電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告書

1、課程設(shè)計報告題目：三相交流穩(wěn)壓電路課程：電子電路課程設(shè)計概括在分析三相交流調(diào)壓電路工作原理的基礎(chǔ)上，建立了基于MATLAB的三相交流調(diào)壓電路設(shè)計與仿真模型，并對其進行仿真分析研究。因此，通過仿真和結(jié)果分析驗證了所建模型的正確性。因為三相交流穩(wěn)壓電路有星形接法和三角形接法。其中，星形接法有無中性線和有中性線兩種電路，三角形接法有線控、支路控制和中點控制不同的電路。本文主要研究星形連接。關(guān)鍵詞： 仿真；三相調(diào)交流壓；星形聯(lián)結(jié)目錄 TOC o 1-3 u 1三相交流穩(wěn)壓電路分析 PAGEREF _Toc408144874 h 41.1三相交流調(diào)壓電路的工作原理 PAGEREF _Toc4081448

2、75 h 41.2交流穩(wěn)壓電路的諧波和功率因數(shù)分析 PAGEREF _Toc408144876 h 51.3注釋 PAGEREF _Toc408144877 h 52整體設(shè)計 PAGEREF _Toc408144878 h 62.1參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc408144879 h 62.2參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc408144880 h 62.2.1交流電壓源參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc408144881 h 62.2.2晶閘管參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc408144882 h 72.2.3負載參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc408144883 h 72.2.4開

3、關(guān)量發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc408144884 h 72.2.5功能輸入模塊參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc408144885 h 83詳細設(shè)計與仿真 PAGEREF _Toc408144886 h 93.1無中性線三相交流調(diào)壓電路仿真 PAGEREF _Toc408144887 h 93.2交流穩(wěn)壓電路仿真結(jié)果與分析 PAGEREF _Toc408144888 h 93.3仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc408144889 h 104總結(jié) PAGEREF _Toc408144890 h 11參考文獻 PAGEREF _Toc408144891 h 12三相交流穩(wěn)壓

4、電路分析1970年代以來，由晶閘管組成的交流穩(wěn)壓器和可控整流器因其體積小、損耗低、電路和控制簡單、響應(yīng)速度快、價格低廉、可靠性高、使用維護方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。由于其優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和日用電氣設(shè)備中，替代笨重、價格高、性能差的調(diào)壓變壓器或串聯(lián)飽和電抗器。例如功率調(diào)節(jié)、電壓調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、調(diào)光、調(diào)速和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)等，一般采用三相交流調(diào)壓。本文在MATLAB仿真環(huán)境下，利用SIMULINK電力系統(tǒng)工具箱的各種模型建立仿真模型，進行仿真分析研究。三相交流穩(wěn)壓電路原理交流電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)使用寬脈沖觸發(fā)。在實驗裝置中使用具有固定后沿和可變前沿的寬脈沖序列。實驗電路如下：圖 1-1無中性星連接的三相交流電

5、壓調(diào)節(jié)三相交流穩(wěn)壓器的觸發(fā)信號應(yīng)與電源電壓同步，其控制角由各相電壓的過零點計算得出。它由三個單相晶閘管交流穩(wěn)壓器組成。三相負載呈Y形連接，公共點為三相穩(wěn)壓器的中性線。其工作原理和波形與單相交流穩(wěn)壓器相同。圖中，晶閘管觸發(fā)的開啟順序為VT1VT2VT6 。由于中性線的存在，每一相可以作為一個單相調(diào)壓器單獨分析，而每一相的負載電壓和電流只與該相的電源電壓、負載參數(shù)和控制角有關(guān)。圖1-1的分析如下：1 ) 當0 a3 0時，三相導(dǎo)通和兩相導(dǎo)通交替發(fā)生。三相導(dǎo)通時，每相的電阻電壓為相電壓；兩相導(dǎo)通時，通相電阻的電壓為兩相線電壓的一半，非導(dǎo)通相電阻的電壓為零。(2)當60 a90時，由于兩相在任何瞬間都

6、導(dǎo)通，所以同相電阻電壓為同相線電壓的一半；同上，非導(dǎo)相電阻電壓為零。(3) 當90 a150 時，會出現(xiàn)一個三相不導(dǎo)通的部分，即三相不導(dǎo)通的情況。 a在這個區(qū)間內(nèi)。會出現(xiàn)兩相導(dǎo)通或三相故障。兩相導(dǎo)通時，負載輸出電壓如前所述，三相關(guān)斷時，三相負載電壓均為零。(4) a150 時，觸發(fā)脈沖不工作，晶閘管不導(dǎo)通。因此，當三相交流調(diào)壓電路負載電阻時，觸發(fā)角的最大相移角為150 。從以上分析可以得出結(jié)論，交流調(diào)壓得到的負載電壓和電流波形不是正弦波，并且隨著角度a的增大，負載電壓相應(yīng)降低，負載電流開始出現(xiàn)間歇性。當負載為感性時，交流穩(wěn)壓輸出的波形不僅與a有關(guān)，還與負載的阻抗角有關(guān)。此時負載電流和電壓波形不

7、再同相，相移角在 -150左右。由于阻性感性負載的三相交流調(diào)壓工作情況較為復(fù)雜，理論上難以定量分析，本文后面將結(jié)合其仿真波形進行分析。1.2交流穩(wěn)壓電路諧波及功率因數(shù)分析交流調(diào)壓電路采用相位控制方式，使電路中出現(xiàn)缺角的正弦波形，不可避免地含有高次諧波電流，造成電源波形失真。在電力電子技術(shù)中，有功功率、無功功率、功率因數(shù)的計算與正弦電路相同，即：有功功率是一個周期內(nèi)瞬時功率的平均值；視在功率是指電氣設(shè)備的電壓和有效電流的有效值。價值的乘積；那么功率因數(shù)就是兩者的比值。在交流穩(wěn)壓電路中，輸入電壓為正弦電壓，電流為非正弦波，可分解為一系列傅里葉級數(shù)。三相調(diào)壓電路在阻性負載和控制角a下輸入電流的基波和

8、各次諧波含量為：(1)當使用阻性負載或純感性負載時，諧波電流僅包含n =6k+1個諧波分量，諧波含量隨著諧波次數(shù)的增加而減少；(2)隨著控制角的增大，基波和諧波均因電流有效值的減小而減小。但基波衰減較快，諧波分量比基波多； ,(3)負載為阻性和感性時，各次諧波的諧波電流含量小于阻性負載，基波系數(shù)較高。1.3注釋_為保證三相交流調(diào)壓電路的正常工作，其晶閘管的觸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：(1)在三相電路中，至少一相正向晶閘管和另一個反向晶閘管同時導(dǎo)通。(2) 為保證電路開始工作時兩個晶閘管能同時導(dǎo)通，并且在感性負載和控制角較大時，不同相的正負晶閘管可以分別導(dǎo)通。同時，需要使用寬脈沖。或雙窄脈沖觸發(fā)電路

9、。(3) 各觸發(fā)信號應(yīng)與對應(yīng)的交流電源電壓相序，并與電源同步。2 整體設(shè)計星形接法，不帶零線，帶零線。本文主要研究無中性線三相交流調(diào)壓電路的設(shè)計與仿真。兩個晶閘管反并聯(lián)和串聯(lián)在交流電路中，通過控制晶閘管可以控制交流電源。通過控制晶閘管每半個周期的導(dǎo)通相位，可以方便地調(diào)整輸出電壓的有效值。該電路稱為交流電壓調(diào)節(jié)器電路。輸入為交流電壓，輸出電壓波形為交流電源電壓波形的一部分，可調(diào)，使輸出電壓的有效值可調(diào)。交流調(diào)壓電路一般采用晶閘管控制，觸發(fā)方式有過零觸發(fā)和移相觸發(fā)兩種。2.1 參數(shù)設(shè)置根據(jù)單相交流調(diào)壓電路的原理，設(shè)計了一種三相交流調(diào)壓電路。通過MATLAB/SIMULINK仿真，分別得到控制角=3

10、0和= 60時的輸出電壓和電流波形，從而觸發(fā)各相脈沖波形。負載考慮純電阻情況，可通過脈寬調(diào)制技術(shù)獲得觸發(fā)脈沖。仿真電路設(shè)計步驟如下：A、根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計方案，并分析需求。提出初步設(shè)計方案。B、然后比較方案，選擇合適的設(shè)計方案。C、完成單元電路的設(shè)計和主要元器件的參數(shù)選擇，完成主電路的原理分析。D. 將各個元器件和單元電路連接到我們需要的仿真電路圖中，對搭建的仿真模型進行仿真檢驗。E. 如果仿真電路圖正確，則仿真出想要的結(jié)果。最后，將模擬效果圖寫入課程設(shè)計報告。2.2 參數(shù)設(shè)置由于在仿真過程中需要驗證結(jié)果的正確性和穩(wěn)定性，過程中的小數(shù)據(jù)可能會影響仿真結(jié)果，可見參數(shù)設(shè)置的重要性。的參數(shù)設(shè)置如下。2

11、.2.1 交流電壓源參數(shù)設(shè)置設(shè)置交流峰值和頻率為A 、 B 、 C分別為220V 、 50Hz ，相位角相差120度。 （如下圖）2.2.2晶閘管參數(shù)設(shè)置其中， Rn= 0.001 ，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs= 1000 ，Cs=250e-9F （如下圖）2.2.3負載參數(shù)設(shè)置其中， R= 0.8，L= 0.001H ，C=inf （如下圖）2.2.4開關(guān)量模塊參數(shù)設(shè)置開關(guān)發(fā)生器模塊分別由磁滯比較器、限速器、增益等模塊組成。由同步、鋸齒波、移相控制等環(huán)節(jié)組成（如下圖）增益限速器遲滯比較器萬用表對應(yīng)示波器輸出2.2.5功能輸入模塊參數(shù)設(shè)置功能輸入模塊由功能模塊和控制角a的相應(yīng)輸入量組成

12、。為方便觀察，在觸發(fā)模塊的移相控制輸入端連接控制角與移相控制電壓的變化函數(shù)。因此，當達到輸入角度時，可以直接觀察到波形的變化。萬用表的參數(shù)設(shè)置（如下圖）功能塊控制角 a3 詳細設(shè)計與仿真的SIMULINK電力系統(tǒng)工具箱以SIMULINK為運行環(huán)境，涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)等電氣學(xué)科常用的基礎(chǔ)元器件和系統(tǒng)仿真模型。它由以下六個子模塊庫組成：功率模塊庫、基礎(chǔ)元件模塊庫、電力電子模塊庫、電機模塊庫、連接模塊庫、測量模塊庫和附加模塊庫。以元器件為基礎(chǔ)，建立晶閘管交流穩(wěn)壓電路模型。3.1 無中性線三相交流調(diào)壓電路仿真晶閘管交流調(diào)壓的主電路由三對反并聯(lián)晶閘管組成，即六個晶閘管型號和三組控制

13、開關(guān)。還增加了一個控制角的輸入，可以隨意改變控制角的大小，觀察其輸出波形的變化。仿真模型圖如下：圖3-1無中性線三相交流調(diào)壓電路仿真模型3.2 交流穩(wěn)壓電路仿真結(jié)果與分析上述仿真模型的運行結(jié)果如下。圖3-2 和3-3都是a = 30和a = 60的三相電壓輸出波形。從a =30的波形可以看出，穩(wěn)壓器的每一項都有晶閘管的導(dǎo)通間隔，輸出電壓與電源電壓相同；三相中只有兩相晶閘管導(dǎo)通。在此區(qū)間內(nèi)，輸出電壓應(yīng)為導(dǎo)通兩相線電壓的1/2 。隨著控制角的增大，三個晶閘管的導(dǎo)通間隔減小。當a60 時，任何時候只有兩相晶閘管導(dǎo)通，輸出相電壓等于導(dǎo)通時的導(dǎo)通。兩相電壓的1/2 。三相調(diào)壓器的輸出電壓比正弦波失真大，

14、增加了諧波。圖3-2 a =30輸出電壓波形前后對比圖3-2 a =60輸出電壓波形前后對比以上波形是左右一一對應(yīng)的，在仿真過程中已經(jīng)設(shè)置好圖形對應(yīng)的位置。因此，在上圖中可以清楚地看到波形的變化。模擬結(jié)果有一個直觀的表示。3.3 仿真結(jié)果分析上圖 3-2 和 3-3分別是觸發(fā)角為30度和60 度的負載電壓-時間仿真波形。由于是阻性負載，阻值為0.8 ，因此同相電流波形與電壓波形相似，但幅度有差異。從仿真結(jié)果可以看出，交流調(diào)壓得到的負載電壓和電流波形不是正弦波，隨著控制角的增大，負載電壓也相應(yīng)降低。仿真結(jié)果與上述理論分析一致。4 總結(jié)在本課程設(shè)計中，對基于晶閘管的三相交流穩(wěn)壓電路的星型方面進行了

15、詳細的分析研究，并利用MATLAB的SIMULINK電力系統(tǒng)工具箱搭建并分析了相應(yīng)的仿真電路，對交流電壓進行了驗證。 .穩(wěn)壓器電路如何工作以及相關(guān)的諧波問題。中學(xué)到了很多東西。這個實驗不僅可以鞏固之前所學(xué)的知識，還可以學(xué)到很多書本上沒有學(xué)到的知識。在設(shè)計過程中，隨時都會遇到各種問題，比如線路連接錯誤、參數(shù)設(shè)置、波形繪制等，我一直在尋找自己的不足。整個設(shè)計過程對我來說可以說是困難重重。比如以前學(xué)過的知識我不理解，掌握的不夠牢。但是，這次課程設(shè)計增強了我將設(shè)計和理論聯(lián)系起來的能力，加深了我對MATLAB軟件功能的理解，學(xué)會了如何使用MATLAB設(shè)計三相交流穩(wěn)壓器，學(xué)會了分析理論與實踐之間的誤差，從

16、而為今后理論在實踐中的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。在課程設(shè)計過程中，我有互動指導(dǎo)。我按照老師的要求，一步一步制定并實施了計劃。在設(shè)計方案實施過程中，學(xué)會查閱資料，鼓勵克服心理負面情緒，不斷學(xué)習解決問題。訓(xùn)練我的意志。雖然這幾天一直在努力，但我終于完成了自己的課程設(shè)計，我為自己感到驕傲。本課程設(shè)計為我以后的畢業(yè)設(shè)計提供了必要的準備，也為我畢業(yè)后的工作和學(xué)習提供了參考思路。參考1 洪乃剛.電力電子與電機控制系統(tǒng)建模與仿真M .：機械工業(yè)， 20 10.12徐德宏.電力電子系統(tǒng)建模與控制M :機械工業(yè), 20 06.13周元深.電力電子技術(shù)與MATLAB仿真M .：中國電力， 20 05.124 Wang Zhenglin, Wang Shengkai, Guoshun, Wang Qi. MATLAB/ Simulink and Control System Simulation M . Electronics Industry , 2013.11 5 Qiu Guanyuan . Circuit 5th Edition (Original Qiu Guanyuan revised Luo Xianjue) M. Higher Education , 20 06.56