2022年电力拖动与控制系统课程设计分析方案书.docx

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1、精品学习资源信息工程学院电力拖动与掌握系统课程设计报告书专业：电气工程及其自动化班级： 0311405学号： 031140519同学姓名：向丽指导老师：钟建伟题目:单相全控桥式晶闸管整流电路的设计2021年 5 月 5 日欢迎下载精品学习资源信息工程学院课程设计任务书同学姓名向丽学 号031140519成绩设计题目 单相全控桥式晶闸管整流电路的设计晶闸管 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

2、有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以掌握、被设广泛应用于可控整流、沟通调压、无触点电子开关、逆变及变频等电计子电路中；内在电能的生产和传输上，目前是以沟通电为主；电力网供应用户的是沟通电，而在很多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机容等，需要用直流电；要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电；这个方法中，整流是最基础的一步；整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电；整流的基础是整流电路；基于 matlab simulink仿真出电阻负载的单相桥式全控整流的波形设计要求时间2021.4.10-202

3、1.4.29安排欢迎下载精品学习资源王兆安机械工业出版社吴晓燕西安电子科技高校出版社参考资料目录1 单相桥式全控整流电路的功能要求及设计方案介绍.1.1设计方案 .1.2整流电路的设计 .2触发电路的设计 .2.1晶闸管触发电路 .2.2锯齿波的触发电路 .3爱护电路的设计 .3.1过电压爱护 .3.2 过电流爱护 .4元件参数运算选取与总电路图 .4.1 整流电路参数运算 .4.2晶闸管基本参数及选型 .4.2.1晶闸管基本参数 .4.2.2晶闸管选型 .4.3电路总接线图 .5 仿真及结果分析 .5.1 电阻负载的单相桥式全控整流仿真电路图.5.2仿真模块参数设置 .5.3 仿真输出图形

4、.参考文献 .欢迎下载精品学习资源1单相桥式全控整流电路的功能要求及设计方案介绍1.1 设计方案图 1 设计方案1.2整流电路的设计主电路原理图及其工作波形图 2 主电路原理图及工作波形主电路原理说明：欢迎下载精品学习资源1）在 u2 正半波的 ）区间，晶闸管VT1、 VT4 承担正向电压，但无触发脉冲，晶闸管 VT2、VT3 承担反向电压；因此在0 区间， 4 个晶闸管都不导通；2）在 u2 正半波的 ）区间，在 时刻，触发晶闸管VT1、VT4 使其导通；3）在 u2 负半波的 ）区间，在 间，晶闸管 VT2、VT3 承担正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4 承担反向电

5、压也不导通；4）在 u2 负半波的 ）区间，在 时刻，触发晶闸管VT2、VT3 使其元件导通，负载电流沿bVT3 RVT2 T 的二次绕组 b 流通， 电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压触发信号可为直流、沟通或脉冲电压； 触发信号应有足够的功率触发脉冲应有肯定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后， 阳极电流能快速上升超过掣住电流而维护导通； 触发脉冲必需与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范畴必需满意电路要求；欢迎下载精品学习资源5 、为使并联晶闸管能同时导通，触发电路应能产生强触发脉冲；强触发电流幅值为动身电流的倍左右，脉冲前沿的陡度取为晶闸管触发电路应满意以

6、下要求1） 触发脉冲的宽度应当保证晶闸管的牢靠导通，对感性和反电动势负载的变流器采纳宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的启动，双星型带平稳电抗器电路的触发脉冲应当宽于 30 ， 三相全控桥式电路应小于60或采纳相隔 60的双窄脉冲；2） 脉冲触发应有足够的幅度，对户外冰冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的 35 倍，脉冲前沿的陡度也要增加；一般需达1-2A/us3） 所供应的触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和额定功率，且在门极伏安特性的牢靠触发区域之内；4）应有良好的抗干扰性能、温度稳固性及主电路的电气隔离；2.2 锯齿波的触发电路图 3 同步信号为锯齿波的触发电路电路输出可为双窄

7、脉冲适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲；三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节；此外，仍有强欢迎下载精品学习资源触发和双窄脉冲形成环节；脉冲形成环节：由晶体管 V4、V5 组成， V7、V8 起脉冲放大作用；掌握电压 uco 加在 V4 基极上；电路的触发脉冲由脉冲变压器TP 二次侧输出，其一次绕组接在 V8 集电极电路中；脉冲前沿由 V4 导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关；锯齿波的形成和脉冲移相环节：锯齿波电压形成的方案较多，如采纳自举式电路、恒流源电路等，本电路采纳恒流源电路；恒流源电路方案由V1、V2、V3 和 C2 等

8、元件组成，其中V1、VS、RP2和 R3 为一恒流源电路同步环节：触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定； 锯齿波是由开关V2 管来掌握的 ， V2 开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的沟通电压打算；V2 由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点；V2 截止状态连续的时间就是锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C1；双窄脉冲形成环节：内双脉冲电路：每个触发单元的一个周期内输出两个间隔60 的脉冲的电路；V5、V6 构成一个“或”门，当V5、V6 都导通时， V7、V8 都截止，没有脉冲输出；只要V5、 V6 有一个截止，

9、都会使V7、V8 导通，有脉冲输出；第一个脉冲由本相触发单元的uco 对应的掌握角产生；隔60 的其次个脉冲是由滞后60 相位的后一相触发单元产生通过V6）；在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 ，彼此间隔 60 ，相邻器件成双接通，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一个导通的器件补送一个脉冲；最终输出的脉冲波形为：欢迎下载精品学习资源图 4 最终输出的脉冲波形锯齿波同步触发脉冲不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰才能强，而且移相范畴宽； 所以我选取该触发器做设计；）3 爱护电路的设计在电力电子电路中，除了电力电子器件参数挑选合

10、适、驱动电路设计，采纳合适的过电压、过电流、du/dt爱护和 di/dt爱护也是必要的；3.1 过电压爱护电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内应过电压两类；外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部缘由，包括：1）操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压，快速直流开关的切断等常常性操作中的电磁过程引起的过压；2）雷击过电压：由雷击引起的过电压；内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：1）换相过电压：由于晶闸管或者全控器件反并联的续流二极管在换相终止后不能马上复原阻断才能，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子复原，当其复原了阻断才能时，反向电流急剧减小，

11、这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压；2）关断过电压：全控型器件在较高的频率下工作，当器件关断时，因正向电流的快速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压；过压爱护要依据电路中过压产生的不同部位，加入不同的爱护电路，当达到定电压欢迎下载精品学习资源值时，自动开通爱护电路，使过压通过爱护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，爱护了电力电子器件；为了达到爱护成效，可以使用阻容爱护电路来实现；将电容并联在回路中，当电路中显现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压；与电容串联的

12、电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压爱护电路如图 5 所示；图 5 过电压爱护电路3.2 过电流爱护晶闸管承担过电流的才能很低，如过电流数值较大且时间较长，就晶闸管会因热容量小而产生热击穿损坏；为了使晶闸管不受损坏，必需设置过流爱护，使晶沟通侧自动开关或直流侧接触器跳闸；其动作时间约为100200ms，因此只能爱护因机械过负载而引起的过电流，或在短路电流不大时，对晶闸管起爱护作用；1）直流快速开关对于大容量高功率常常简洁短路的场合，可采纳动作时间只有2ms 的直流快速开关；它的断弧时间仅有2530ms，装在直流侧可有效的用于直流侧的过载爱护与短路爱护；它经特别的

13、设计，可以先于快速熔断器熔断而爱护晶闸管；但此开关昂贵复杂，使用不多；快速熔断器闸管在被损坏之前就快速切断电流，并断开桥臂中的故障元件，以爱护其他元件；晶闸管过流爱护措施有以下几种；2）沟通短路器沟通短路器的作用是当过电流超过其整定值时动作，切断变压器一次侧沟通电路，使变压器退出运行；短路器动作时间较长，约为100200ms；晶闸管不能在这样长的时间里承担过电流，故它只能作为变流装置的后备爱护；3）进线电抗器进线电抗器串接在变流装置的沟通进线侧，以限制过电8 / 22欢迎下载精品学习资源流；其缺点是有负载时会产生较大的压降，增加了线路损耗；a=0 时， Ud= Ud0=0.9 U2； =180

14、 时， Ud=0；可见， a 角的移相范畴为 180 ；向负载输出的直流电流平均值为：2欢迎下载精品学习资源流过晶闸管的电流平均值：3流过晶闸管的电流有效值为：4变压器二次侧电流有效值I 2 与输出直流电流有效值I 相等，为5有上两式得6不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I 2；4.2 晶闸管基本参数及选型4.2.1 晶闸管基本参数由于单相桥式全控整流带电阻性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原就；1. 晶闸管的主要参数如下：1）额定电压 UTn通常取 UDRM和 URRM中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压；在选用管子时，额

15、定电压应为正常工作峰值电压的2 3 倍，以保证电路的工作安全；晶闸管的额定电压：UTn 2 3） UTMUTM ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压欢迎下载精品学习资源I TAV 又称为额定通态平均电流；其定义是在室温40和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170的电路中，结温不超过额定结温时，所答应的最大通态平均电流值；将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流；要留意的是如晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将特别大，可能会超过管子所能供应的极限，使管子由于过热而损坏； ；指在规定的工作温度条件下，使晶闸

16、管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.4 1.2V ；4）维护电流 I H ；指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降到刚好能保持通态所需要的最小通态电流；一般I H 值从几十到几百毫安，由晶闸管电流容量大小而定；5）门极触发电流I g ；在常温下，阳极电压为6V 时，使晶闸管能完全导通所需的门极电流，一般为毫安级；6）断态电压临界上升率du/dt ；在额定结温顺门极开路的情形下，不会导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率；一般为每微秒几十伏；7）通态电流临界上升率di/dt；在规定条件下，晶闸管能承担的最大通态电流上升率；如晶闸管导通时电流上升太快，就会在晶闸

17、管刚开通时，有很大的电流集中在门极邻近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管；4.2.2 晶闸管选型01. 晶闸管承担最大的电压是在 =0 的时候，输入电压为100V， 50Hz 的沟通电，功率2P=500W，利用 R= U /P=10000/500=20；2. 流过晶闸管的电流有效值：=100/1.414*20） *1=3.54A ；3. 变压器二次电流有效值与输出直流电流有效值为：欢迎下载精品学习资源=100/20*1=5A ；4. 这时整流电压平均值为：=0.9*100*1=90V ；5. 向负载输出的平均电流值为：=90/20=4.5A ；006. 角的移相范畴为 0 -180 ；7

18、. 流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半由于一个周期内每个晶闸管只有半个周期导通），即：=0.5*4.5=2.25A；8. 考虑 2 倍的裕量，那么额定电流I=2.25*2=4.5A；9.U DRM=70.7VURRM=141V UTN=70.7V*3=210V综上所述：挑选20的电阻，挑选额定电压为210V，额定电流为4.5A, 型号为 KP 的晶闸管；欢迎下载精品学习资源4.3 电路总接线图图 8 电路总接线图欢迎下载精品学习资源5 仿真及结果分析5.1 电阻负载的单相桥式全控整流仿真电路图：图 8 仿真及结果分析1. 波形图分别代表晶体管VT 上的电流、晶体管VT 上的电压、电

19、阻加电感上的电压；以下波形分别是推迟角 为 0、 30、 90、 150时的波形变化；2. 由上面仿真图可以知道，在五个波形中，第一个的波形表示的是晶闸管的电流ivt ，其次个是晶闸管的电压uvt ，第三个表示的是负载电阻上的电流id ， 第四个表示的是二次侧绕组的电流i2 ，第五个是负载电阻上的电压ud欢迎下载精品学习资源5.2 仿真模块参数设置1. 沟通电源图 14 沟通电源参数设置对沟通电，电压“ Peak amplitude”为 100V，“ Phase”为 0d，其频率“ Frequency ”设置为 50Hz，周期 T=1/f=1/50=0.02s；2. 电流测量图 15 电流测量

20、参数设置“Output signal”设置为 complex ；欢迎下载精品学习资源3. 电压测量图 16 电压测量4. 脉冲信号发生器图 17 脉冲信号发生器参数设置“pulse type”设置为 Time based ，欢迎下载精品学习资源“Time”设置为 Use simulation time， “Amplitude ”设置为 1.0 ，“Period ”设置为 0.02 ，“Pulse Width”设置为 10，Pulse参数对话框，其中相位推迟Phase delay的设置，按关系 t= T/360 运算；1. 对沟通电 T=0.02s ，当 =0仿真时， pulse1 ，t=0s

21、，对 pulse2 ， t=0.01,；2. 当 =30仿真时，对 pulse1 ， t=0.00167s ，对 pulse2 ，相位推迟设置为0.01+0.00167=0.01167s；3. 当 =90仿真时，对 Pulse1 ，相位推迟 Phase delay设置为 t= T/360 =0.005s ，对pulse2 ，相位推迟设置为0.01+0.005=0.015s；4. 当对 =150仿真时，对 Pulse1 ，相位推迟 Phase delay设置为 t= T/360 =0.00833s ，对 pulse2 ，相位推迟设置为0.01+0.00833=0.01833s；5.3 仿真输出图

22、形=0时的波形为图 9 =0时的波形欢迎下载精品学习资源=30时的波形为图 10 =30时的波形 =60时的波形为图 11 =60时的波形欢迎下载精品学习资源=90时的波形为图 12 =90时的波形=150时的波形为图 13 =150时的波形欢迎下载精品学习资源总结通过此次电力电子技术课程设计让我更加深化全面地懂得了学过的变流电路原理的基础学问，懂得了一些起初在课堂上不是很懂的学问，为今后的学习和工作打下坚实的基础；电力电子技术课程设计是协作变流电路理论教案，此次课程设计是我们的一个特别重要的实践教案环节；通过设计，提高了我们运用电路基本理论分析和处理实际问题的才能， 培育了我们的如何运用学过

23、的学问去设计电路的才能；此次课程设计让我对电力电子技术这门学科有了更深刻的明白，在做课程设计的过程中通过查找资料，翻阅课本，深化明白一些基本原理，写课程设计报告，提高了我的综合的学习才能，为我今后的毕业设计做了很好的预备；参考文献1 王兆安 北京：机械工业出版社，2004.01 Wang Zhao An.Power Electronic Technology5rd edition.Beijing:Machinery industry press,2004.012 吴晓燕 西安：西安电子科技高校出版社，2006.09 Wu Xiao Yan. MATLAB in automatic control application .XI AN:Xian university of electronic science and technology press,2006.09欢迎下载精品学习资源欢迎下载