三相半波可控整流电路的设计综述.docx

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三相半波可控整流电路的设计综述

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

学院：

电气与信息工程学院专业：

电气工程及其自动化专业

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0～100V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软件对自己的设计进行仿真。

主要参考资料

[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,2010

[2]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

[3]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

意见

教研室主任：

（签字）

年月日

摘要

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，其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晶闸管的这一性质，使得每个晶闸管流过单相电流，以此来达到整流的目的。

同时，改变晶闸管的导通触发角α，改变每相电压导通时刻，以实现整流电压在0~100V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；Matlab

ABSTRACT

Rectificationistheprocessofalternatingcurrenttodirectcurrent.Whentherectifierloadcapacityisbig,ortheDCvoltagefluctuationissmallandeasytofilter,three-phaserectifiercircuitshouldbeadopted,andtheACmeasurementissuppliedbythree-phasepowersupply.Threephasecontrollablerectifiercircuit,themostbasicisthethree-phasehalfwavecontrolledrectifier.

Thethyristor（SCR）isreferredtoasthecrystalthyratron,alsocalledsiliconcontrolledrectifier,previouslyreferredtoasscr.Thethyristorcanonlybeswitchedonwhentheanodeandgatelevelofthethyristoraresimultaneouslyundertheforwardvoltage,andbothofthemareindispensable.Thistopicthree-phasehalfwavecontrolledrectifiercircuitistousethenatureofthyristor,sothateachthyristorflowthroughaphase,soastoachievethepurposeofrectification.Meanwhile,theturn-ontriggerangleofthethyristorischanged,andtheturn-ontimeofeachphasevoltageischangedsoastorealizethecontinuousadjustmentoftherectificationvoltageat0~100V.

Becauseofthelimitedequipment,SimulinkisusedtobuildthecircuitsimulationdirectlybythevisualsimulationtoolMatlab.Simulinksimulationhaswideadaptability,structureandprocesssimulationoffine,clearandpractical,highefficiency,flexibility,andtheadvantagesofSimulinkbasedsimulationhasbeenwidelyusedincontroltheoryanddigitalsignalprocessingcomplexsimulationanddesign.

KeyWords:

rectification;thethyristor;matlab

1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0～100V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。

2主电路设计

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。

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个晶闸管也依次导通，每管各导通

。

波形为三个相电压在正半周期的包络线。

图1三相半波可控整流电路及

=

时的波形

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）

时，负载电流连续，有

（1）

当

=

时，

最大，为

。

（2）

>

时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有

（2）

根据设计任务要求整流电压在0～100V连续可调，

=380V因此有

（I）当

时，令

=100V，将数据代入公式

（1）可求得

=

，而在

=100V时，求得的

为最大值，可知此时的α是0～100V上最小的，但最小的α依然大于

，可见不满足设计要求。

（II）

>

时，令

=100V，将数据代入公式

（2）可求得

=

，再将

=0V代入公式

（2）得到α=

，可见在

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）

（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

（4）

由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压

，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

（5）

将

=380V代入公式（4）可求得

=931V，考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为

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

（6）

取R=450Ω，

=100V代入公式（6）可求得

晶闸管的额定电流

具体数值按晶闸管产品系列选择。

3触发电路设计

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晶闸管相连接。

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。

图2三相半波可控整流触发电路

4保护电路设计

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

5Matlab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晶闸管的触发电路，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。

图4三相半波可控整流电路仿真图

5.2Matlab仿真结果分析

设置三相交流电压为380V，频率为50

，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

，脉冲触发波形

，负载两端电压波形

，晶闸管电压波形

，晶闸管1的电流波形

。

图5α=

时matlab仿真波形图

图6α=

时matlab仿真波形图

图7α=

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

。

从图中

波形可以很容易的看出没通过一次自然换相点

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

时，

=34.36V，在0～100V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,2010

[2]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

[3]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

致谢

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工作特性和波形图进行了全面复习，加深了印象。

通过对Matlab软件的实际操作，使我进一步加深了对仿真软件的应用。

在仿真过程中出现的一系列错误操作，也让我掌握并理解了对Simulink中对应的一些电气模块参数修改及修改意义。

对于反正仿真结果中出现的一些错误，也让我了解了三相半波可控整流电路可能出现的一些电路故障。

这次课程设计让我受益良多，这里就不一一解释了。

最后，我还是要感谢老师和我的同学们。

没有老师教给我的电力电子技术知识，我不可能完成得了这次课设；没有同学在仿真方面给予我帮助，我也不可能完成这次课设。

这次课程设计让我明白了团队和知识的重要性，这些才是成功的关键。