三相半波可控整流电路的设计

电力电子技术课程设计说明书三相半波可控整流电路的设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：周天全指导教师：陆秀令职称教授专业：电气工程及其自动化班级：电气1403班完成时间：2017年6月湖南工学院电力电子技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化专业指导教师陆秀令学生姓名周天全课题名称三相半波可控整流电路的设计内容及任务一、设计任务设计一个三相半波可控整流电路，已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0～100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。二、设计内容1、关于本课程学习情况简述；2、主电路的设计、原理分析和器件的选择；3、控制电路的设计；4、保护电路的设计；5、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。主要参考资料[1]王兆安,王俊编.电力电子技术(第5版).北京:机械工业出版社,2010[2]黄俊,秦祖荫编.电力电子自关断器件及电路.北京:机械工业出版社,1991[3]李序葆,赵永健编.电力电子器件及其应用.北京:机械工业出版社,1996教研室意见教研室主任：（签字）年月日I摘要整流就是交流变直流的过程。当整流负荷容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路，其交流测由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流。晶闸管（SCR）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器，以前被简称为可控硅。只有在晶闸管阳极和门级同时承受正向电压时，晶闸管才能导通，两者缺一不可。本课题三相半波可控整流电路就是利用晶闸管的这一性质，使得每个晶闸管流过单相电流，以此来达到整流的目的。同时，改变晶闸管的导通触发角α，改变每相电压导通时刻，以实现整流电压在0~100V连续可调。由于设备有限，因此采用Matlab提供的可视化仿真工具Simulink直接建立电路仿真。Simulink仿真具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink仿真已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。关键词：整流；晶闸管；MatlabIIABSTRACTRectificationistheprocessofalternatingcurrenttodirectcurrent.Whentherectifierloadcapacityisbig,ortheDCvoltagefluctuationissmallandeasytofilter,three-phaserectifiercircuitshouldbeadopted,andtheACmeasurementissuppliedbythree-phasepowersupply.Threephasecontrollablerectifiercircuit,themostbasicisthethree-phasehalfwavecontrolledrectifier.Thethyristor(SCR)isreferredtoasthecrystalthyratron,alsocalledsiliconcontrolledrectifier,previouslyreferredtoasscr.Thethyristorcanonlybeswitchedonwhentheanodeandgatelevelofthethyristoraresimultaneouslyundertheforwardvoltage,andbothofthemareindispensable.Thistopicthree-phasehalfwavecontrolledrectifiercircuitistousethenatureofthyristor,sothateachthyristorflowthroughaphase,soastoachievethepurposeofrectification.Meanwhile,theturn-ontriggerangleofthethyristorischanged,andtheturn-ontimeofeachphasevoltageischangedsoastorealizethecontinuousadjustmentoftherectificationvoltageat0~100V.Becauseofthelimitedequipment,SimulinkisusedtobuildthecircuitsimulationdirectlybythevisualsimulationtoolMatlab.Simulinksimulationhaswideadaptability,structureandprocesssimulationoffine,clearandpractical,highefficiency,flexibility,andtheadvantagesofSimulinkbasedsimulationhasbeenwidelyusedincontroltheoryanddigitalsignalprocessingcomplexsimulationanddesign.KeyWords:rectification;thethyristor;matlabIII目录1设计背景及要求...................................................11.1设计背景...................................................11.2设计要求...................................................12主电路设计.......................................................22.1主电路原理分析.............................................22.2器件的选择及参数计算.......................................32.2.1整流电压的参数计算....................................32.2.2晶闸管的参数计算及选择................................33触发电路设计.....................................................54保护电路设计.....................................................65Matlab仿真设计..................................................75.1电路仿真图.................................................75.2Matlab仿真结果分析.........................................7结束语..............................................................9参考文献...........................................................10致谢.............................................................1111设计背景及要求1.1设计背景所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。通常我们从电源中得到的电力往往不能直接使用，需要进行电力变换。电力变换一般可分为四种，即交流变直流、直流变交流、交流变交流、直流变直流。交流变直流被称为整流，就是我们设计所需要的一个环节。1.2设计要求设计一个三相半波可控整流电路，已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在0～100V连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。（1）关于本课程学习情况简述；（2）主电路的设计、原理分析和器件的选择；（3）控制电路的设计；（4）保护电路的设计；（5）利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。22主电路设计2.1主电路原理分析三相半波可控整流电路如图1所示。为得到零线，变压器二次侧必须接成星行，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。3个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，采用共阴极接法连在一起，这种接法触发电路有公共端，连线方便。二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的起点。在同一周期中，工作情况如下：三相电压在自然换相点处依次循环完成a、b、c相电压的转换，同时对应的3个晶闸管也依次导通，每管各导通120。dU波形为三个相电压在正半周期的包络线。图1三相半波可控整流电路及=0时的波形Rb)c)d)e)f)u2iduαubucα=0Ot1t2t3uGOudOOuαbuαcOiVT1uVT1ttttt32.2器件的选择及参数计算2.2.1整流电压的参数计算整流电压平均值的计算分两种：（1）30时，负载电流连续，有（1）当=0时，dU最大，为20d17.1UUUd。（2）30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有（2）根据设计任务要求整流电压在0～100V连续可调，2U=380V因此有（I）当30时，令dU=100V，将数据代入公式（1）可求得=77，而在dU=100V时，求得的cos为最大值，可知此时的α是0～100V上最小的，但最小的α依然大于30，可见不满足设计要求。（II）30时，令dU=100V，将数据代入公式（2）可求得=97，再将dU=0V代入公式（2）得到α=150，可见在150~97范围内，满足设计要求。2.2.2晶闸管的参数计算及选择（1）负载电流平均值为（3）（2）晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压峰值，即(4)由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压du，其最小值为零，为晶闸管阳极于零点间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极于阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即(5)将2U=380V代入公式(4)可求得RMU=931V，考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为具体数值按晶闸管产品系列选择。流过晶闸管的电流最大有效值(6）cos17.1cos263)(s2321222656UUttdinUUd)]6cos(1[675.0)]6cos(1[223)(s23212226UUttdinUUdRUIdd22245.2632UUUURM22UUFMRUIIdVT331dVUURMN)2793~1862()3~2(4取R=450Ω，dU=100V代入公式（6）可求得晶闸管的额定电流具体数值按晶闸管产品系列选择。AIVT1283.0AIIVTN0817.057.153触发电路设计如图2所示为触发电路。由三片集成触发电路芯片KJ004和一片集成双脉冲发生器芯片KJ041形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的。触发电路产生的触发信号用接插线与主电路各晶闸管相连接。该电路可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。图2三相半波可控整流触发电路usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1~6脚为6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ041(15~10脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R