基于MATLAB的三相整流电路仿真研究毕业设计(26页).doc
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1、-基于MATLAB的三相整流电路仿真研究毕业设计-第 16 页西安航空职业技术学院毕 业 设 计(论 文)论文题目:基于MATLAB的三相整流电路仿真研究 所属系部:自动化工程学院指导教师:党智乾 职称: 讲师学生姓名: 学号: 专业: 生产过程自动化技术西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院毕业设计(论文)任务书 题目:基于MATLAB的三相整流电路仿真研究 任务与要求: 1.掌握三相整流电路的硬件设计及其工作原理 2.能用matlab/simulink软件搭建模块图并熟练设置不同电路在不同触 发角下各模块的参数 3.能用matlab仿真三相整流电路的波形图并对它不同负载做了对比且 能分
2、析其波形特点 时间:2013年 10月8 日 至2013 年 12月 8日 共 8周 所属系部: 自动化工程学院 学生姓名: 房锴锴 学 号:11604113 专 业: 生产过程自动化技术 指导单位或教研室: 生产过程自动化教研室 指导教师: 党智乾 职 称: 讲师 西安航空职业技术学院制毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2013.10.8领取毕业设计课题2013.10.8-15收集MATLAB资料,全面认识MATLAB软件的强大功能并熟悉各模块功能2013.10.16-25学习三相整流电路硬件原理2013.10.26-11.5三相整流电路Simulin
3、k中模型的建立2013.11.6-16不同三相整流电路在Simulink中的仿真及分析2013.11.17-24基于MATLAB的三相整流电路仿真研究电子稿的撰写2013.11.25-12.8基于MATLAB的三相整流电路仿真研究电子稿的修改教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。摘 要本文设计了运用了MATLAB对三相整流电路的仿真,整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路,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的应用。本文基于三相整流电路的原理,对不同控制角度带不同负载的三相全控整流电路的仿真模拟,并做了一定的分析。三相整流
4、电路的整体设计,原理分析。利用MATLAB/simulink进行三相半波整流电路,三相桥式半控电路,三相全控整流电路的设计,模块的建立,模拟,仿真。设定在不同的控制角度条件下,对三相半波整流电路,三相桥式半控整流电路,三相桥式全控整流电路,带纯电阻负载、阻感负载的电路仿真,对其三相桥式全控整流电路电阻负载,阻感负载,电阻阻感负载做了对比,并做了一定的分析。关键词:MATLAB;三相电源整流;参数设置;simulink仿真;分析。AbstractThis paper designed using MATLAB simulation of the three-phase rectifier cir
5、cuit, rectifier circuit is to convert alternating current to DC electrical energy, is widely used in its speed, excitation DC motor generator regulation, electrolysis, electroplating and other fields. In this paper, based on the principle of three-phase rectifier circuit, three-phase load with diffe
6、rent simulation of different control angle of full controlled rectifier circuit, and did some analysis.Hardware design of three-phase rectifier circuit, principle analysis. Using MATLAB/simulink for three-phase half wave rectifier circuit, three-phase half controlled bridge circuit, design of three-
7、phase full controlled rectifier circuit, the establishment of module, simulation, simulation. Set in the control angle under different conditions, the three phase half wave rectifier circuit, three-phase half controlled bridge rectifier circuit, three-phase full bridge controlled rectifier circuit,
8、with pure resistive load, resistance and inductance circuit simulation load, load of three-phase full bridge controlled rectifier circuit resistance, resistance and inductance load, inductive load. The comparison of resistance, and do some analysis.Keywords: MATLAB; three-phase rectifier;parameter a
9、djustment; Simulink simulation; analysis.目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 问题的提出11.2 研究现状11.3 设计的内容22 三相整流电路的整体设计32.1三相整流电路的设计32.2整流电路工作原理42.2.1带电阻负载时的工作情况42.2.2阻感负载时的工作情况73 三相整流电路仿真研究113.1 MATLAB概述113.2 Simulink概述113.3 三相整流电路仿真分析123.4三相半波整流电路123.4.1模块的建立123.4.2参数设置133.4.3模拟仿真143.5三相桥式半控整流电路173.5.1模块的建立173.
10、5.2参数设置173.5.3模拟仿真183.6三相桥式全控整流电路203.6.1模块的建立203.6.2参数设置213.6.3模拟仿真224 仿真结果分析25结束语26谢辞27参考文献281 绪论1.1 问题的提出电力电子技术是电气工程及其他相关专业的重要专业基础课该课程通过分析各类电力电子器件的导通、关断情况来理解整流、逆变、调压等典型电路的工作原理,是一门实践性很强的课程。整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要的也是应用的最为广泛的电路,不仅应用于一般工业,也广泛的应用于交流运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域。因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载
11、的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义。通过查阅可控整流电路控制、驱动等相关资料,对相关主电路和驱动电路的分析研究,可以对电力电子器件的应用、驱动和保护有一个更深刻的认识,同时为今后的学习和工作打下良好的基础。整流电路(rectifying circuit)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。计算机仿真是通过对被研究的对象建立数学模型来进行仿真研究的。随着计算技术的日趋发展和完善,无论描述研究对象的数学模型多么复杂庞大,只要其具有正确性,则仿真结果总是安全可靠的,这是诸如
12、实物试验等其它的研究方法所无法比拟的。一般来说,仿真时首先建立应用系统的仿真模型,然后即可利用计算机去求解,故而其具有简单、快捷、经济等特点。另外,仿真资源还具有可重复利用的巨大优势,在针对不同的系统进行仿真时,有时甚至只需更改个别参数或个别环节。因而计算机仿真技术如今已广泛应用于各个领域。鉴于计算机仿真技术在科研实践中具有如此巨大的优越性,把该项技术引入到三相桥式整流电路中,不仅有利于简化研制过程、优化系统参数、缩短研制周期,还有利于降低设计者的劳动强度,因而具有重大的实践意义。MATLAB,是由Mathworks公司推出,其中的Power System Blockset(PSB)含有在一定
13、使用条件下的元件模型,包括电力系统网络元件、电机、电力电子器件、控制和测量环节以及三相元件库等,再借助于其它模块库或工具箱,在Simulink环境下,可以进行电力系统的仿真计算,可以实现复杂的控制方法仿真,同时可以观察仿真的执行过程。仿真结果在仿真结束时利用变量存储在MATLAB的工作空间中。在电气工程类专业教学中应用Matlab仿真软件是非常有必要的,通过Matlab/Simulink更能系统地让学生掌握控制系统设计思想的演化过程以及电气工程学科专业知识,从而提高学生分析和解决实际问题的能力,进一步培养学生的科研能力。1.2 研究现状MATLAB是一种集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络
14、、图像处理等于一体的高级语言,为广大科技工作者提供了一个简便、实用的工具。MATLAB提供的SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。SIMULINK为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,在SIMULINK环境下,利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型,就像用笔和纸来画画一样,一行代码也不用编写,然后直接进行电路的仿真,监控仿真过程,分析仿真结果。因此它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点。KS公司的另一重要的伴随产品SIMULINK。SIMULINK是用来对真实世界的动力学系统建模、模拟和分析的软件。SIMULINK
15、提供了基于MATLAB核心的数值、图形、编程功能的一个块状图界面,通过块与块的联线和属性设置,用户很容易构建出符合特定要求的模型,并对模型进行分析和模拟。近年来,计算机仿真技术在电路分析设计中得到广泛应用,采用该技术可以迅速得到实际方案的模拟结果,从而对其进行评估,优化元器件参数,缩短周期,降低成本。此外,还减小了使用昂贵的功率器件进行探测性MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台。它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的500多个数学和工程函数,工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环境中交互或编程以完成各自的计算
16、。本课题研究的主要切入点在于能够对确定的电路中各个器件的参数进行合理的选择,并建立适当的模型,使仿真结果符合实际,尽可能地满足客观要求。1.3 设计的内容三相整流电路在导通时需要控制触发角的大小,以及所带负载等。并做MATLAB仿真,以验证触发角的范围及负载电流的连续性。本毕业设计包括三相整流电路在MATLAB作图中的设计,以及仿真时对各种参量的设定。特别是对三相半波和三相桥式半控的脉冲发生器模块的设置,依据公式t=(+30)T/360来算出延迟角。大体上包括三相半波整流电路的设计,三相桥式半控整流电路的设计,三相桥式全控整流电路的设计,设定在不同的控制角度条件下,对三相半波整流电路,三相桥式
17、半控整流电路,三相桥式全控整流电路,带纯电阻负载、阻感负载的电路仿真,对其三相桥式全控整流电路电阻负载,阻感负载,电阻阻感负载做了对比,并做了一定的分析。2 三相整流电路的整体设计2.1三相整流电路的设计三相桥式可控整流电路应用最为广泛,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1,VT3,VT5)共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4,VT6,VT2)编号:1、3、5,4、6、2。图2-1三相全控整流电路主电路选择三相桥式全控整流电路,当整流负载容量较大,或要求直流电压脉动较小时,应采用三相整流电路,其交流侧由三相电源供电,使用六个晶闸管,负载使用电阻。主电路中晶闸管装置的的正常工作,与门
18、极触发电路正确和可靠的运行密切相关,门极触发电路必须按主电路的要求来设计对于晶闸管变流装置主电路,对门极触发电路的要求:触发脉冲应有足够的功率,触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值,并留有一定的裕量触发脉冲的相位应能在规定范围内移动触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步,两者频率应该相同,而且要有固定的相位关系,使每一周期都能在同样的相位上触发触发脉冲的波形要符合要求。其中,共阴极组的三个晶闸管,阳极所接交流电压值最高的一个导通;而共阳极组的三个晶闸管,共阴极所接交流电压值最低的一个导通。这样,任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态,施加于负载上的电压为某一线电压。并且由于两
19、个导通的晶闸管属于不同的两相,所以负载电压由电源线电压组成,在分析电路的工作过程时,也应该以线电压作为背景。晶闸管的触发导通顺序是VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1。桥式电路也存在着“自然换相点” ,为线电压的交点,如果相电压有效值为 U,自然换相点在0、/3、2/3、4/3、5/3、2处。仍把控制角为0 的点设在自然换相点处,例如在t=/3+时触发 VT1,在t=2/3+时触发VT2,在t=+时触发 VT3。更改负载的选择,即可作出多种条件下的实验仿真。2.2整流电路工作原理2.2.1带电阻负载时的工作情况1. =0时的情况 假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个晶
20、闸管,阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的3个晶闸管,阴极所接交流电压值最低(或者说负得最多)的导通。任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态。从相电压波形看,共阴极组晶闸管导通时,ud1为相电压的正包络线,共阳极组导通时,ud2为相电压的负包络线,ud=ud1 - ud2是两者的差值,为线电压在正半周的包络线直接从线电压波形看, ud为线电压中最大的一个,因此ud波形为线电压的包络线。三相桥式全控整流电路的特点:(1)2管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同1相器件。(2)对触发脉冲的要求:按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,
21、相位依次差60。表2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载a=0时晶闸管工作情况时 段III IIIIV V VI共阴极组中导通的晶闸管VT1 VT1 VT3 VT3VT5 VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2 VT2VT4 VT4VT6整流输出电压Ud Ua-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120,同一相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180。图2-2 三相桥式全控整流电路带电阻负载=0时波形
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