电力电子课程设计作业

湖北民族学院信息工程学院

课程设计报告书

题目: 三相桥式全控整流电路的设计与仿真

课程：电子线路课程设计

专业：电气工程及其自动化

班级：0312406

学号：031240610

学生姓名：崔亮

指导教师：张昌华

2015年1月3日

信息工程学院课程设计任务书

学号031240610 学生姓名崔亮专业（班级）电气工程及其自

动化

设计题目三相桥式全控整流电路的设计与仿真

设计技术参数(1)工作电源电压VDD：8~18V； (2)输入同步电压有效值：≤(1/2√2)VDD；

(3)输入控制信号电压范围：0~VDD； (4)输出脉冲电流最大值：20mA；(5)锯齿波电容取值范围：0.1~0.15； (6)脉宽电容取值范围：

3300pF~0.01μF；

(7)移相范围：0~177°； (8)工作温度范围：0~+55℃。

设计要求设计的三相全控整流电路可以对输入的三相交流电进行整流，得到输出电压在0~200V并可调。电路的主要技术数据有：触发角a,变压器二次侧电压u2，整流器输出平均电压Ud，负载电流平均值Id，晶闸管承受的最大正向电压和反压。

参考资料

[1] 潘湘高.基于MATLAB的电力电子电路建模仿真方法的研究.

计算机仿真，第20卷第5期.

[2] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2002.

[3] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.北京：机械工业出版社，2007.

[4] 贺益康，潘再平.电力电子技术基础.浙江：浙江大学出版社，2003.

[5] 李维波.MATLAB在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社，

2007.

[6] 郑亚民，蒋保臣.基于Matlab／Simulink的整流滤波电路的建模与仿真[Jl.电子技术，2002

学生姓名：崔亮学号：031240610 专业（班级）：电气工程及其自动化

课程设计题目：三相桥式全控整流电路的设计与仿真

成绩：

指导教师：

年月日

2015 年1 月 3 日

摘要

电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保,和亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。近几年越来越多电力电子应用在国民工业中,一些技术先进的国家,经过电力电子技术处理的电能已得到总电能的一半以上。本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。本电路图主要由芯片C8051-F020微控制器来控制并在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制6个SCR。在负载端取出整流电压,负载电流到C8051-F020模拟口,然后由MCU 处理后发出信号控制SCR的导通角的大小。在本课题设计开发过程中,我们使用KEIL-C开发软件,C8051开发系统及PROTEL-99,并最终实现电路改造设计,并达到预期的效果。

关键字：MCU ; SCR; 电力电子; 导通角; KEIL-C

目录

摘要................................................................................................1、序言 (1)

1.1设计背景 (1)

1.2设计任务 (1)

2、方案选择论证 (3)

2.1 方案分析 (3)

2.2 方案选择 (3)

3、电路设计 (4)

3.1 主电路原理分析 (4)

4、仿真分析 (5)

4.1 建立仿真模型 (5)

4.2 仿真参数设置 (6)

4.3 仿真结果及波形分析 (6)

5、设计总结 (12)

参考文献 (13)

1 绪言

1.1设计背景

目前，各类电力电子变换器的输入整流电路输入功率级一般采用不可控整流或相控整流电路。这类整流电路结构简单，控制技术成熟，但交流侧输入功率因数低，并向电网注入大量的谐波电流。据估计，在发达国家有60%的电能经过变换后才使用，而这个数字在本世纪初达到95%。

电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。

而电能的传输中，直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。

随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，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Simulink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对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。

此次课程设计要求设计晶闸管三相桥式可控整流电路，与三相半波整流电路相比，三相