电力电子三相桥式半控整流电路

1、电力电子技术课程设计报告-三相半波可控整流电路 学院：电信学院专业：电气工程及其自动化 姓名：赵伍平学号：08230106指导老师:杨巧玲 2011年12月22日摘要整流电路就是能把交流电能转换成直流电能的电路，大多数整流电路由变压器，整流电路和滤波电路组成。他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的引用。整流电路通常由主电路，整流电路，滤波电路构成，20世纪70年代以后，主要多用整流二极管和晶闸管组成，滤波器通常接在主电路与负载之间，用于滤去脉动直流电压中的交流成分，变压器的设置与否视情况而定，变压器的工作是实现交流输入与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间

2、的电隔离。整流电路的种类有很多，有斑驳整流电路，单相桥式整流电路，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，滤波电路目录摘要 1设计内容及要求4第二章 MATLAB/SIMULINK介绍及 6第三章 晶闸管及二极管8第四章 三相桥式半控整流电路设计14第五章 三相桥式半控整流电路仿真23总结 28第一章 设计内容及要求一、设计内容及技术要求 计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，已经广泛应用电力电子电路（或系统）等的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误

3、差，还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和实验过程。通过本次仿真，学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优势，并掌握电力电子计算机仿真的基本方法。 1、晶闸管三相全波可控整流电路，参数要求： 电网频率 f=50Hz； 电网额定电压U1=380V； 电网电压波动 正负10%； 阻感负载电压波动 0510V连续可调。 2、设计内容 （1）制定设计方案； （2）主电路的设计及主电路元件的选择 （3）驱动电路和保护电路设计及参数计算（4）绘制电路原理图（5）总体电路原理图及说明3、设计的总体要求（1）熟悉matlab/

4、simulink/powersystem中的仿真模块用法和功能 （2）根据设计电路搭建仿真模型 （3）设置参数并进行仿真（4）给出不同触发角时对应ud、id、i2和iVT1的波形。4、设计的总体要求 （1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务； （2）掌握基本电路的数据分析、处理，描绘波形并加以判断； （3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理； （4）广泛收集相关技术资料； （5）按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告。二、设计总结报告要求1、设计题目、目录、设计的基本原理、简要说明本设计内容、用途及特点、达到的性能指标；2、写出个部分设计过程、工

5、作原理、元器件选择；3、给出仿真结果；4、附录、设计参考文献、设计总结体会；5、按要求完成仿真报告。第二章 MATLAB/SIMULINK介绍及应用在电力电子电路如变流装置的设计过程中，需要对设计出来的初步方案(电路)及有关元件参数选择是否合理，效果如何进行验证。如果通过实验来检验，就要将设计的系统用元件安装出来再进行调试和试验，不能满足要求时，要更换元件甚至要重新设计、安装、调试，往往要反复多次才能得到满意的结果。这样将耗费大量的人力和物力，且使设计效率低下、耗资大、周期长。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业 HYPE

6、RLINK /view/1658637.htm t _blank 数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、 HYPERLINK /view/2627393.htm t _blank 矩阵计算、科学数据可视化以及非 HYPERLINK /view/300474.htm t _blank 线性动态系统的 HYPERLINK /view/44500.htm t _blank 建模和仿真

7、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 HYPERLINK /view/257682.htm t _blank 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（如C、Fortran）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 HYPERLINK /view/30608.htm t _blank Mathematica、 HYPERLINK /view/127864.htm t _blank Maple并称为三大 HYPERLINK /view/1284.htm t _blank 数

8、学软件。它在数学类科技应用软件中在 HYPERLINK /view/920695.htm t _blank 数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行 HYPERLINK /view/10337.htm t _blank 矩阵运算、绘制 HYPERLINK /view/15061.htm t _blank 函数和数据、实现 HYPERLINK /view/7420.htm t _blank 算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 HYPERLINK /view/14662.htm t _blank 图像处理、 HYPERLINK /vie

9、w/1345304.htm t _blank 信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的 HYPERLINK /view/1658637.htm t _blank 数学软件。在新的版本中也加入了对 HYPERLINK /view/10075.htm t _blank C， HYPERLINK /view/36402.htm t _blank FORTRAN， H

10、YPERLINK /view/824.htm t _blank C+， HYPERLINK /view/29.htm t _blank JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 HYPERLINK /view/286846.htm t _blank 数字图像处理技术 HYPERLINK /view/162096.htm t _blank 数

11、字信号处理技术 通讯系统设计与仿真 采用计算机进行仿真试验，则可大大地节约开支，提高设计效率，缩短设计周期。但是用其它计算机高级语言(如 C语言，BASIC语言或仿真语言)编程实现，对电力变流电路来说，由于大功率开关器件开关转换电流换相动态过程十分复杂，过渡过程一个接一个，一个未完，新的一个又开始了要分析输出电压、电流(带感性负载时)波形，特别是如大功率开关管关断时承受的尖峰电压大小形状，即阻容保护电路的保护效果如何，就要建立等效电路的数学模型。而这样的数学模型是很复杂的，即使建立起来了，用计算机编程实现得到真实的仿真结果也需要花大量的时间精力来编程和调试。然而采 MATLAB/SIMULIN

12、K可视化图形化仿真环境来对电力电子电路进行建模仿真则可使之变得直观，简单易行，效率高，真实准确1第三章 晶闸管及二极管介绍晶闸管晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中晶闸管T在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，

13、晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。晶闸管在Simulink中的符号： 图3-1晶闸管的工作条件： 1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态 2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性. 3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用 4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其

14、关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。 按引脚和极性分类晶闸管按其和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。 按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。 按电流容量分类晶闸管按电流 HYPERLINK /view/334600.htm t _blank 容量可分为大 HYPERLINK /view/44147.htm t _blank 功率晶闸管、中功率

15、晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。 按关断速度分类晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。（备注：高频不能等同于快速晶闸管）普通晶闸管最基本的用途就是可控 HYPERLINK /view/299310.htm t _blank 整流。大家熟悉的二极管 HYPERLINK /view/135927.htm t _blank 整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路、逆变、 HYPERLINK /view/1930.htm t _blank 电机调速、电机励磁、无触点开关及自动控

16、制等方面。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路。在正弦 HYPERLINK /view/56394.htm t _blank 交流电压U2的正半 HYPERLINK /view/120466.htm t _blank 周期间，如果VS的控制极没有输入触发 HYPERLINK /view/107414.htm t _blank 脉冲Ug，VS仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug时，晶闸管被触发导通。现在，画出它的波形图图4(c)及(d)，可以看到，只有在触发脉冲Ug到来时，负载RL上才有电压UL输出(波形图上阴影部分)。Ug到来得早，晶闸管导通的时间就早；Ug到来得晚

17、，晶闸管导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug到来的时间，就可以调节负载上 HYPERLINK /view/3096097.htm t _blank 输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小)。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角。很明显，和都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角或导通角，改变负载上脉冲 HYPERLINK /view/2070482.htm t _blank 直流电压的平均值UL，实现了可控整

18、流。二极管 二极管在Simulink中的符号：图3-2二极管又称晶体二极管简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻

19、挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。 反向性外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流，由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。 击穿外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去

20、单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。 二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管现已很少见到，比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V，发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。 主要有三种颜色，具体压

21、降参考值如下：红色发光二极管的压降为2.0-2.2V，黄色发光二极管的压降为1.82.0V，绿色发光二极管的压降为3.03.2V，正常发光时的额定电流约为20mA。 二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。 二极管的特性曲线与PN结一样，二极管具有单向导电性。硅二极管典型伏安特性曲线（图）。在二极管加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为二极管的开启电压；当电压达到约0.7V时，二极管处于完全导通状态，通常称此电压为二极管的导通电压，用符号UD表示。 对于锗二极管，开启电压为0.2V，导通电压UD约

22、为0.3V。 在二极管加有反向电压，当电压值较小时，电流极小，流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过某个值时，电流开始急剧增大，称之为反向击穿，称此电压为二极管的反向击穿电压，用符号UBR表示。不同型号的二极管的击穿电压UBR值差别很大，从几十伏到几千伏。 二极管的反向击穿齐纳击穿 反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低，势垒区宽度较宽，不容易产生齐纳击穿。 雪崩击穿 另一种击穿为雪崩击穿。当反向电压增加到较

23、大数值时，外加电场使电子漂移速度加快，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生新的电子-空穴对。新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地增加，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可能造成PN结永久性损坏。 二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电

24、流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和 HYPERLINK /view/1155945.htm t _blank 雪崩击穿之分。 二极管的类型二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管

25、、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流电路中。平面型二极管是一种特制的 HYPERLINK /view/4748.htm t _blank 硅二极管，它不仅能通过较大的电第四章 三相桥式半控整流电

26、路设计设计原理目前在各种整流电路中，应用最广泛的就是三相桥式可控整流电路，三相桥式可控整流电路里面又分为三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于三相桥式半控整流电路比三相桥式全控整流电路的电路结构更简单，更经济，所以在中等容量装置或要求不可逆的电力拖动肿应用比较广泛，他由共阴极法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种接法建有不可控和可控的特点，共阳极组有三个整流二极管，总是在自然换相点换流，使电流换到比阴极电压更低的一相，而共阴极组的3个晶闸管则要再触发后才能换到阳极电位高的一个。输出整流电压的波形是3组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管控制角，

27、可获得02.34U2(U2为变压器二次侧电压)的直流电压。VT1，VT3，VT5为触发相位差互差120度的晶闸管，VD4，VD6，VD2为整流二极管，由这6个管子组成的三相桥式半控整流电路他们的导通顺序是VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，不仅应用于一般工业领域，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域。三相桥式半控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义，这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环。三相桥式整流电路里，在任何瞬间，只要控制晶闸管的导通，相串联的另一个器件

28、是一个不可控二极管，所以称为半控整流电路。方案介绍三相桥式半控整流电路由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此，这种电路兼有可控和不可控的特性。共阳极组3个整流二极管总是在自然换相点换流，使电流换到比阴极电位更低的一相；而共阴极组3个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一个。输载电流在整个稳态工作过程中保持恒值，因此不论控制角a为何值，负载电流如总是单向流动，而且变化很小。在一个周期中，器件工作情况如下：在wt1wt2期间，a相电压最高，VD1导通;在wt2wt3期间，b相电压最高，VD2导通，在wt3w t4期间，c相电压最高，VD3导通。此后，

29、在下一周期相当于wt1的位置即 wt4的时刻，VD1又导通，如此重复前一周期的工作情况 。因此，一周中 VD1，VD2，VD3轮流导通。每管各导通120。在相电压的交点wt1，wt2，wt3处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶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，即=0，要改变触发角只能在此基础上增大，即沿时间坐标轴右移。若在自然换相点处触发相应的晶闸管导通，则电路的工作情况与以上分析的二极管整流工作情况一样。当=0时，变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形如图所示，另两

30、相电流波形形状相同，相位依次滞后120，可见变压器二次绕组电流有直流分量。增大的值，将脉冲后移，整流电路的工作情况发生相应的变化。对于=30的波形，从输出电压电流的波形可以看出，这时负载电流处于连接和断续的临界状态，各相仍导电120。如果30，例如=60时，整流电压的波形如图所示，当导通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承受正电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，因此输出电压电流均为零，直到触发脉冲出现为止。这种情况下，负载电流断续，各晶闸管导通角为90小于120。若角继续增大，整流电压将越来越小，=150时，整流输出电压为零。固电阻负载时角的移相范围为 150。2阻感

31、负载如果负载为阻感负载，且L值很大，则整流电路Id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。30时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。30时，例如=60时的波形如图，当U2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。这种情况下Ud波形中出现负的部分，若增大，Ud波形中负的部分将增多，至=90。出整流电压Ud的波形是三组整流电压波形之和，改变共阴极组晶闸管的控制角理，可获得02.34U2(变压器二次侧电压)的直流电压。图1中VTl、VT3和V

32、T5为触发脉冲相位互差120o的晶闸管，VD2、VD4和VD6为整流二极管，由这6个管子组成三相桥式半控整流电路。它们的导通顺序依次为：VT1-VD2-VT3 -VD4-VT5-VD6。假定负载电感L足够大，可以认为负载电流如总是单向流动，而且变化很小。一个周期中参与导通的管子及输出整流电压的情况如下图所示：时段共阴极组导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组导通的晶闸管VD6VD2VD2VD4VD4VD6整流输出电压UdUa-ub=uabUa-uc=uacUb-uc=ubcUb-ua=ubaUc-ua=ucaUc-ub=ucb以下分析带电阻负载的情况：晶闸管触发角=0o时，对

33、于共阴极组所接的3个晶闸管，阳极所接交流电压最高的1个导通；同理，对于共阳极组阴极所接交流电压最低的1个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中总是各有1个管子处于导通状态，负载电压为某个线电压。图l中各个管子均在自然换相点处换相，从输入电压与负载线电压的对照来看，自然换相点既是各线电压的交点，又是各相电压的交点。从线电压波形可以看出由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大的相电压，而共阳极组中对应的是最小的相电压，所以输出电压Ud对应为2个相电压相减，是线电压中最大的1个，因此，输出直流电压波形为线电压在正半周的包络线。只要共阴极组中有晶闸管导通，共阳极组中就会有二极管续流。当a60o时，

34、ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样也是连续的， a60o时，ud波形每中有一段为零，但ud波形不会出现负值。带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120o。Simulink中的晶闸管脉冲信号元件Pulse提供 ，其图形符号：图3-1可以通过框图图4-2设置脉冲的峰值，占空比和脉冲时间，而通过调节脉冲触发角可以调节负载在电压 图4-3 图一 三相半控整流电路原理图（2）触发电路触发脉冲的宽度应保证精华杂关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠触发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离晶

35、闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。此处就是采用集成触发产生触发脉冲。KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。KJ004触发电路为模拟的触发电路,其组成如下图：图143个KJ004集成

36、块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大,即可得到完整的三相全控桥触发电路,如下图所示: 图15用protel绘制的完整触发电路如下所示： 图16（3）保护电路电力电子装置可能的过电压外因过电压和内因过电压，外因过电压主要来自雷击和系统操作过程等外因。分别介绍如下：操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压：由雷击引起内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电

37、压。在抑制外因过电压的措施中,采用RC过电压抑电路最为常见。RC过电压抑电路可接于供电变压器的两侧（通常供电网一侧称为网侧，电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧。本处采用反向阻断式过电压抑制用RC电路构成保护电路, 用protel绘制如下所示:图17根据上述分析，可求出输出负载电压平均值为：A60o时，a角的移相范围为120o。输出电流的平均值为图4-5 三相桥式半控整流电路的仿真模型图第五章 三相桥式半控整流电路仿真带电阻电感仿真相关的参数设置：（1）交流电压参数U=380V,f=50Hz，三相电源依次延迟120度。（2）晶闸管参数电阻R=0.001，L=0.0001H，V=0V,

38、Rn，=50C=250*0.000001F（3）负载参数R=10 L=0.01H C=INF(4)脉冲发生器的振幅为5 V，周期为002 s(即频率为50 HZ)，脉冲宽度为2。如下系列图片是带电阻电感行负载三相桥式半控整流电路不同控制角的仿真结果图图5-1带电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路控制角为0时的结果图1第一列为三相交流电流源，每相相差120第二列为触发脉冲，触发脉冲宽度为2第三列为负载电流第四列为伏在电压第五列为晶闸管电源第六列为晶闸管反向电压，上图中，三相交流电流源正常工作，触发脉冲角设定在0，即表示晶闸管VT1，VT3，VT5工作在阳极与阴极产生电压差的时刻，一有电压差就导通

39、，此时负载上立即产生电压，但是由于有电感作用，电流只能缓慢增加，当第一组晶闸管电压反向时，第二组晶闸管开始导通，由于电感作用，负载电压基本保持不变，负载电流继续上升，当此组晶闸管二极管组电压反向时，第三组晶闸管-二极管组开始导通，负载电压基本不变，电流继续上升，以此循环最终电流值基本稳定，而晶闸管的正向电压在正向电压为120范围内时，保持0一致，直到下一组晶闸管导通时前一组晶闸管的正向电压变为0.每一组正在导通的晶闸管其正向电压为0，其他两组晶闸管为反向电压状态。图5-2带电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路控制角为30时的结果图第一列为三相交流电流源，每相相差120第二列为触发脉冲，触发脉冲

40、宽度为2第三列为负载电流第四列为伏在电压第五列为晶闸管电源第六列为晶闸管反向电压，在图5-2中，由于触发时间延迟，晶闸管-二极管组导通角延后，当有正向电压差加在晶闸管-二极管组上时，晶闸管不能马上导通，当电压30是给晶闸管一个触发脉冲，晶闸管才能导通，电路才能形成回路，第二三组晶闸管-二极管组依次导通。而由于触发角发生了改变，晶闸管导通时间押后所以导致负载电压在未导通时候负载电压未接入电路，而由于电感作用，电压会缓慢下降一会，值到下一个导通时间，电流也由于电感作用，在未导通时候会有一定的电流下降，但幅度较小。而晶闸管电压与反向电压应为触发角的变化而发生变化。带电阻电感性负载的三相桥式半控整流电

41、路控制角为45时的结果图第一列为三相交流电流源，每相相差120第二列为触发脉冲，触发脉冲宽度为2第三列为负载电流第四列为伏在电压第五列为晶闸管电源第六列为晶闸管反向电压，带电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路控制角为60时的结果图带电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路控制角为60时的结果图第一列为三相交流电流源，每相相差120第二列为触发脉冲，触发脉冲宽度为2第三列为负载电流第四列为伏在电压第五列为晶闸管电源第六列为晶闸管反向电压，（5）带电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路控制角为90时的结果图带电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路控制角为30时的结果图第一列为三相交流电流源，每相相差120

42、第二列为触发脉冲，触发脉冲宽度为2第三列为负载电流第四列为伏在电压第五列为晶闸管电源第六列为晶闸管反向电压，当触发角改成90度时候，与触发角为0时候的图形发生了很大变化，特别是负载电压波形电流波形和晶闸管反向电压及正向电压波形变化较大，负载电压即时短暂没有外接电源，也因为自己电感作用，而回维持一段时间的导通，所以电压电流会缓慢下降，值到下一次导通，而晶闸管的反向电压会在导通之前的一段时间内持续上升。值到最高值。 总结整流电路就是能把交流电能转换成直流电能的电路，大多数整流电路由变压器，整流电路和滤波电路组成。他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的引用。整流电路通常由

43、主电路，整流电路，滤波电路构成，三相桥式可控整流电路里面又分为三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于三相桥式半控整流电路比三相桥式全控整流电路的电路结构更简单，更经济，所以在中等容量装置或要求不可逆的电力拖动肿应用比较广泛，这不是我第一次使用MATLAB进行仿真，但是很久没有使用导致了应用的生疏，很多原本明白的细节在这次刚开始进行仿真的时候没有注意到，忽视了许多细节，导致在仿真初期的进程停滞不前，好在同老师和同学们的指导下，很快找到了要点，对三相桥式半空整流电路进行了分析，建立了基于MATLAB/Simulink/power system 工具箱的三相桥式半控整流电路的仿真模型.并完

44、成了相关工作参考文献：孙树朴等。电力电子技术。第一版。中国矿业大学出版社。1999邵丙衡。电力电子技术。第一版。铁道出版社。1997黄俊。半导体变流技术。第四版。机械工业出版社。2002张立。现代电力电子技术。第一版。科学出版社。1997周明宝。电力电子技术。第一版。机械工业出版社.1997叶斌。电力电子技术习题集。第一版。铁道出版社.1995林渭勋。现代电力电子电路。第二版。浙江大学出版社。2002张良炳。现代电力电子技术基础。第一版。清华大学出版社.1995附录资料：不需要的可以自行删除 电机绕组的绕制与嵌线项目二 电机绕组的绕制与嵌线实现目标通过对电机绕组的绕制和嵌线拆除，进一步了解电机

45、的基本结构与原理，掌握绕制嵌线步骤、工艺规范及注意事项，学会正确的使用专业工具。主要内容1.定子绕组展开图的绘制。2.绕组的绕制。3.绕组的嵌放和接线。教学方法1、项目引导法2、启发式教学3、现场教学实施场景实训室、多媒体教室教学工具PPT、三相异步电动机、绕线嵌线工具总学时12应知绕组展开图原理、步骤和方法；嵌线的工艺方法。应会1.绕组的绕制；2.绕组展开图的绘制；3.应用专用工具嵌线。项目评价总结能否正确绘制绕组展开图，能否绕制绕组，能否熟练嵌线项目实施过程设计项目导入从上一节的内容可以看出电机绕组的绕制和嵌线都是按照一定的规律排布和设置的。定子绕组的这种绕制和嵌线方法能够有利于电动机内部

46、产生旋转磁场，提出问题，学生思考：绕组的绕制和嵌放是按照什么规律设置的？我们是否可以重新绕制定子绕组并嵌放到电动机内部呢？从而引入本节内容。项目实施1绕线专用工具介绍（实物展示、PPT演示、视频） (1)绕线机。在工厂中绕制线圈都采用专用的大型绕线机。对于普通小型电机的绕组，可用小型手摇绕线机。 (2)绕线模。绕制线圈必须在绕线模上进行，绕线模一般用质地较硬的木质材料或硬塑料制成，不易破裂和变形。 (3)划线板。由竹子或硬质塑料等制成，如图3-6所示，划线端呈鸭嘴形或匕首形，划线板要光滑，厚薄适中，要求能划入槽内23处。 (4)压线板。一般用黄铜或低碳钢制成，形状如图37所示，当嵌完每槽导线后

47、，就利用压线板将蓬松的导线压实，使竹签能顺利打入槽内。 2定子绕组展开图的绘制(PPT演示、模型展示、挂图) 现以4极24槽单层绕组的三相笼式异步电机为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。什么是展开图呢?设想用纸做一个圆筒来表示定子的内圆，用画在圆筒内表面上的相互平行的直线表示定子槽内的线圈边，用数字标明槽的号数，如图38(a)所示。然后，沿1号槽与最末一个槽之问的点划线剪开，如图38(b)所示。展开后就得到如图38(c)所示的平面图，把线圈和它们的连接方法画在这个平面图上，就是展开图。 (1)定子绕组展开图的绘制步骤。 画槽标号。在纸上等距离地把所修电动机的定子槽画成平行线。因电动机定子为24

48、槽，故画24根平行线代表槽数，并标明每个槽的序号，如图3-9(a)所示。 定极距(分极性)。从第一槽的前半槽起，至最末一槽的后半槽画长线，线的长度代表电动机的总电角度。再按电动机的磁极数来等分，每一等份代表一个极距，相当于180。电角度，然后依次标出极性。极性的排列为N、S、N、S，如图3-9(b)所示。 标电流方向。按照同一极性下导线的电流方向相同，不同极性下导线的电流方向相反的原则画出电流方向。在图3-9(b)中设N极下各线圈边的电流方向都向上，则S极下各线圈边的电流方向都向下。分相带。将每一极划分为3等份，即60度相带，在图3-9(b)中每一相占两槽；假如第l槽为u相的首端，则l、2、7

49、、8、13、14、19、20槽均属于u相。V相首端应与u相首端相差120。电角度，即5、6、11、17、18、23、24槽均属V相，其他槽属于w相。最后在每一个三等份(即60度相带)上依次重复地标出相序号u、V、w。 分别连接各相绕组。按照采用的绕组类型及线圈节距，安置和连接每相线圈组。在上图中，先将u相的两个线圈顺着电流方向连接成线圈组，再依照电流方向将U相各线圈连起来组成u相绕组，如图3-9(c)所示。根据三相间隔120电角度的原则，U相、V相和W相绕组的首端应依次各移过l20电角度，即移过一个极距的23；如u相首端是从第一槽开始，那么，v相的首端就从第5槽开始，w相的首端就从第9槽开始，

50、再按上述方法将V相和w相的各线圈组串接起来，组成V相和W相绕组，这样就构成了一个完整的三相定子绕组展开图，如图3-9(d)所示。图中所示为24槽4极的定子绕组展开图，其极距P为： P=Q2P=244=6(槽) 相应的电度角为180O；U、V相问间隔l20电角度；每极下相占60O相带。 用上述方法画出的各相绕组在定子槽中的位置和所占的槽数清晰明了，可以清楚地看出各相绕组的连接方式和端部接线的方法，因此展开图是嵌线的重要依据。掌握上述的基本概述及绘制步骤后，就可以着手画展开图了。画展开图时，最好用3种不同颜色的笔来画，这样就能更清楚、更容易地区别各相绕组定子槽内的分布情况、安置位置以及连接方法。(

51、2)绕组的连接方法。三相24槽4极电机的单链绕组有短节距和全节距之分。图310为单层链式短节距绕组展开图。画图时先将u相绕组画出，U相绕组的有效边分别安置在线槽l6、712、1318、1924之中，然后再将各线圈连接起来，如图311所示。可以设定任意一个线槽为U相的首端。 图310三相24槽4极电动机的单链(短节距)绕组展开图 同理，W相和V相绕组的安置和连接方法与u相是一样的，只不过w和V相绕组的首端相对第一相绕组的首端依次移过l20的电角度，即移过一个极距的23。如果u相绕组的首端U1从第6号线槽引出，移过一个极距的23，也就是4槽(623)。因此，w相绕组的首端W1应从第2号线槽内引出，

52、V相绕组的首端V1应从第l0号线槽内引出。注意w相绕组的各线圈的连接方向应与另外两相绕组相反，这样可使三相绕组的6根首尾端引出线比较集中，便于和电动机接线板连接。 线圈与线圈的连接方法有反串联和顺串联两种。当每相绕组中线圈组的数目等于电动机磁极数时，每相绕组中各线圈之问的连接次序就是首端接首端，尾端接尾端，即反串联；当每相绕组中线圈组的数目等于电动机磁极数的一半时，每相绕组中各线圈之间的连接次序是首端接尾端，即顺串联。这两种方法是绝大多数电动机同一相绕组中各线圈组问的连接规律。 图312为单层链式全节距绕组展开图。图中每两只线圈连绕成一个线圈组，每相共有两个线圈组，正好等于电动机磁极数的一半，

53、因而绕组的连接为顺串联。这个规律对于任何类型的绕组、不同槽数与极数的电动机都是适用的。 图312三相24槽4极电动机的单链绕组(全节距)展开图3绕组的绕制方法（互动方法、学生参与，现场教学） (1)绕线模尺寸的确定。在线圈嵌线过程中，有时线圈嵌不下去，或嵌完后难以整形；线圈端部凸出，盖不上端盖，即便勉强盖上也会使导线与端盖相碰触而发生接地短路故障。这些都是因为绕线模的尺寸不合适造成的。绕线模的尺寸选得太小会造成嵌线困难；太大又会浪费导线，使导线难以整形且绕组电阻和端部漏抗都增大，影响了电动机的电气性能。因此，绕线模尺寸必须合适。 选择绕线模的方法：在拆线时应保留一个完整的旧线圈，作为选用新绕组

54、的尺寸依据。新线圈尺寸可直接从旧线圈上测量得出。然后用一段导线按已决定的节距在定子上先测量一下，试做一个绕线模模型来决定绕线模尺寸。端部不要太长或太短，以方便嵌线为宜。 (2)绕线注意事项。 新绕组所用导线的粗细、绕制匝数以及导线面积，应按原绕组的数据选择。 检查一下导线有无掉漆的地方，如有，需涂绝缘漆，晾干后才可绕线。 绕线前，将绕线模正确地安装在绕线机上，用螺钉拧紧，导线放在绕线架上，将线圈始端留出的线头缠在绕线模的小钉上。 摇动手柄，从左向右开始绕线。在绕线的过程中，导线在绕线模中要排列整齐、均匀、不得交叉或打结，并随时注意导线的质量，如果绝缘有损坏应及时修复。 若在绕线过程中发生断线，

55、可在绕完后再焊接接头，但必须把焊接点留在线圈的端接部分，而不准留在槽内，因为在嵌线时槽内部分的导线要承受机械力，容易被损坏。 将扎线放入绕线模的扎线口中，绕到规定匝数时，将线圈从绕线槽上取下，逐一清数线圈匝数，不够的添上，多余的拆下，再用线绳扎好。然后按规定长度留出接线头，剪断导线，从绕线模上取下即可。 采用连绕的方法可减少绕组间的接头。把几个同样的绕线紧固在绕线机上，绕法同上，绕完一把用线绳扎好一把，直到全部完成。按次序把线圈从绕线模上取下，整齐地放在搁线架上，以免碰破导线绝缘层或把线圈搞脏、搞乱，影响线圈质量。 绕线机长时间使用后，齿轮啮合不好，标度不准，一般不用于连绕；用于单把绕线时也应

56、即时校正，绕后清数，确保匝数的准确性。4嵌线的基本方法（互动方法、学生参与，现场教学） (1)绝缘材料的裁制。为了保证电动机的质量，新绕组的绝缘必须与原绕组的绝缘相同。小型电动机定子绕组的绝缘，一般用两层0.12mm厚的电缆纸，中间隔一层玻璃(丝)漆布或黄蜡绸。绝缘纸外端部最好用双层，以增加强度。槽绝缘的宽度以放到槽口下角为宜，下线时另用引槽纸，如图313所示。 如果是双层绕组，则上下层之间的绝缘一定要垫好，层间绝缘宽度为槽中间宽度的1.7倍，使上下层导线在槽内的有效边严格分开。为了方便，不用引槽纸也可以，只要将绝缘纸每边高出铁心内径2530mm即可，如图314所示。我们用0.2mm厚的绝缘纸

57、（复合纸）长度=槽长+52=90+10=100mm，宽度=槽深22=1522=60mm。 图3-13伸出槽外的绝缘 图3-14绝缘的大小线圈端部的相间绝缘可根据线圈节距的大小来裁制，保持相间绝缘良好。(2)嵌线方法。单链短节距绕组的嵌线的方法(线圈展开图参见图310)。 a先将第一个线圈的一个有效边嵌入槽6中，线圈的另一个有效边暂时还不能嵌入1槽中。因为线圈的另一个有效边要等到线圈十一和十二的一个有效边分别嵌入槽2、槽4中之后，才能嵌到槽l中去。为了防止未嵌入槽内的线圈边和铁心角相磨破坏导线绝缘层，要在导线的下面垫上一块牛皮纸或绝缘纸。嵌线示意图如图3-15所示。 空一槽暂暂时不嵌入槽内 时不嵌线 第l号线槽 第3号线槽 （a） （b） 图315三相24槽4极电动机的单链绕组嵌线程序示意图 b空一个槽(7号槽)暂时不下线，再将第二个线圈的一个有效边嵌入槽8中。同样，线圈二的另一个有效边要