三相半波可控整流电路的设计.docx
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三相半波可控整流电路的设计
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，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a，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
1.1设计背景1
1.2设计要求1
2主电路设计2
2.1主电路原理分析2
2.2器件的选择及参数计算3
2.2.1整流电压的参数计算3
2.2.2晶闸管的参数计算及选择3
3触发电路设计5
4保护电路设计6
5Matlab仿真设计7
5.1电路仿真图7
5.2Matlab仿真结果分析7
结束语9
参考文献10
致谢11
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ab、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120。
Ud波形为三个相电压在正半周期的包络线。
R
b
图1三相半波可控整流电路及:
=0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^<30时，负载电流连续，有
15亠％••36
2■:
（1）
一6、2U2sintd（t）二一—U2cos匚-1.17U2cos:
3
当〉=0时，Ud最大，为Ud=Ud0=1.17U2。
（2）->30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有
1兀妆厂3^2兀
Ud,2U2sintd（t）U2[1cos（）]=0.675U2[1cos（）]
2兀石垃2兀66
3⑵
根据设计任务要求整流电压在0〜100V连续可调，U2=380V因此有
（I）当〉岂30时，令Ud=100V,将数据代入公式
（1）可求得〉=77，而在Ud=100V时，求得的cos〉为最大值，可知此时的a是0〜100V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）
丨山
dR
（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=42XV3u2=v6U（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
Ufm=J（5u2
将U2=380V代入公式⑷可求得Urm=931V,考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为
Un=（2~3）Urm=（1862~2793）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
IVT
丄Id（6卫」
3Id（、3R
取R=450Q,Ud=100V代入公式（6）可求得
Ivt=0.1283A
晶闸管的额定电流
I^-Ivt=0.0817\
1.57
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。
-15V
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，晶闸管电压波形Uvt，晶闸管1的电流波形IvT1o
图5a=97时matlab仿真波形图
ALaL*-
图7a=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⑵可知，当〉=120时，Ud=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。
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