三相半波可控整流电路的设计

1、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院、部：电气与信息工程学院学生姓名：周天全指导教师：陆秀令职称 教授专 业：电气工程及其自动化班 级：电气1403班完成时间： 2017年6月湖南工学院电力电子技术课程设计课题任务书指导教师陆秀令学生姓名周天全课题名称三相半波可控整流电路的设计内 容 及 任 务一、设计任务设一个三相半波可控整流电路，已知三相交流输入线电压380V,要求整流电压在0100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。二、设计内容1、关于本课程学习情况简述；2、主电路的设计、原理分析和器件的选择；3、控制电路的设计；4、保护电路的设计；5、利用MATLAB软件对自己的

2、设计进行仿真。学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化专业主要参考资料123王兆安，王俊编.电力电子技术（第5版）.北京:机械工业出版社,2010黄俊，秦祖荫编.电力电子自关断器件及电路.北京:机械工业出版社，1991教李序葆，赵永健编.电力电子器件及其应用.北京:机械工业出版社，1996教研室主任：（签字） 年 月曰整流就是交流变直流的过程。当整流负荷容量较大，或要求直流电压脉动较 小、易滤波时，应采用三相整流电路，具交流测由三相电源供电。三相可控整流 电路中，最基本的是三相半波可控整流。晶闸管（SCR）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器，以前被简称为可控硅。只有在晶闸管阳极和门

3、级同时承受正向电压时，晶闸管才能导通，两者缺一不可。本课题三相半波可控整流电路就是利用品闸管的这一性质，使得每个品闸管流过单相电流，以此来达到整流的目的。同时，改变晶闸管的导通触发角 a,改变每相电压导通时刻，以实现整流电压在0100V连续可调。由于设备有限，因此采用 Matlab提供的可视化仿真工具Simulink直接建立 电路仿真。Simulink仿真具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、 效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink仿真已被广泛应用于控制理论 和 数字信号处理的复杂仿真和设计。关键词：整流；晶闸管；MatlabABSTRACTRectification

4、 is the process of alternating current to direct current. When the rectifier load capacity is big, or the DC voltage fluctuation is small and easy to filter, three-phase rectifier circuit should be adopted, and the AC measurement is supplied by three-phase power supply. Three phase controllable rect

5、ifier circuit, the most basic is the three-phase half wave controlled rectifier.The thyristor (SCR) is referred to as the crystal thyratron, also called silicon controlled rectifier, previously referred to as scr. The thyristor can only be switched on when the anode and gate level of the thyristor a

6、re simultaneously under the forward voltage, and both of them are indispensable. This topic three-phase half wave controlled rectifier circuit is to use the nature of thyristor, so that each thyristor flow through a phase, so as to achieve the purpose of rectification. Meanwhile, the turn-on trigger

7、 angle of the thyristor is changed, and the turn-on time of each phase voltage is changed so as to realize the continuous adjustment of the rectification voltage at 0100vBecause of the limited equipment, Simulink is used to build the circuit simulation directly by the visual simulation tool Matlab.

8、Simulink simulation has wide adaptability, structure and process simulation of fine, clear and practical, high efficiency, flexibility, and the advantages of Simulink based simulation has been widely used in control theory and digital signal processing complex simulation and design.Key Words:rectifi

9、cation; the thyristor;matlab1设计背景及要求 11.1 设计背景 11.2 设计要求 12主电路设计 22.1 主电路原理分析 22.2 器件的选择及参数计算 32.2.1 整流电压的参数计算 32.2.2 晶闸管的参数计算及选择 33触发电路设计 54保护电路设计 65 Matlab 仿真设计 75.1 电路仿真图 75.2 Matlab 仿真结果分析 7结束语 9参考文献 10致 ft 111设计背景及要求1.1 设计背景所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。通常我们从电源中得 到的电力往往不能直接使用，需要进行电力变换。电力变换一般可分为四种，即 交流

10、变直流、直流变交流、交流变交流、直流变直流。交流变直流被称为整流， 就是我们设计所需要的一个环节。1.2 设计要求设计一个三相半波可控整流电路，已知三相交流输入线电压380V,要求整流电压在0100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。(1)关于本课程学习情况简述；(2)主电路的设计、原理分析和器件的选择；(3)控制电路的设计；(4)保护电路的设计；(5)利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。cdefRuidUGudtit2图1三相半波可控整流电路及=0时的波形2.1 主电路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 星行，而一次侧接成三角形，避免3次谐波

11、流入电网。3个晶闸管分别接入a、b、 c三相电源，采用共阴极接法连在一起，这种接法触发电路有公共端，连线方便。 二极管换相时刻为自然换相点，是各相品闸管能触发导通的最早时刻， 将其作为 计算各晶闸管触发角 的起点。在同一周期中，工作情况如下：三相电压在自然 换相点处依次循环完成a、b、c相电压的转换，同时对应的3个品闸管也依次导 通，每管各导通120。Ud波形为三个相电压在正半周期的包络线。2.2 器件的选择及参数计算2.2.1 整流电压的参数计算整流电压平均值的计算分两种:(1)Ud £3 当30时，负载电流连续,566".、2U 2sin td (t)3、6 ,U 2

12、cos 1.17U 2 cos2(1)(2)=0时，Ud最大，为>30时，负载电流断续,UdUd0 1.17U2o晶闸管导通角减小，此时有Ud £3)3 2、2U2sin td( t) U21 cos(-) 0.675U21 cos(-根据设计任务要求 整流电压在0100V连续可调，U 2=380V因此有(I)当 30时，令Ud=100V,将数据代入公式(1)可求得 =77在Ud=100V时，求得的cos为最大值，可知此时的a是0100V上最小的，但最小 的a依然大于30 ,可见不满足设计要求。(II )>30时，令Ud=100V,将数据代入公式(2)可求得 =97 ,再

13、将Ud=0V代入公式(2)得到a =150 ,可见在97 150范围内，满足设计要求。2.2.2 晶闸管的参数计算及选择(1)负载电流平均值为(3)I匕d R(2)晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压峰值，即URM 拒 V3U 2 <6U (4) 2.45U2由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压 Ud,其最小值为零，为 晶闸管阳极于零点间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极于阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即U FM 画 2将U2=380V代入公式 可求得Urm =931V,考虑安全裕量，品闸管的额定 电压为Un (23)Urm (1862 2

14、793)V具体数值按晶闸管产品系列选择。流过晶闸管的电流最大有效值 JL (6 _UJ_IVT 一 Id 一3 3R取R=450Q , Ud=100V代入公式（6）可求得Ivt 0.1283A 品闸管的额定电流In k 0.081K1.57具体数值按晶闸管产品系列选择。如图2所示为触发电路。由三片集成触发电路芯片KJ004和一片集成双脉冲 发生器芯片KJ041形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整 的。触发电路产生的触发信号用接插线与主电路各品闸管相连接。 该电路可分为 同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。UsaUsbUscQQ9-15V c_R19

15、Ouco中P4C4C778756-* 5 -IRpl一 M 已(:5一c8I oRp26.5-443-2 18四器马561IJnu._l_- 62 pR Rf%6nu65-4-3-2 1！sew?5g2Rnu（1- 6脚为6路单脉冲输入）晶晶品吊IKJ041七胛,竹皿 （1510脚为6路双脉7中输出）VTi VT2 VT3 VT4 VT5 VT6图2三相半波可控整流触发电路电力电子电路中保护电路包括过电压保护和过电流保护。过电压保护一般采用RC过电压抑制电路，将RC并联在晶闸管两端， 通过RC并联支路作动态均压，以实现电压保护。过电流保护分为过载和短路两种情况。过流保护的措施有很多，其中快 速

16、熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施。在此，我们采用加装熔断器的方法来达到目的。图3三相半波可控整流保护电路5 Matlab仿真设计5.1 电路仿真图我们使用Matlab中的Simulink模块对三相半波可控整流电路进行仿真， 在 原理图中，我们使用脉冲发生器代替品闸管的触发电路，通过调节脉冲发生器中的周期和延时时间这两个量的数值，来实现对的改变。Eli.图4三相半波可控整流电路仿真图5.2 Matlab仿真结果分析设置三相交流电压为380V,频率为50Hz,周期为0.02s,占空比为5%从上至下的波形依次是三相交流电压波形U2 ,脉冲触发波形Ug ,负载两端电压波形Ud,晶闸

17、管电压波形Uvt,晶闸管1的电流波形Ivti。图5 a=97时matlab仿真波形图图7 a=150时matlab仿真波形图分析：三相电压在自然换相点处依次循环完成 a、b、c相电压的转换，同时 对应的3个晶闸管也依次导通，每管各导通120。从图中Ud波形可以很容易的 看出没通过一次自然换相点Ud波形完成一个周期，因此，所测波形与理论相符。 通过公式（2）可知，当120时，Ud=34.36V,在0100V范围内。结束语这次电力电子课程设计让我受益颇多，特别是对三相半波可控整流电路。首先是对理论知识。电力电子这门课程需要理解，课堂上只有那匆匆的一 个多小时，很多知识不牢靠，需要去巩固。通过这次课

18、程设计，让我重新整理了 一次对整流电压、晶闸管电压电流的公式计算和工作特性， 对印象不深的电压保 护、电流保护也进行了学习。其次是对Matlab软件中Simulink模块的应用。这次课程设计让我们用到了 以前都不曾用到的一些模块，在做仿真时，器件都不会找，一件件的从网上去查 找。对触发电路开始不会，后来通过对书本中波形图的加深理解， 终于学会通过 调节脉冲延时时间来实现目标。最后是增强了协作能力。在设计过程中，有许多理论实践地方不怎么理解， 在于同学们协作交流后得到了解决。参考文献1王兆安，王俊编.电力电子技术（第5版）.北京：机械工业出版社,20102黄俊，秦祖荫编.电力电子自关断器件及电路.北京：机械工业出版社，19913李序葆，赵永健编.电力电子器件及其应用.北京:机械工业出版社，1996这次课程设计并不只是一次课程设计， 它包含了很多东西，如：电力电子技 术知识，Matlab仿真软件的应用，文档制作能力，语言组织能力，团队协作能力。通过对三相半波可控整流电路的设计，让我梳理了 一遍在电力电子技术课堂 所学知识，对三相半波可控整流电路的