三相半波可控整流电路课程设计(中北大学)

电力电子技术课程设计说明书三相半波可控整流电路设计学生姓名：李明雨学号：**********学生姓名：李秋月学号：**********学院：计算机与控制工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：李晓秦鹏2016年 1月中北大学课程设计任务书2015/2016 学年第一学期学院：计算机与控制工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：李明雨学号：1307044353 学生姓名：李秋月学号：1307044357 课程设计题目：三相半波可控整流电路设计起迄日期: 2015年12月27日~2016年1月8日课程设计地点:德怀楼八层虚拟仿真实验室指导教师:李晓秦鹏学科部副主任：刘天野下达任务书日期: 2015 年 12月 26日课程设计任务书课程设计任务书目录1 引言 (1)2 设计方案论证 (2)2. 1 电路原理图 (2)2．2 设计指标 (2)2．3 工作原理 (2)3 参数的计算 (6)4 触发角参数计算 (7)5 触发电路的设计 (7)6 硬件电路设计及描述 (8)6．1 建立仿真模型 (8)6. 2 仿真结果与分析 (8)7 总结 (10)8 附录 (11)参考文献 (12)1 引言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。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

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。

随着时代的进步和科技的发展，拖动控制的电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对电机调速的研究有着积极的意义.长期以来，直流电机被广泛应用于调速系统中，而且一直在调速领域占居主导地位，这主要是因为直流电机不仅调速方便，而且在磁场一定的条件下，转速和电枢电压成正比，转矩容易被控制；同时具有良好的起动性能，能较平滑和经济地调节速度。

因此采用直流电机调速可以得到良好的动态特性。

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。

熟悉单相整流电路线路简单，价格便宜，制造、调整、维修都比较容易，但其输出的直流电压脉动大，脉动频率低。

又因为它接在三相电网的一相上，当容量较大时易造成三相电网不平衡，因而只用在容量较小的地方。

一般负载功率超过4kw要求直流电压脉动较小时，可以采用三相可控整流电路。

悉三相半波可控整流电路带电阻负载工作原理，研究可控整流电路在电阻负载工作状态。

通过设计培养我们对电子线路的分析与应用能力、电子器件的应用能力。

2 设计方案论证设计题目：三相半波可控整流电路设计2．1 电路原理图图1 三相半波可控整流电路原理图为了得到零线，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。

三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线方便。

2．2 设计指标1）电源电压：三相交流U2：100V/50Hz2）输出功率：500W3）触发角α=120°4）纯电阻负载2．3 工作原理图 1.1 三相半波可控整流电路电阻负载α=00时的波形图 1.2三相半波可控整流电路电阻负载α=300时的波形图 1.3三相半波可控整流电路电阻负载α=600时的波形稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120º，规定ωt=π/6为控制角α的起点，称为自然换相点。

三相半波共阴极可控整流电路自然换相点是三相电源相电压正半周波形的交叉点，在各相相电压的π/6处，即ωt1、ωt2、ωt3 ，自然换相点之间互差2π/3，三相脉冲也互差120º。

在ωt1时刻触发VT1，在ωt1～ωt2区间有uu＞uv、uu＞uw，u相电压最高，VT1承受正向电压而导通，输出电压ud＝uu。

其他晶闸管承受反向电压而不能导通。

VT1通过的电流iT1与变压器二次侧u相电流波形相同，大小相等。

在ωt2时刻触发VT2，在ωt2～ωt3区间v相电压最高，由于uu＜uv，VT2承受正向电压而导通，ud＝uv。

VT1两端电压uT1=uu-uv= uuv<0，晶闸管VT1承受反向电压关断。

在VT2导通期间，VT1两端电压uT1= uu-uv= uuv。

在ωt2时刻发生的一相晶闸管导通变换为另一相晶闸管导通的过程称为换相。

在ωt3时刻触发VT3，在ωt3～ωt4区间w相电压最高，由于uv＜uw，VT3承受正向电压而导通，ud＝uw。

VT2两端电压uT2= uv-uw=uvw<0，晶闸管VT2承受反向电压关断。

在VT3导通期间VT1两端电压uT1= uu-uw= uuw。

这样在一周期内，VT1只导通2π/3，在其余4π/3时间承受反向电压而处于关断状态。

只有承受高电压的晶闸管元件才能被触发导通，输出电压ud波形是相电压的一部分，每周期脉动三次，是三相电源相电压正半波完整包络线，输出电流id与输出电压ud波形相同(id=ud/R)。

电阻性负载α=0º 时，VT1在VT2、VT3导通时仅承受反压，随着α的增加，晶闸管承受正向电压增加；其他两个晶闸管承受的电压波形相同，仅相位依次相差120º。

增大α，则整流电压相应减小。

α=30º是输出电压、电流连续和断续的临界点。

当α＜30º时，后一相的晶闸管导通使前一相的晶闸管关断。

当α＞30º时，导通的晶闸管由于交流电压过零变负而关断后，后一相的晶闸管未到触发时刻，此时三个晶闸管都不导通，直到后一相的晶闸管被触发导通。

从上述波形图可以看出晶闸管承受最大正向电压是变压器二次相电压的峰值，UFM =U2，晶闸管承受最大反向电压是变压器二次线电压的峰值，URM=× U2 =U2。

α=150º时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻性负载移相范围是0º～150º。

3 参数的计算三相桥式全控整流电路中，整流输出电压d u 的波形在一个周期内脉动3次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/3周期）进行计算即可。

对于电阻性负载而言，当α<300时，例如α=00，上图1.1所示，各晶闸管上的触发脉冲，其相序与电源的相序相同，各相触发脉冲依次间隔1200，在一个周期内，三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导电1200，负载电流是连续的。

增大α值，即触发脉冲后移，则整流电压相应减小。

当α=300时，如上图1.2所示，从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各项仍导电1200。

如果α>300，例如α=600，如上图1.3所示，当导通的一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，此时下一相晶闸管虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，姑输出电压和电流都为零，直到下一相触发脉冲出现为止，显然电流断续，各晶闸管导电时间都小于1200。

如果α角继续增大，那么整流电压将越来越小。

当α=1500时，整流输出电压为零。

故电阻负载时要求的移相范围为1500。

下面分两种情况来计算整流电压的平均值：（1）α≤30︒时，负载电流连续，有：（公式3-1）当00α=时，d U 为最大，d d02U =U =1.17U 。

（2）a >30︒时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：（公式3-2）当0150α=时， d U =0566d 221sin () 1.17cos 2/3U td t U ππααωωαπ++==⎰6d 221sin ()0.675[1cos(/6)]2/3U td t U ππαωωπαπ+==++⎰4 触发角参数计算1） 当电阻两端的平均电压为72V 时：根据公式3-1可得，029.5α=2） 当电阻两端的平均电压为82V 时：根据公式3-2可得，07.6α=5 触发电路的设计触发器输入端与变压器二次侧电压对应连接，分别连接晶闸管的三个门极端。

每个触发脉冲相差120°，依次触发晶闸管。

为避免触发信号过小，在触发器输出端连接一放大器，放大脉冲信号10倍。

如图所示：图5-1 三相半波整流电路触发电路6 硬件电路设计及描述6．1 建立仿真模型示波器六个通道信号依次是：①三相电源电压；②三相电源电流；③同步脉冲信号；④晶闸管1VT的电流，晶闸管1VT的电压；⑤电阻性负载电流di；⑥电阻性负载电压dU。

图 6-1 三相半波可控整流电路(电阻性负载)的MA TLAB仿真模型6.2 仿真结果与分析触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下：U d=72V时,MATLAB仿真波形如下:U d=82V时，MATLAB仿真波形如下:7 总结两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。

“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。

我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

通过这次设计，本人在多方面都有所提高,综合运用本专业所学课程的理论和实际知识进行一次设计工作的训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了整流电路设计等课程所学的内容，掌握整流电路设计的方法和步骤，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在设计过程中对三相半波可控整流电路的工作原理有了更深入的了解。

三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。

在前面分析整流电路时，均未考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，认为换相是瞬时完成的。

但实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感LB表示，并将其折算到变压器二次侧。

由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间。

同时也对matlab这一款庞大的仿真软件有了初步的认识。

对matlab中的simulink 仿真模块有了深入了解。