電力電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)--三相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)（電阻性負(fù)載）

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)1班姓 名</p><p>　設(shè) 計(jì) 起 止 日 期2012.12.24~201212.28</p><p>　設(shè)計(jì)題目：三相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)（電阻性負(fù)載）</p><p>　設(shè)計(jì)任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）：1.主要技術(shù)參數(shù) （已知條件）輸入電壓為380V，

2、60Hz，輸出功率為2kw晶閘管的重復(fù)峰值電壓為：=2.45×380=931V2.利用軟件畫出電路原理圖并仿真3.編寫設(shè)計(jì)說明書</p><p>　指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 簽字：年 月 日</p><p><b>　　1．課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整流電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)、測(cè)

3、量系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路，由于整流電路涉及到交流信號(hào)、直流信號(hào)以及觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當(dāng)繁瑣，高壓情況下實(shí)驗(yàn)也難順利進(jìn)行。Matlab提供的可視化仿真工具Simtlink可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結(jié)果，直觀性強(qiáng)，進(jìn)一步省去了編程的步驟

4、。本文利用Simulink對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行建模，對(duì)不同控制角、橋故障情況下進(jìn)行了仿真分析，既進(jìn)一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時(shí)也為現(xiàn)代電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 </p><p>　　《電力電子技術(shù)》課程是一門學(xué)科必修課，電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的交流電路原理的基礎(chǔ)知識(shí)，獨(dú)立完成查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰

5、寫報(bào)告的能力。通過設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生鞏固、加深對(duì)交流電路基本原理的理解，提高學(xué)生運(yùn)用電路基本理論分析和處理實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2．設(shè)計(jì)方案論證</b></p><p>　　2.1當(dāng)電路帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況</p><p><b>　　2.1.1原理

6、說明</b></p><p>　　整流變壓器副邊接成星形，有個(gè)公共零點(diǎn)，所以也叫三相零式電路。圖中，uA，uB，uC分別表示三相對(duì)</p><p>　　0點(diǎn)的相電壓 (u2p)，電源的三個(gè)相電壓分別通過VSl、VS2、VS3晶閘管向負(fù)載電阻R供給直流電流，改變觸發(fā)脈沖的相位即可以獲得大小可調(diào)的直流電壓。</p><p>　　圖1三相半波可控整流電路原理圖

7、</p><p>　　對(duì)于VS1、VS2、VS3，只有在1、2、3點(diǎn)之后對(duì)應(yīng)于該元件承受正向電壓期間來觸發(fā)脈沖，該晶閘管才能觸發(fā)導(dǎo)通，1、2、3點(diǎn)是相鄰相電壓波形的交點(diǎn)，也是不可控整流的自然換相點(diǎn)。對(duì)三相可控整流而言，控制角α就是從自然換相點(diǎn)算起的?？刂平?<α￡2π/3，導(dǎo)通角0<θ￡ 2π/3。晶閘管承受的最大正向電壓 .承受的最大反向電壓：</p><p><b&g

8、t;　　2.1.2負(fù)載電壓</b></p><p>　　當(dāng) 0 ≤ α ≤ π/6 時(shí)</p><p>　　圖2電路輸出電壓波形</p><p>　　在一個(gè)周期內(nèi)三相輪流導(dǎo)通，負(fù)載上得到脈動(dòng)直流電壓Ud，其波形是連續(xù)的。電流波形與電壓波形相似，這時(shí)，每只晶閘管導(dǎo)通角為120°，負(fù)載上電壓平均值為：</p><p>　　當(dāng)

9、 π/6 < α ≤ 5π/6 時(shí)</p><p>　　圖3電路輸出電壓波形</p><p>　　2.2帶阻感負(fù)載時(shí)的工作情況</p><p><b>　　2.2.1原理說明</b></p><p>　　電感性負(fù)載由于電感的存在使得電流始終保持連續(xù)，所以每只晶閘管導(dǎo)通角為2π/3，輸出電壓的平均值為：</p&

10、gt;<p>　　當(dāng)α=π/2時(shí)， Ud =0， 因此三相半波整流電感負(fù)載時(shí)的控制角為0~ π/2</p><p>　　正向承受的最大電壓為</p><p>　　反向承受的最大電壓為</p><p><b>　　圖4是電路接線圖</b></p><p><b>　　圖4阻感負(fù)載接線圖</b&

11、gt;</p><p><b>　　圖5輸出電壓波形</b></p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)結(jié)果與分析</b></p><p><b>　　3.1仿真模型</b></p><p>　　根據(jù)原理圖利用MATLAB/SIMULINK軟件中，電力電子模塊庫(kù)建 立相應(yīng)的仿真模型

12、如圖5</p><p><b>　　圖6仿真模型圖</b></p><p>　　3.2 仿真參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　晶閘管參數(shù)：</b></p><p>　　Ivt=I/√3=0.577Id=0.577×6.04=3.46A</p><p>　　Ifa

13、v=IVT/1.57=2.2A</p><p>　　額定值一般取正向電流的1.5-2倍，所以取3.3-4.4A之間的數(shù)值。</p><p>　　UFM=URM=2.45U2=245V</p><p>　　晶閘管額定電壓選值一般為最大承受電壓的2-3倍，所以額定電壓取值為490-735V之間。</p><p><b>　　變壓器參數(shù)計(jì)

14、算</b></p><p><b>　　Ud=100V</b></p><p>　　變壓器二次側(cè)采用星形接法，所以變壓器二次側(cè)峰值為141.4V</p><p>　　變壓器一次側(cè)采用三角形接法，因此每相接入電壓峰值為380V</p><p>　　一次側(cè)電壓接電網(wǎng)電壓220V</p><p&

15、gt;　　電壓器變比則約為2.69</p><p><b>　　3.3仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　U2波形仿真圖</b></p><p>　　圖7 U2波形仿真圖</p><p><b>　　Uvt1波形圖</b></p><p>　　

16、圖8 Uvt1波形圖</p><p><b>　　Ivt1波形圖</b></p><p><b>　　Ivt</b></p><p>　　圖9 Ivt1波形圖</p><p><b>　　ud波形圖</b></p><p><b>　　圖10

17、ud波形圖</b></p><p><b>　　id波形圖</b></p><p><b>　　圖11 id波形圖</b></p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為0°。其產(chǎn)生的相應(yīng)波形如圖12在波形圖中第一列波為電壓波形，第二列波為脈沖波形，第三列波為負(fù)載電流波形，第四列波為負(fù)載電壓波形，第五列波為

18、晶閘管正相電壓波形，第六列波為晶閘管反向波形</p><p>　　圖12α=0°的波形</p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為30°。其產(chǎn)生的相應(yīng)波形如圖13所示。</p><p>　　圖13α=30°的波形</p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為60°。其產(chǎn)生的相應(yīng)波形如圖14所示。</p&

19、gt;<p>　　圖14α=60°的波形</p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為90°。其產(chǎn)生的相應(yīng)波形如圖14所示。</p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為90°。其產(chǎn)生的相應(yīng)波形如圖15所示。</p><p>　　圖15α=90°的波形</p><p><b>　　4.設(shè)

20、計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)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。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能

21、穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高,綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次設(shè)計(jì)工作的訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了整流電路設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握整流電路設(shè)計(jì)的方法和步驟，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中對(duì)三相半波可控整流電路的工作原理有

22、了更深入的了解。三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。在前面分析整流電路時(shí)，均未考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，認(rèn)為換相是瞬時(shí)完成的。但實(shí)際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)。由于電感對(duì)電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬間完成，而是會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。同時(shí)也對(duì)matlab這一款龐大的仿真軟件有了初步的認(rèn)識(shí).對(duì)matla

23、b中的simulink仿真模塊有了深入了解.</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬(wàn)分感謝。</p><p><b>　　5.參考

24、文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]周淵深.電力電子技術(shù)與MATLAB仿真[M].北京：中國(guó)電力出版社.2005:56-67</p><p>　　[2]洪乃剛.電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010：89-91</p><p>　　[3]黃俊 王兆安.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000：24-34</

25、p><p>　　[4]陳志明主編. 電力電子器件基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992: 220-230</p><p>　　[5]林渭勛主編. 現(xiàn)代電力電子技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006: 310-330</p><p>　　[6]趙可斌主編. 電力電子變流技術(shù)[M]. 上海:上海交通大學(xué)出版社，1993: </p>