三相半波可控整流电路

1、辱由卤N孳魇HUMAN iMBTtTUTE OF TECHMOLOGV电力电子技术课程课程设计说明书课程名称:三相半波可控整流电路设计学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：黄亚娟学 号：. :时 间： 2013年6月9日摘要整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由 变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的 励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤 波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸 管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流 成分。变压器设置与否视具体

2、情况而定。变压器的作用是实现交流输入电 压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减 小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整 流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控 整流电路、三相桥式全控整流电路等。关键词：整流，变压，触发，晶闸管，额定。 TOC o 1-5 h z 摘要 2目录 3 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 引言 4 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 一、三相半波整流电路原理分析 4 HYPERLINK l b

3、ookmark64 o Current Document 1.1.1纯电阻性半波整流电路原理组成 4 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 1.2.1主电路设计 4 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 1.3.1电路原理波形分析 5 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 二、三相半波整流电路数量分析 7 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 2.1.1输出值的计算 7 HYPERLINK l bookmark1

4、9 o Current Document 2.2.1晶闸管的有效值 8 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 三、器件额定参数计算 8 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 变压器参数 8 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 晶闸管参数 8 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 变压器容量 8 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 晶闸管额定电压 8 HYPERLI

5、NK l bookmark100 o Current Document 晶闸管额定电流 8 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 四、MATLAB软件介绍 9 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 五 MATLAB软件电脑仿真 11 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document MATLAB软件运用电脑仿真电路模型 11 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 5.2.1纯阻性负载三相半波可控整流电路仿真图像 11

6、 HYPERLINK l bookmark117 o Current Document 5.3.1仿真结果和实际原理分析比较 12 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 六、心得体会 12 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 七、参考文献 13八致谢 14引言基于Matlab的应用范围非常广，包括在信号和图像处理、通讯、控 制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领 域。运用Matlab软件的处理能力，我们对三相桥式整理电路进行仿真分析， 对纯电阻性负载及电阻电感性负载时的工

7、作情况进行对比分析与研究，用 Matlab软件自带的Power System工具箱进行仿真，给出仿真结果，检验所建 模型的正确性。一、三相半波整流电路原理分析.1纯电阻性半波整流电路原理组成三相半波可控整流电路纯电阻性负载，如图所示。图中T为整流变压器，为 了得到中性线，整流变压器的二次接成星形，一次绕组接成三角形，使三次谐波 都能够通过，减少了高次谐波对电网的影响。为了得到零线，整流变压器的二次 绕组必须接成星形，而一次绕组多接成三角形，使其3次谐波能够通过，减少高 次谐波的影响。三个晶闸管的阳极分别接入 v、w三相电源，它们的阴极连接 在一起，称共阴极接法，这对触发电路有公共线者连线较方便

8、，用得较广。1.2.1主电路设计其原理图如图1所示。图1三相半波可控整流电路原理图1.3.1电路原理波形分析图1.1三相半波可控整流电路电阻负载，a=120。时的波形稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120，规定3t=2n/3为控制角a 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3t=2n/3处。在3t1时刻触发VT1，在3t13t2区间有uuuv、uuuw, 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

9、。在3t2时刻触发VT2，在3t23t3区间v相电压最高，由于uuVuv，VT2 承受正向电压而导通，ud = uv。VT1两端电压uT1=uu-uv= uuv0,晶闸管VT1 承受反向电压关断。在V T2导通期间，VT1两端电压uT1= uu-uv= uuv。在3t2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3t3时刻触发VT3,在3t33t4区间w相电压最高，由于uvVuw, VT3 承受正向电压而导通，ud = uw。VT2两端电压uT2= uv-uw=uvw0，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

10、周期内，VT1 只导通2n/3，在其余n/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a=0时，VT1在VT2、VT3导通时仅承受反压，随着a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120。增大a，则整流电压相应减小。a=30是输出电压、电流连续和断续的临界点。当aV30时，后一相的晶 闸管导通使前一相的晶闸管关断。当a30时，导通的晶闸管由于交流电压过零变负而关断后

11、，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=X U2 =U2oa=150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 0150。如果将电路中的晶闸管换成整流管，那么整流元件就在Wt1.Wt2.Wt3，处自 然换相，并总是换到电压最高的一相上去，相应的输出a相，b相，c相电压。 因此相电压的交点就是三相半坡电路的自然换相点，即该出的a=0。在Wt1-Wt 2期间内，a相电压U最高，在Wt2-Wt3期间内

12、，b相电压最高，在Wt2时刻触 发晶闸管T2，可使T2导通，此时T1因承受反向电压而关断，负载上得到b相电 压Ub.如此，各晶闸管都按同样的规律依次触发导通并关断前面一个已导通的 晶闸管。图（a）所示，是三相电压触发脉冲。图（b）所示，各晶闸管上的触发导通脉冲相序应与电源的相序相同。各相 触发脉冲依次间隔120，每相晶闸管各导电120，负载电流波形与整流电压 波形相同，是连续的。图（c）所示，输出的整流电压时三相交流相电压正半周期线。图（d）所示，是变压器a相绕组，即流经晶闸管T1的电流波形，可见变压 器绕组中通过的是直流脉冲电流。图（e）是晶闸管T1两端的电压Ut 1的波形。二、三相半波整流

13、电路数量分析2.1.1输出值的计算三相桥式全控整流电路中，整流输出电压ud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，当以3Oo，例如a =120，如上图1.1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12。如果a角继续增大，那么整流电压将越 来越小。当a = 150o时，整流输出电压为零。故电阻负载时要求的移相范围为150o。下

14、面分两种情况来计算整流电压的平均值：（1） a 30。时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：气=2/3 j 兀 伽2、山靴3) = 0.675U21+ cos(兀/6+以)当 a= 1500时，Ud=0负载电流的平均值Id为由于晶闸管是交替工作的，公式3-22.2.1晶闸管的有效值:(1) a 30。时，I=T。=%流过晶闸管的平均电流为、= 1d cos 2aJ公式3-3cos2a+4sin2a4J公式3-4器件额定参数计算3.1.1变压器参数有要求之电压在100V当a =120。时，U2=100V。由公式 3-2,得 Ud=-58.456V3.2.1晶闸管参数把U2 = 100V,

15、Ud=58.456V代入公式3-4知：考虑到一定的电压裕量， Id=Ud/R3.3.1变压器容量由s=43ui，把u、I代入知2 2223.4.1晶闸管额定电压晶闸管电压定额（一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电 压的2-3倍）U =（23）、u 23.5.1晶闸管额定电流晶闸管通态平均电流：IT=IT/1.57考虑裕量，晶闸管电流定额（一般取其平均电流的1.52倍）七二（1.52） It（av）故晶闸管的额定电流取为20A、MATLAB 软件MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化一级交互 式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数

16、据可视化以及 非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境 中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一 种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模 式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软 件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实 现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主融建模设计与分析等领 域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式于数学、工程中常用的形式 十分相似，故

17、用MATLAB来解决问题要比用C，FORTRAN的语言完成相同的事情简单 快捷的多，并且MATLAB也吸收了想Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大 的数学软件。在新的版本中也加入了对C、FORTRAN. C+、JAVA的支持。可以直 接调用用户也可以将自己编辑的实用程序导入到MATLAB函数库中方便以后调用， 此外许多MATLAB爱好者都编辑了一些经典的程序实例，可供用户自由的调用下载 使用。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和 综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观 的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Si

18、mulink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。同时有大量的第三方 软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛 应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行 建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速 率。为了

19、创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形 用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提 供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结 果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设 计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像 处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行 设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了 Simulink多领域建模功 能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATL

20、AB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真 的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测 试数据的定义。五、MATLAB软件电脑仿真MATLAB软件运用电脑仿真电路模型触发信号图2三相挤式半控整流电路的仿真模型5.2.1纯阻性负载三相半波可控整流电路a=0。和a=60 仿真图像相应的参数设置：（1）交流电压源参数设置U=100 V f=25 HZ ,三相电源 相位依次延迟120。（2）晶闸管参数设置Rn=0.001 q ,Lon=0.0001 H , RS=50 Q ,Cs=250e-6F。（3）负载参数设置 R=10 q，L=0 H，C=inf。

21、（4）脉冲发 生器的振幅为5 V ,周期为0.04 S （即频率25 HZ）,脉冲宽度为2。当a =0 时，设为0.003 3 , 0.016 6 , 0.029 9 S。此时的仿真结果如下图（a）所示;当 a =60。时，触发信号初相位依次设为0.01 , 0.023 3 , 0.036 6 S。此时仿真 结果如图（b）所示。负载电压晶闸管电源员载申.流(a)控制角为0。(b)控制角为60。图3带纯电阻性负载三相桥式半控整流电路不同控制角的仿真结果对比5.3.1仿真结果和实际原理分析比较仿真结果和实际原理分析结果基本上保持一致。在某些方面还存在着误差， 这些误差可以忽略不计。六、心得体会此次

22、电子技术课程设计，所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收 获了诸多，概而言之，大约以下几点：首先，我学会了对相关科技文献的搜索，一切科学研究都是建立在前人研究 的基础之上的。因此，对于相关文献资料的搜索显得尤为重要。在现代社会中， 随着计算机的普及以及网络技术的发展，对于文献的搜索已经从图书馆的纸质资 料转移到网络平台下的电子文档。通过毕业课程设计，我详细的学习并掌握了中 国知网、万方数据库等数据库的搜索与使用。其次，在毕业课程设计的过程中，又对学过的知识做了一次回顾，并且更深 层次的对所学的知识进行掌握，理解了以前不理解的内容。通过实际操作 MATLAB软件更进一步加深了对仿真技术的认识，并