沖還未到，不會導(dǎo)通，姑輸出電壓和電流都為零，直到下一相觸發(fā)脈沖出現(xiàn)為止，顯然電流斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)電時間都小于。如果角繼續(xù)增大，則整流電壓將越來越小。當(dāng)=時，整流輸出電壓為零。故電阻負(fù)載時要求的移相圍為。下面分兩種情況來計算整流電壓的平均值： 130時，負(fù)載電流連續(xù)，有：公式3-1 當(dāng)時，為最大，。 2a30時，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有：公式3-2 當(dāng)時， 負(fù)載電流的平均值為 由于晶閘管是交替工作的

11、，流過晶閘管的平均電流為 2.2.1晶閘管的有效值：130時公式3-32a30時，公式3-4三器件額定參數(shù)計算3.1.1 變壓器參數(shù) 有要求之電壓在100V 當(dāng)=120時，U2=100V。 由公式3-2，得 =-58.456V3.2.1 晶閘管參數(shù) 把=100V，=58.456V代入公式3-4知：考慮到一定的電壓裕量，Id=Ud/R3.3.1變壓器容量由，把、代入知3.4.1 晶閘管額定電壓 晶閘管電壓定額一般取額定電壓為正常工作電壓時晶閘管所承受峰值電 壓的2-3倍=(23) 3.5.1晶閘管額定電流晶閘管通態(tài)平均電流： IT=IT/1.57 考慮裕量，晶閘管電流定額一般取其平均電流的1.5

12、2倍=(1.52) 故晶閘管的額定電流取為20A四、MATLAB軟件MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化一級交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)展有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以

13、進(jìn)展矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的根本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式于數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解決問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN的語言完成一樣的事情簡單快捷的多，并且MATLAB也吸收了想Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也參加了對C、FORTRAN、C+、JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用用戶也可以將自己編輯的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便以后調(diào)用，此外許多MATLAB愛好者都編輯了一些經(jīng)典的程序?qū)嵗?，可供用戶自由的調(diào)用下載使用。Simuli

14、nk是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、構(gòu)造和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處

15、理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)展建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同局部具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)立動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)立過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)展設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。. 構(gòu)

16、架在Simulink根底之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB嚴(yán)密集成，可以直接MATLAB大量的工具來進(jìn)展算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)立、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。五、 MATLAB軟件電腦仿真5.1.1 MATLAB軟件運用電腦仿真電路模型5.2.1 純阻性負(fù)載三相半波可控整流電路=0和=60仿真圖像 相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置：1交流電壓源參數(shù)設(shè)置 U=100 V f=25 HZ ，三相電源相位依次延遲120。2晶閘管參數(shù)設(shè)置 Rn=0.001 ,Lon=0.0001 H

17、，RS=50 ,Cs=250e-6 F 。3負(fù)載參數(shù)設(shè)置 R=10 ，L=0 H ，C=inf 。4脈沖發(fā)生器的振幅為5 V ，周期為 0.04 S即頻率 25 HZ，脈沖寬度為2 。當(dāng)=0時，設(shè)為0.003 3 ，0.016 6 ，0.029 9 S 。此時的仿真結(jié)果如下列圖a所示;當(dāng)=60時，觸發(fā)信號初相位依次設(shè)為 0.01 ，0.023 3 ，0.036 6 S 。此時仿真結(jié)果如圖b所示。5.3.1 仿真結(jié)果和實際原理分析比擬仿真結(jié)果和實際原理分析結(jié)果根本上保持一致。在*些方面還存在著誤差，這些誤差可以忽略不計。六、 心得體會 此次?電子技術(shù)?課程設(shè)計，所謂“態(tài)度決定一切，于是偶然又必然

18、地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點： 首先，我學(xué)會了對相關(guān)科技文獻(xiàn)的搜索，一切科學(xué)研究都是建立在前人研究的根底之上的。因此，對于相關(guān)文獻(xiàn)資料的搜索顯得尤為重要。在現(xiàn)代社會中，隨著計算機的普及以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，對于文獻(xiàn)的搜索已經(jīng)從圖書館的紙質(zhì)資料轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)平臺下的電子文檔。通過畢業(yè)課程設(shè)計，我詳細(xì)的學(xué)習(xí)并掌握了中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫的搜索與使用。其次，在畢業(yè)課程設(shè)計的過程中，又對學(xué)過的知識做了一次回憶，并且更深層次的對所學(xué)的知識進(jìn)展掌握，理解了以前不理解的容。通過實際操作MATLAB軟件更進(jìn)一步加深了對仿真技術(shù)的認(rèn)識，并能初步設(shè)計和處理一些常見的三相整流電路故障。了解了以前沒有學(xué)習(xí)的容，使自己的知識面更加的豐富，并慢慢喜歡上MATLAB 給我們帶來的方便。而后，通過對這次畢業(yè)課題的設(shè)計寫作中，不僅磨練了我的意志同時也大大的加強了我