电力电子课程设计

《电力电子技术》课程设计说明书三相半波可控整流电路的设计与仿真

院、部：电气与信息工程学院

学生姓名：**

指导教师：胡小娣职称助教

专业：电气工程及其自动化

班级：电气本1305

学号： **********

完成时间： 2016年6月

湖南工学院《电力电子技术》课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化

整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。通常由主电路、滤波器和变压器组成。主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。

首先分析了三相半波可控整流电路的设计要求,确定了以晶闸管、变压器、电阻等一些元器件为主，外加触发电路和保护电路等单元电路设计成三相半波可控整流电路的总体方案，对主电路、触发电路、保护电路、等单元电路进行了设计和参数的计算。

由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。Matlab提供的可视化仿真工具Simtlink 可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相半波整流电路进行建模，对不同控制角进行了仿真分析用以完成整个课程设计。

关键词：整流电路；触发电路；Matlab

1 绪论............................................................ II 1.1 课题的背景与意义.. (1)

1.2 本设计的主要内容 (1)

2 主电路设计 (2)

2.1 电路原理图及原理分析 (2)

2.2 各参数的计算 (3)

2.2.1 输出值的计算 (3)

2.2.2 晶闸管参数计算 (4)

3 辅助电路设计 (5)

3.1 保护电路的设计 (5)

3.2 触发电路的设计 (6)

4 建立仿真模型 (7)

4.1 MATLAB软件简介 (7)

4.2 仿真电路图 (7)

4.3 仿真参数设置及波形 (7)

结束语 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

附录 (14)

附录A MATLAB仿真图 (14)

1 绪论

1.1 背景与意义

整流电路是出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电，电路形式多种多样。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波的基础上进行分析。

由于直流电动机具有优良的起、制动性能，宜与在广泛范围内平滑调速。在轧钢机、矿井卷机、挖掘机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控硅电力拖动的领域中得到广泛应用。近年来交流调速系统发展很快，然而直流拖动控制系统毕竟在理论上和在时间上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动系统的基础，长期以来，由于直流调速拖动系统的性能指标优于交流调速系统。因此，直流调速系统一直在调速系统领域内占重要位置。国内三相半波可控整流电路技术不够熟练，设备不够先进。国外的三相半波可控整流电路设备完善技术比较熟练。

1.2 本设计的主要内容

本文主要完成三相半波整流电路的设计，通过对晶闸管和变压器的额定计算选取合适的元件并且通过使用MATLAB软件的SIMULINK模块建模并仿真，进而得到仿真电压电流波形。

2 主电路设计

2.1 电路原理图及原理分析

三相半波可控整流电路如图1所示。为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。三个晶闸管按共阴极接法连接,这种接法触发电路有公共端，连线方便。

如果负载为阻感负载，且L 值很大，则整流电路Id 的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。 α≤30°时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。α﹥30°时，例如α=60°时的波形如图，当U2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。这种情况下Ud 波形中出现负的部分，若α增大，Ud 波形中负的部分将增多，至α=90°时，Ud 的平均值为零。可见阻感负载时的移相范围为90度。

L

R

T

图1 三相半波可控整流电路原理图

210.5773

VT

d d

I I I I ===

图2 三相半波可控整流电路阻感负载a=60°时的波形

2.2 各参数的计算

2.2.1 输出值的计算

由于负载电流连续求得错误!未找到引用源。为：

562226

136

2() 1.1723

d U U sinwtd wt cos U cos ππ

π+∂+∂

=

=

=∂∂⎰

（1）

错误!未找到引用源。/错误!未找到引用源。与α成余弦关系，如图4中曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，则当α>30°后，与电感量足够大的情况相比较，u d 中负的部分可能减少，整流电压平均值u d 略为增加，错误!未找到引用源。/错误!未找到引用源。与α的关系将介于图4中的曲线1和2之间，曲线3给出了这种情况的一个例子。

变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为：

.