1、.專業(yè)整理 .電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書三相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)院 、 部：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生：周天全指導(dǎo)教師：陸秀令職稱教授專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣 1403 班完成時間：2017 年6月. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .工學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化專業(yè)指導(dǎo)教師陸秀令學(xué)生周天全課題名稱三相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個三相半波可控整流電路，已知三相交流輸入線電壓380V，要求整流電壓在 0 100V 連續(xù)可調(diào)，負(fù)載自擬，其它性能指標(biāo)自定。二、設(shè)計(jì)容容1、關(guān)于本課程學(xué)習(xí)情況簡述；及任2、主電路的設(shè)計(jì)、原理分析和器件的

2、選擇；務(wù)3、控制電路的設(shè)計(jì)；4、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；5、利用 MATLAB軟件對自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真。主要 1 王兆安 , 王俊編 . 電力電子技術(shù) ( 第 5 版 ). 北京 : 機(jī)械工業(yè) ,2010參2黃俊 , 秦祖蔭編 . 電力電子自關(guān)斷器件及電路. 北京 : 機(jī)械工業(yè) ,1991考資 3 序葆 , 永健編 . 電力電子器件及其應(yīng)用 . 北京 : 機(jī)械工業(yè) ,1996料教研室意見教研室主任：（簽字）年月日. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .摘要整流就是交流變直流的過程。 當(dāng)整流負(fù)荷容量較大， 或要求直流電壓脈動較小、易濾波時，應(yīng)采用三相整流電路，其交流測由三相電源供電。三相可控整流電路中，最基本的是三

3、相半波可控整流。晶閘管（ SCR）是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅。只有在晶閘管陽極和門級同時承受正向電壓時， 晶閘管才能導(dǎo)通， 兩者缺一不可。本課題三相半波可控整流電路就是利用晶閘管的這一性質(zhì)， 使得每個晶閘管流過單相電流， 以此來達(dá)到整流的目的。 同時，改變晶閘管的導(dǎo)通觸發(fā)角，改變每相電壓導(dǎo)通時刻，以實(shí)現(xiàn)整流電壓在 0100V連續(xù)可調(diào)。由于設(shè)備有限，因此采用 Matlab 提供的可視化仿真工具 Simulink 直接建立電路仿真。 Simulink 仿真具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink 仿真已被

4、廣泛應(yīng)用于控制理論和 數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：整流；晶閘管；Matlab. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .ABSTRACTRectificationistheprocessofalternatingcurrenttodirectcurrent. When the rectifier load capacity is big, or the DC voltagefluctuation is small and easy to filter, three-phase rectifier circuitshould be adopted, and the ACmeasurement issu

5、ppliedby three-phasepowersupply.Three phase controllablerectifiercircuit,themost basicisthethree-phase half wave controlled rectifier.The thyristor (SCR) is referred to as the crystal thyratron, alsocalled silicon controlled rectifier, previously referred to as scr. Thethyristor can only be switched

6、 on when the anode and gate level of thethyristorare simultaneouslyunder theforwardvoltage,and bothofthemare indispensable.Thistopicthree-phasehalfwave controlledrectifiercircuit is to use the nature of thyristor, so that each thyristor flowthrougha phase,so as toachievethe purpose ofrectification.M

7、eanwhile,the turn-on trigger angle of the thyristor is changed, and the turn-ontime of each phase voltage is changed so as to realize the continuousadjustment of the rectification voltage at 0100V.Because of the limited equipment, Simulink is used to build thecircuitsimulationdirectlyby thevisualsim

8、ulationtoolMatlab.Simulinksimulationhas wideadaptability,structureandprocesssimulation of fine, clear and practical, high efficiency, flexibility,and the advantages of Simulink based simulation has been widely used incontroltheoryand digitalsignalprocessingcomplexsimulationanddesign.Key Words:rectif

9、ication; the thyristor;matlab. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 . 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .目錄1設(shè)計(jì)背景及要求 .11.1設(shè)計(jì)背景 .11.2設(shè)計(jì)要求 .12主電路設(shè)計(jì).22.1主電路原理分析 .22.2器件的選擇及參數(shù)計(jì)算 .32.2.1整流電壓的參數(shù)計(jì)算 .32.2.2晶閘管的參數(shù)計(jì)算及選擇 .33觸發(fā)電路設(shè)計(jì) .54保護(hù)電路設(shè)計(jì) .65Matlab 仿真設(shè)計(jì) .75.1電路仿真圖 .75.2Matlab仿真結(jié)果分析 .7結(jié)束語 .9參考文獻(xiàn) .10致謝.11. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .1 設(shè)計(jì)背景及要求1.1設(shè)計(jì)背景所謂電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。通常

10、我們從電源中得到的電力往往不能直接使用，需要進(jìn)行電力變換。 電力變換一般可分為四種， 即交流變直流、直流變交流、交流變交流、直流變直流。交流變直流被稱為整流，就是我們設(shè)計(jì)所需要的一個環(huán)節(jié)。1.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個三相半波可控整流電路，已知三相交流輸入線電壓380V，要求整流電壓在 0100V 連續(xù)可調(diào)，負(fù)載自擬，其它性能指標(biāo)自定。（1）關(guān)于本課程學(xué)習(xí)情況簡述；（2）主電路的設(shè)計(jì)、原理分析和器件的選擇；（3）控制電路的設(shè)計(jì)；（4）保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；（5）利用 MATLAB軟件對自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2 主電路設(shè)計(jì)2.1主電路原理分析三相半波可控整流電路如圖1 所示。為得到零

11、線，變壓器二次側(cè)必須接成星行，而一次側(cè)接成三角形， 避免 3 次諧波流入電網(wǎng)。 3 個晶閘管分別接入a、b、c 三相電源，采用共陰極接法連在一起， 這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。二極管換相時刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角 的起點(diǎn)。在同一周期中， 工作情況如下： 三相電壓在自然換相點(diǎn)處依次循環(huán)完成 a、b、c 相電壓的轉(zhuǎn)換， 同時對應(yīng)的 3 個晶閘管也依次導(dǎo)通，每管各導(dǎo)通 120 。 U d 波形為三個相電壓在正半周期的包絡(luò)線。Ru2=uubucidbOt1t 2t3tcuGuOtddOtiV 1eOtuV1ftOu u圖 1三相半波可控整流電

12、路及=0 時的波形. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2.2器件的選擇及參數(shù)計(jì)算2.2.1整流電壓的參數(shù)計(jì)算整流電壓平均值的計(jì)算分兩種：（1）30 時，負(fù)載電流連續(xù)，有1536U d62U 2 sintd ( t )cos1.17U 2cos22U 26（1）3當(dāng)=0 時， U d 最大，為 U dU d 01.17U 2 。（2）30 時，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有Ud12U2sin td( t)3 2 U1cos() 0.675U 1 cos()22626623（2）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求 整流電壓在 0 100V 連續(xù)可調(diào)， U 2 =380V因此有30 時，令，將數(shù)據(jù)代入公式（1）可求得

13、=77 ，而（I ）當(dāng)U d =100V在 U d =100V時，求得的 cos 為最大值，可知此時的是 0 100V 上最小的，但最小的依然大于 30 ，可見不滿足設(shè)計(jì)要求。（II ） 30 時，令U d =100V，將數(shù)據(jù)代入公式（）可求得=97，再2將 U d =0V 代入公式（ 2）得到 =150 ，可見在 97 150圍，滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.2 晶閘管的參數(shù)計(jì)算及選擇（1）負(fù)載電流平均值為U dI d（3）R（2）晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次側(cè)線電壓峰值，即URM23U 26U(4)2 2.45U 2由于晶閘管陰極與零點(diǎn)間的電壓即為整流輸出電壓u d ，其最小值為零，為晶閘

14、管陽極于零點(diǎn)間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽極于陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即UFM2U(5) 2將 U 2 =380V代入公式 (4) 可求得 U RM =931V，考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為U N(2 3)U RM (1862 2793)V具體數(shù)值按晶閘管產(chǎn)品系列選擇。流過晶閘管的電流最大有效值I VT1I d (6 U d）33R. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .取 R=450， U d =100V代入公式（ 6）可求得I VT0.1283A晶閘管的額定電流IVTI N0.0817A1.57具體數(shù)值按晶閘管產(chǎn)品系列選擇。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .3

15、觸發(fā)電路設(shè)計(jì)如圖 2 所示為觸發(fā)電路。由三片集成觸發(fā)電路芯片KJ004 和一片集成雙脈沖發(fā)生器芯片 KJ041 形成六路雙脈沖， 再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的。觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號用接插線與主電路各晶閘管相連接。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。usausbusc-15VR19R13R20R14R21R15ucoupRP6RP34RP1RP5RP2RPR1R2R3R16R7R4R17R8R5R18R9R6C489C1C589C2C689741074107410C36116116115012501250120004J134J134J13KKK

16、C7314R10 C8314R11 C9314R12215215215116116116+15V(16腳為6路單脈沖輸入)12345678KJ04165432109( 1510 腳為 6路雙脈沖輸出 )1111111至至至至至至VT1VT2VT3VT4VT5VT6圖 2三相半波可控整流觸發(fā)電路. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)電力電子電路中保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。過電壓保護(hù)一般采用RC過電壓抑制電路，將RC并聯(lián)在晶閘管兩端，通過 RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓，以實(shí)現(xiàn)電壓保護(hù)。過電流保護(hù)分為過載和短路兩種情況。過流保護(hù)的措施有很多，其中快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器是較

17、為常用的措施。在此，我們采用加裝熔斷器的方法來達(dá)到目的。圖 3三相半波可控整流保護(hù)電路. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .5 Matlab仿真設(shè)計(jì)5.1電路仿真圖我們使用 Matlab 中的 Simulink模塊對三相半波可控整流電路進(jìn)行仿真，在原理圖中，我們使用脈沖發(fā)生器代替晶閘管的觸發(fā)電路，通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器中的周期和延時時間這兩個量的數(shù)值，來實(shí)現(xiàn)對的改變。圖 4三相半波可控整流電路仿真圖5.2 Matlab仿真結(jié)果分析設(shè)置三相交流電壓為 380V，頻率為 50H Z，周期為0.02s，占空比為，5%從上至下的波形依次是三相交流電壓波形 U 2，脈沖觸發(fā)波形 U G ，負(fù)載兩端電壓波形 U d ，

18、晶閘管電壓波形 U VT ，晶閘管 1 的電流波形 I VT 1 。圖 5 =97 時 matlab 仿真波形圖. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 6 =120 時 matlab 仿真波形圖圖 7 =150 時 matlab 仿真波形圖分析：三相電壓在自然換相點(diǎn)處依次循環(huán)完成a、b、c 相電壓的轉(zhuǎn)換，同時對應(yīng)的 3 個晶閘管也依次導(dǎo)通，每管各導(dǎo)通 120 。從圖中 U d 波形可以很容易的看出沒通過一次自然換相點(diǎn) U d 波形完成一個周期，因此，所測波形與理論相符。通過公式 (2) 可知，當(dāng)120 時， U d =34.36V，在 0 100V圍。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .結(jié)束語這次電力電子課程

19、設(shè)計(jì)讓我受益頗多，特別是對三相半波可控整流電路。首先是對理論知識。電力電子這門課程需要理解，課堂上只有那匆匆的一個多小時，很多知識不牢靠，需要去鞏固。通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我重新整理了一次對整流電壓、 晶閘管電壓電流的公式計(jì)算和工作特性， 對印象不深的電壓保護(hù)、電流保護(hù)也進(jìn)行了學(xué)習(xí)。其次是對 Matlab 軟件中 Simulink 模塊的應(yīng)用。這次課程設(shè)計(jì)讓我們用到了以前都不曾用到的一些模塊， 在做仿真時， 器件都不會找， 一件件的從網(wǎng)上去查找。對觸發(fā)電路開始不會， 后來通過對書本中波形圖的加深理解， 終于學(xué)會通過調(diào)節(jié)脈沖延時時間來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。最后是增強(qiáng)了協(xié)作能力。在設(shè)計(jì)過程中，有許多理論實(shí)踐地方不