三相桥式全控整流电路设计副本.docx

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三相桥式全控整流电路设计副本

电子技术课程设计说明书

三相桥式全控整流电路设计

信息与通信工程

学生姓名：

学号：

电气工程及其自动化

学院：

石喜玲

专业：

指导教师：

二〇一三年一月

中北大学

电子技术课程设计任务书

2012/2013学年第一学期

学院：

信息与通信工程

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24日~01月4日

课程设计地点:

 电气工程系软件实验室

指导教师:

石喜玲 

系主任：

 王忠庆

下达任务书日期:

2012年12月24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.2009

[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005

[3].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.2006

[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010

5．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：

2012年12月24日~12月25日设计电路，计算参数

12月26日~12月31日对设计的电路进行MATLAB仿真

2013年01月01日~01月04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

1引言……………………………………………………………………………………1

1.1设计的目的…………………………………………………………………………1

1.2设计的意义…………………………………………………………………………1

2系统总体方案………………………………………………………………………2

2.1总体框图……………………………………………………………………………2

2.2三相全控桥式整流电路原理……………………………………………2

3硬件电路设计及描述………………………………………………………3

3.1主电路的设计………………………………………………………………………3

3.2触发电路的设计……………………………………………………………………4

4电路仿真及结果分析……………………………………………………5

4.1电路仿真……………………………………………………………………………5

4.2结果分析……………………………………………………………………………7

5课程设计体会……………………………………………………………8

参考文献…………………………………………………………………8

第一章绪论

1.1设计的目的

通过Matlab的可视化仿真工具Simulink建立三相桥式全控整流电路的仿真模型，进行仿真，可以让我们熟悉MATLAB应用技术在电气工程与自动化中得应用，熟悉运用MATLAB及Simulink程序，熟悉三相桥式全控整流电路，通过分析输出波形，可以让我们知道在真实情况下三相桥式全控整流电路的各个器件的运行情况。

1.2设计的意义

电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）和高效利用能源均至关重要。

我国目前仍旧是一个发展中的国家，尚处于前工业化阶段，传统产业仍然是我国国民经济的主力军，因此在近期或在较长一段时期内，传统产业的改造和发展将在很大程度上决定着我国经济的发展。

而电力、机械、冶金、石油、化工、交通运输是传统产业的重要支柱，这些产业技术水平的高低直接关系到我国工业基础的强弱。

毫无疑问，电力电子技术是提高这些产业技术水平的重要手段，它是对我国传统产业实现技术改造、建立自动化工业体系的关键应用技术。

下面就电力电子技术在国民经济各部门的应用进行简要讨论。

概括起来说，电力电子技术主要应用于电机调速传动、工业供电电源、电力输配电和照明四大方面。

自20世纪50年代末开始，电力电子技术在应用需求的推动下迅速发展成一门崭新的技术。

可以预见，在21世纪，电力电子技术在现代化社会的建设中的应用将起着重要作用并得到飞跃性的发展。

中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足，直流电是一种能够储备的能源，它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛应用。

1.3本人所做的工作及系统的主要功能

在研究三相全控整流电路理论基础上，进行原理图的设计以及参数的计算设定。

使所达到的功能与课程设计的要求相符。

然后采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立三相桥式全控整流电路的仿真模型，对输出电压、控制角、故障现象以及负载特性等进行了动态仿真与研究，得到相应的实验波形图，并观察是否与理论值的差异。

三相桥式全控整流电路在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、高压直流输电系统、新能源发电技术、通用电源、电解、电镀、金属精炼以及化学气体的生产等领域得到广泛应用。

第二章系统总体方案

2.1总体框图

图2.1总体框图

2.2三相桥式全控整流电路的原理

在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路。

习惯将电路中阴极连在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。

（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°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°。

图2.2三相桥式全控整流电路原理图

第三章硬件电路设计及描述

3.1主电路的设计

图3.1主电路

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°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图3.1所示。

3.2触发电路的设计

控制晶闸管的导通时间需要触发脉冲。

常用的触发电路有单结晶体管触发电路设计利用KJ004构成的集成触发器实现产生同步信号为锯齿波的触发电路。

3.2.1KJ004的工作原理

KJ004的电路原理图如图3.2所示

图3.2KJ004电路原理图

KJ004电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。

锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1,流出的充电电流和积分电容C1的数值。

对不同的移相控制电压Vy,只有改变权电阻R1、R2的比例,调节相应的偏移电压Vp。

同时调整锯齿波斜率电位器RW1,可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。

触发电路为正极性型,即移相电压增加,导通角增大R7和C2形成微分电路,改变R7和C2的值可以获得不同的脉冲输出。

3.2.3触发电路原理说明

1-6脚管为单脉冲信号输入。

把单脉冲信号由10-15脚管两两同时输出形成双脉冲信号。

10-15脚管两两同时输出对应输送给VT6-VT1晶闸管。

假设在t1时刻15脚管开始给VT1晶闸管输送脉冲信号。

则经过60度后14脚管开始给VT2晶闸管双脉冲信号即只有15脚管和14脚管有信号输出其他脚管没信号输出。

则此时VT1和VT2同时导通。

再过60度后15脚管停止输出信号，而13脚管开始给VT3输出信号即只有14脚管和13脚管有信号输出，其他脚管没信号输出此时VT2和VT3同时导通。

第四章电路仿真及结果分析

4.1电路仿真

参数设置

本参数:

整流变压器输出相电压为U2：

1.三相交流U2：

100V/50Hz

2.输出功率：

5000W

3.触发角

4.纯电阻负载

则变压器选取

因为

=220VU2=100V，采用

变压器变比K=220

/100

效率一般60%-90%考虑,

晶闸管选取

晶闸管额定的电压

=

，取2-3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列取500V。

，如考虑2倍安全储备并考虑晶闸管电流序列取

触发延迟角

则6个晶闸管导通的顺序是按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6依此循环，每隔60°有一个晶闸管换相，它们的触发角度分别为30、90、150、210、270、330。

以

相位为基准

滞后

，

相位为

时为零触发角，因此

时VT1延迟角为

，VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6依次为90、150、210、270、330、30。

则T=0.02s，VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6依次延迟时间为0.005s、0.008333s、0.01166s、0.015s、0.018333s、0.001666s。

根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用simu-link内的模块建立仿真模型如图２所示，设置三个交流电压源，ｕ，Ｋ相位角依次相差120。

，得到整流桥的三相电源。

用6个Thyristor构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。

6个Pulse产生整流桥的触发脉冲，且从上到下分别给1＂－－6号晶闸管触发脉。

）根据三相桥式全控整流电路的原理图进行仿真，负载为电阻特性。

三相桥式全控整流电路的仿真模型和仿真波形如下图所示。

图4.1三相桥式全控整流电路的仿真模型

图4.2仿真波形

波形依次为电源电压、触发信号、晶闸管电流和电压，负载电流和电压的

形图。

4.2结果分析

本电路为三相桥式全控整流电路，电源电压为三相交流U2100V/50Hz，输出功率5000W，触发角

，纯电阻负载。

电源电压经变压器有效值为100V的星形连接的三相电压K=220

/100

，分别接在桥上。

晶闸管导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，每60度导通一个晶闸管，每个晶闸管导通120度，每个周期导通一次，同时有两个晶闸管导通。

因此晶闸管的周期为0.02s，晶闸管导通时电压为零，电流与阻性负载相同。

负载为阻性，所以电压与电流为线性，频率变为300Hz，以此可得出结论

（m为电压相数，n半控为1全控为2，f为输入频率）

第五章课程设计体会

这次我的课程设计题目是三相桥式全控整流电路的研究，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。

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，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。

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。

参考文献

[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009.56

[2].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.2006.30