三相半波可控整流电路课程设计

银川能源学院电电力力电电子子技技术术课课程程设设计计报报告告课程名称：电力电子技术设计题目：三相桥式全控整流电路院系：电力学院班级：电气工程及其自动化专业1303班设计者：张微学号：1310240079同组人：程荐刘通王彬彬杜仕民马钊马泽阳周凯指导教师：张小燕设计时间：2015年12月7—18日2目录摘要............................................................................................3第一章设计目的及任务................................................................31.1设计目的........................................................................................................................31.2设计任务........................................................................................................................31.3设计方案........................................................................................................................4第二章电力电子技术发展趋势...................................................4第三章三相桥式全控整流电路电阻性负载..............................53.1三相桥式整流电路........................................................................................................53.2电阻性负载工作原理....................................................................................................63.3电阻性负载参数计算....................................................................................................9第四章三相桥式全控整流电路电感性负载..............................104.1电感性负载工作原理..................................................................................................104.2电感性负载参数计算..................................................................................................11第五章保护电路的设计............................................................125.1晶闸管的过电压保护.................................................................................................125.2晶闸管的过电流保护.................................................................................................12第六章MATLAB的仿真.............................................................136.1MATLAB仿真软件的简介...........................................................................................136.2建立仿真模型.............................................................................................................14第七章心得与体会...................................................................20第八章参考文献.......................................................................213摘要本课程设计是利用《电力电子技术》课程中所学的知识，首先对本设计进行了规划，通过比较三相半波可控整流和三相桥式全控整流二种典型电路的特点，确定选用三相桥式全控整流电路进行了整体设计；在对电力电子器件所构成的三相桥式整流基本电路主电路、保护电路进行描述分析的过程中，对电路参数进行计算和分析，并确定了元件型号；最后利用MATLAB软件中的Simulink进行了电气仿真，对所设计电路进行检验验证。关键词：电力电子技术整流参数计算第一章设计目的及任务1.1设计目的课程设计是利用电力电子技术中所学的知识对三相桥式全控整流电路进行了整体设计，并利用MATLAB软件中的Simulink进行了电气仿真，对所设计电路进行检验验证。通过本课程设计使我们充分对电力电子技术中各个电路深入理解，培养我们利用电力电子技术解决工程技术问题的能力。同时提高我们查阅资料、运用计算机辅助工具绘制原理图和阅读原理图的能力；从而加深对电力电子知识的系统掌握，提升动手能力，学会使用基本的电路仿真软件，获得初步的应用经验，为我们走出校门从事电力电子技术的相关工作打下基础。1.2设计任务（1）分析电力电子技术所学各类整流电路的特点、性质，并以此提出本设计所采用的整流电路设计初步方案。（2）确定整体电路的总体设计，包括：整流电路供电端的电压类型、保护电路4和参数的计算。（3）对整流模块电路、触发电路等进行对比分析选出所需电路。（4）搭建MATLAN电气仿真模块，对所设计电路进行检验和调试。1.3设计方案方案一：三相半波可控整流电路电路如图a)所示，为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接a、b、c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电三相半波可控整流电路路有公共端，连线方便。方案二：三相桥式全控整流电路目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图b)所示，习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。b)三相桥式全控整流电路综合上述，比较两电路结构的优缺点，本设计采用三相桥式全控整流电路作为主电路更有实际应用价值。下面分别分析接电阻负载和接阻感负载的三相全控桥式整流电路。第二章电力电子技术发展趋势电力电子技术是电工技术中的新技术，是电力与电子技术(强电和弱电技术)的融合，已在国民经济中发挥着巨大用，对未来输电系统性能将产生巨大影响。电力电子技术在电力系统中的应用涉及到提高输电能力、改善电能质量、提高电网运行稳定性、可靠性、控制的灵活性及降低损耗等重大问题。而作为国家能源战略的一部分，新能5源发电在电力系统中的发电比重已日益增加，而风力发电无疑是其中的一颗耀眼的新星。风力发电是所有低碳新能源中最具开发条件，商业化发展前和潜力最大的的发电方式之一。由于其清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有良好的社会效应和经济效益，已受到世界各国政府的高度重视。然而随着风力发电技术的发展和应用推广，对风力发电的效率和电能质量的要求越来越高，而应用电力电子技术和控制技术则是实现这些目标的最有效的手段。第三章三相桥式全控整流电路电阻性负载3.1三相桥式整流电路三相桥式整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它可看做是三相半波共阴极接法（VT1、VT3、VT5）和三相半波共阳极接法（VT4、VT6、VT2）的串联组合，(1)所示。图1三相桥式全控整流电路63.2电阻性负载工作原理接电阻负载的三相全控桥式整流电路如图（1）所示。三相全控整流电路中共阴极接法（VT1,VT3,VT5）和共阳极接法（VT4,VT6,VT2）的控制角α分别与三相半波可控整流电路共阴极接法和共阳极接法相同。在一个周期内，晶闸管的导通顺序为VT1,VT2,VT3,VT4,VT5,VT6。下面首先分析α=0°时电路的工作情况。如图（2）所示，将一周期相电压分为6个区间：第Ⅰ段：在ωt1~ωt2区间，a相电压最高，VT1被触发导通，b相电压最低，VT6被触发导通，加在负载上的输出电压ud=ua−ub=uab。第Ⅱ段：在ωt2~ωt3区间，a相电压最高，VT1被触发导通，c相电压最低，VT2被触发导通，加在负载上的输出电压ud=ua−uc=uac。第Ⅲ段：在ωt3~ωt4区间，b相电压最高，VT3被触发导通，c相电压最低VT2被触发导通，加在负载上的输出电压ud=ub−uc=ubc。依此类推，可得到如表所示的情况，工作波形如图（2）所示。7图2三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0°时的波形表1三相桥式全控整流电路晶闸管导通状态表时段ⅠⅡⅡⅣⅤⅥ输出电压uab。uacubcubaucaucb导通晶闸管VT6,VT1VT1,VT2VT2,VT3VT3,VT4VT4,VT5VT5,VT68当α0时,晶闸管不在自然换相点换相,而是从自然换相点后移α角度开始换相,工作过程与α=0基本相同。电阻性负载α≤60°时的ud波形连续，α＞60°时ud波形断续。α=60°和α=90°时的波形如图3和图4所示。可以看出，当α=120°时，输出电压Ud=0，因此三相全控桥式整流电路电阻性负载移向范围为0°～120°。可以看出，晶闸管元件两端承受的最大正反向电压是变压器二次线电压的峰值UFM=URM=√2×√3U2=2.45U2。图3三相桥式全控整流电路带电阻负载α=60°时的波形9图4三相桥式全控整流电路带电阻负载α=90°时的波形3.3电阻性负载参数计算由于α=60°是输出电压Ud波形连续和断续的分界点，输出电压平均值应分为两种情况计算。（1）当α≤60°时Ud=1π3⁄∫√22π3+απ3+α×√3U2sinωtd(ωt)=2.34U2cosα=1.35U2Lcosα当α=0°时，Ud=Udo=2.34U2。（2）当α＞60°时Ud=1π3⁄∫√3ππ3+α×√2U2sinωtd(ωt)=2.34U2[1+cos(π3⁄+α)]当α=120°时，Ud=0。10第四章三相桥式全控整流电路电感性负载4.1电感性负载工作原理当α≤60°时，电感性负载的工作情况与电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于：由于电感负载的存在，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。α=0°时的波形如图所示。图5三相桥式全控整流电路电感性负载α=0°时的波形当α＞60°时，电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，11ud波形不会出现负的部分，波形断续；而电感性负载时，由