中北大学电力电子课程设计三相桥式全控整流电路设计.doc

《中北大学电力电子课程设计三相桥式全控整流电路设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中北大学电力电子课程设计三相桥式全控整流电路设计.doc（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、目 录任务书I1 引言V2 主电路设计及原理V2.1 总体框架图 V 2.2三相桥式全控整流电路的原理 VI 2.3 设计内容和要求 VI3 单元电路设计 VII3.1 主电路VII3.2 触发电路VII3.3波形观察电路VII 3.4设计电路图VIII4 电路分析与参数计算VIII 4.1电路分析VIII 4.2参数计算IX5 实验波形图IX6 结论 X 参考文献XI 中北大学电子技术课程设计任务书 2011/2012 学年第 一 学期学 院：信息与通信工程学院专 业：电气工程及其自动化学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：三相桥式全控整流电路设计起 迄 日 期: 12月19日 12月30

2、日课程设计地点:电气工程系软件实验室指 导 教 师:石喜玲、张颖系主任：王忠庆下达任务书日期: 2011 年 12 月 30日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1.加深理解电力电子技术课程的基本理论2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 设计条件：1.电源电压：三相交流U2：100V/50Hz 2.输出功率：5000W 3.触发角 4.纯电阻负载根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的工作原理、计算选择元器件参数。设计内容包括：1.整流变压器额定参数的计算 2.晶

3、闸管电流、电压额定参数选择 3.触发电路的设计3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1.根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图；2.利用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。3.用示波器模块观察和记录电源电压、触发信号、晶闸管电流和电压，负载电流和电压的波形图。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1.王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.20092.李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.20053.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.

4、20064.钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.20105设计成果形式及要求：1.电路原理图及各器件参数计算2. MATLAB仿真3.编写课程设计报告。6工作计划及进度：2010年12月19日 12月22日 设计电路，计算参数12月23日 12月27日 对设计的电路进行MATLAB仿真12月28日 12月30日 编写课程设计说明书，答辩或成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日第一章：绪论整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它是一种将交流电变为直流电的电路，在工业技术上应用十分广泛。主要用在直流电动机调速，发电机励磁调节，电镀，电解等各种工业生产领域。整流电路形式多种多样，按

5、照电路结构可分为桥式电路和零式电路；按组成器件可分为不可控、半控和全控三种。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。在此，我们着重讨论三相桥式全控整流电路！三相桥式整流电路是现代整流电路中应用最为广泛的，整流电路通常由主电路，滤波器，和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流

6、电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。

7、第二章 ：主电路设计及原理2.1 总体框架图交流源220V主变压器触发脉冲主电路保护电路图2.1 总体框架图2.2 三相桥式全控整流电路的原理一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。（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：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。2)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。3)同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与

8、VT2，脉冲相差180。（3）Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。 6 个晶闸管导通的顺序是按 VT6 VT1 VT1 VT2 VT2 VT3 VT3 VT4 VT4 VT5 VT5 VT6 依此循环，每隔 60

9、有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为 60 。三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。 三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a 90 ，使 U d 为负值。2.3设计内容和要求： 设计条件：电源电压：三相交流U2：100V/50Hz；输出功率：5000W；触发角；纯电阻负载 设计内容：1.整流变压器额定参数的计算 2.

10、晶闸管电流、电压额定参数选择 3.触发电路的设计第三章：单元电路设计3.1 主电路主电路为带电阻负载的三相桥式电路, 用protel绘制如下所示:三相桥式全控整流电路 原理图3.2 触发电路触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（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

11、电路。本题中使用了synchronized 6-pluse generator作为题中的六个晶闸管的触发脉冲输入电路，初始触发脉冲设为30度角。芯片会自动给各个晶闸管提供所需要的触发脉冲，使晶闸管在需要导通的时候导通，以确保电路的正常运行。3.3波形观察电路在物理学上常用的观察波形的器件是示波器，在matlab软件中，也是使用虚拟的scope（示波器）作为电路的输出波形观察装置！示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的

12、作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。在软件中，将需要观察的物理量通过电压表或电流表进行量化，然后将电压表或电流表的输出段端接到示波器的输入端，通过运行，便可直观的看到所要测得的器件两端的物理量！3.4设计电路图第四章：电路分析与参数计算4.1电路分析 根据设计要求可知，此电路的负载是纯电阻负载，当触发角60时，Ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。 晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示 ：时段IIII

13、IIIVVVI共阴级组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阴级组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压ua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb4.2参数计算实验要求输出功率为5000W，即电阻的功率为5000W。根据实验测得的波形可以求得电阻两端电压的有效值为：=206根据公式P=U2/R可得， R=U2/P=2062/5000=8.49.第五章：实验波形图第六章 ：数据分析以上波形图中，第一个波形是负载的电流，第二个是输出电压波形，第三个是晶闸管电压波形，第四个是输入电压的波形。第五个

14、是触发电路的触发电压波形。根据上面的波形图，可以看出在输入电源的正弦波一个周期内，输出波有六个周期。由此可知，图形中的六个晶闸管中的三个共阳极和共阴级的分别各自轮流导通，导通时间都是120，并且共相的两个晶闸管导通时间相差半个周期！波形上的电流波形同电压波形相同，可知，电阻对电流没有滞后或超前的影响，即不会改变电流的相位。并且电流和电压有突变现象，说明电阻对电流或电压没有抑制现象。而且，电压和电流的突变点与触发脉冲的跳跃点是同时的！这也正好符合电路图的设计原理。根据图形上的坐标，对电压和电流进行积分，求它们的有效值。根据有效值，再与所计算的电阻值相比较，可知，电压、电流和电阻符合欧姆定律！再将

15、电压和电流相乘，正好与所选要的功率相接近！第七章 :结论这次我的课程设计题目是三相桥式全控整流电路的设计，由于这是电力电子技术课程的重点，老师也反复强调的知识点，所以这个知识点我掌握的比较透彻，这次课程设计的基本原理自然也基本上理解了。整个课程设计的过程中，重点难道还是在protel原理图的绘制和PCB板的绘制。在弄懂了设计原理后，首先要用MATLAB进行仿真，用Simulink搭建模块，进行仿真实验，根据要求设计相关参数，模块搭建好后，通过调节触发角得到了不同的波形。由于开始没有加滤波装置，所得仿真波形与理论结果还是有较大差别的，后来在老师的提醒后加入了滤波装置，才得到比较理想的波形。由于触

16、发电路比较复杂，所以直接使用了Simulink里面原有的脉冲发生模块。在仿真实验中比较关键的是参数的设置。通过此次课程设计，我从完全不懂到逐渐了解，再到基本学会使用Matlab，它是与我们专业密切联系的软件。其中掌握了用Matlab对电力电子电路进行仿真，观察波形，调整参数等操作。当然这次实验有遇到了不少的困难，也出现了不少的错误，反映出基础知识的某些地方还有薄弱的地方。通过自己查找资料，苦心探索实践，与同学讨论学习，使我进步了许多，学到了很多东西。不论是在基础理论上还是思维能力、动手能力上都有了比较大的提高。此外，由于这次课程设计是两人一组，经过此次历练后提高了我的协调合作能力。很高兴有这么

17、一次课程设计的机会，我想它将对以后的学习和今后的工作带来一定的好处。电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程。因此，电力电子装置的应用是十分重要的。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源，恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说电力电子技术研究的也是电源技术。本文在熟悉三相桥式整流电路基本原理的基础上，总结了一些主电路参数整定方法，讨论了不同整定方案对系统性能的影响，总结出一些较为实用的方法和规律。本文也对三相桥式全控整流装置相当于一个谐波发生器的理论进行了分析与介绍，强调采取必要措施抑制和消除谐波的重要性。主要参考文献1.王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.20092.李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.20053.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.20064.钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010