电力电子技术-单相桥式可控整流器主电路设计报告.doc

实 验 报 告 课程名称： 电力电子技术 实验项目名称： 单相桥式可控整流器主电路设计报告 学院： 机电与控制工程学院 专业： 自动化 指导教师： 报告人： 学号： 班级： 实验时间： 2010-10-12 实验报告提交时间： 2010-10-21 教务处制一 设计的任务，描述单项桥式全控整流电路接电阻性负载，要求输出电压0-100v连续，30v以上要求负载电流能达到20A.采用由220v变压器降压供电，最小控制角=30。并求出（1）交流测电流的有效值；（2）选择晶闸管电压，电流定额。用Matlab软件系统仿真以上的设计要求二仿真验证的方法 利用Matlab搭建如上单向桥式整流电路的主电路，进行实验仿真在考虑到晶闸管的压降，电流表，电压表都是非理想的，电流表电阻并非无穷小，电压表的电阻也并非无穷大的情况下，U2选定为171V。实验验证的方法：保持U2不变的情况下，1. 改变脉冲发生器的方波发射延迟时间即改变a角从而改变输出电压的大小，从而实现0-100v连续可调输出。2. 当输出电压在30100V的范围内改变电阻R看是否有最大不超过20A的输出电流。3. 在输出电压和输出电流变化的同时记录晶闸管两端的电压和通过的电流，即当负载输出的电压为20A时用电流表测晶闸管的有效值，此时晶闸管的有效值应距离选定值有50%到60%的安全余量，若大大超过，则该试验失败，应重新修改各元器件的参数，选用更大定额的晶闸管。四实验的目的和方法进行实验，得到以下的数据，记录于下表中：1.在保持U2=171V，R=1.5，通过改变晶闸管的触发角，实现输出电压0-100v连续。触发角a（）负载输出的电压平均值Ud（v）负载输出电压的有效值U（v）晶闸管的电压平均值UT晶闸管的电压有效值UT晶闸管流过电流的有效值IT(A)30100117.6-50.0250.0255.464094.73115.4-47.3747.3754.415088.18112-44.0944.0952.776080.6107.1-40.340.350.497072.2100.9-36.136.147.548063.2493.23-31.6231.6243.959053.1484.37-26.5726.5739.7710048.5179.57-24.624.635.111630.2857.09-15.1315.1326.91116.529.556.53-14.7514.7526.6512026.5352.58-13.2613.2624.7913018.9441.28-9.479.4719.4614012.430.25-6.1986.19814.261507.08919.94-3.5443.5449.4011603.18310.88-1.5911.5915.1271700.79523.725-0.39760.39761.75618000000在U2=171V，R=1.5不变的情况下，取a=30时的负载输出电压的波形和晶闸管电压的波形如下：负载输出电压的波形： 此时晶闸管的波形：在U2=171V，R=1.5不变的情况下，取a=116时的负载输出电压的波形和晶闸管电压的波形如下：负载输出电压的波形： 晶闸管输出电压的波形： 分析以上仿真的数据和波形 ，可知在U2=171V，R=1.5不变的情况下，随着a角的改变，该电路可以实现从0-100v连续输出。此时的晶闸管的最大输出电压为150v，比它的电压额定余量(282.8-424v)小，且有50%以上的宽裕度，最大的输出电流为55.46A，与理论计算的电流定额非常接近，在实际电路中是不可取的，故晶闸管的电流定额应选2-3倍的安全余量：即59.65-89.475A的晶闸管电流定额。2.在产品实际到用户手上时，产品应保持U2=171V,a=116，根据以上的仿真数据此时无论电阻如何变化电压在30v以上，因为用户根据不同的需要，可以接不同大小的用电器（即负载），在这里，通过改变负载电阻的大小，可以仿真用户在使用不同的用电器（即负载电阻）时，使得输出电流的平均值最大不超过20A，输出端的电流情况和晶闸管的电压和电流的情况如下表。负载电阻R的大小（）输出电压的平均值输出电流平均值晶闸管的电压有效值UT晶闸管流过电流的有效值IT(A)1.330.4922.6914.7530.991.530.519.6714.7522.391.830.5116.3914.7522.392.030.5114.7614.7620.152.330.5112.8314.7617.532.530.5211.8114.7616.122.830.5210.5414.7614.43.030.529.8414.7613.443.530.528.43514.7611.52430.537.38214.7610.08530.535.90614.768.065 此时，通过仿真可知，当负载电阻大于1.5时，输出电压在30v以上，并且输出电流能达到20A，即最大不超过20A,当负载电阻小于1.5时，输出电流会超过20A，为了保证输出电流最大不超过20A，同时也为了保证本设计产品的安全，在说明书中应声明，用户接入电器的功率应不超过：20*20*1.5=600w。 若在最大功率，即晶闸管电阻取到最小值R=1.5，U2=171V ，得到a=10，30，60，90，116，120时刻的电压波形如下： 通过分析晶闸管的波形图，可知，晶闸管反向输出电压的最大值为150v，并没有超过晶闸管的定额，而且有在足够的余量. 通过互联网资料的搜寻，查找相应的晶闸管：在考虑节约成本的基础上，寻找到了一款价格比较合适的，而且定额比较符合设计要求的晶闸管：可控硅/晶闸管商品规格：图1：功率： 50A螺纹口：12mm 价格：30元/只图2：功率：100A螺纹口：16mm 价格：40元/只 在理论计算得到的变压器的容量7881w，选取120Vx80A的变压器，变比为K=220/171=1.3 在淘宝里能找到以下这种变压器： 价格26.90元 输入、输出电压：AC220V/AC110V、AC110V/AC220V变压器外形尺寸：铁芯长57mm，线包宽55mm，高50mm。 五实验的结论 本次单向可控整流器主电路的设计，通过Matlab 软件进行仿真，能满足设计的要求，采用220v变压器供电，输出在0-100v连续可调，并且在30v以上时，输出电流能达到20A，最小的控制角为30。 本设计应注