晶闸管三相桥式可控整流电路

课程设计说明书（论文）课程名称：电力电子技术设计题目：晶闸管三相桥式可控整流电路院系：电力学院班级：电气工程及其自动化专业1301设计者：韩兴梧学号：1310240013指导教师：张小燕设计时间：2015年12月21日至31日电力电子技术课程设计晶闸管三相桥式可控整流电路2银川能源学院课程设计任务书姓名：韩兴梧院（系）：电力学院学号：1310240013班级：电气工程及其自动化1301任务起至日期2015年12月21日至2015年12月31日课程设计题目：晶闸管三相桥式可控整流电路的设计与仿真已知技术参数和设计要求：电网额定电压U=220v，频率f=50hz；电网电压波动正负10%。阻感负载电压0——250V连续可调。用仿真软件进行验证。工作量及参考文献：每2～4人组成1个设计小组，通过合理的分工和协作共同完成上述设计任务。[1]王兆安，刘进军.电力电子技术.5版.北京：机械工业出版社，2009.5[2]王兴贵，陈伟，张巍.现代电力电子技术.北京：中国电力出版社，2010.8[3]裴云庆，卓放，王兆安.电力电子技术学习指导、习题集及仿真.北京：机械工业出版社，2012.10[4]潘湘高.基于Matlab的电力电子电路建模仿真方法的研究.计算机仿真，第20卷第5期.[5]薛定宇，陈阳泉.基于Matlab／Simulink的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2002.[6]李维波.Matlab在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社，2007.电力电子技术课程设计晶闸管三相桥式可控整流电路3工作计划安排：学时安排为2周。第1周：全体开会，布置任务，组成设计小组，每组2～4人（每班32～36人分四大组，每大组8～9人一个大题目，鼓励同学们相互讨论和启发）。每小组题目各有所侧重，不得完全重复；会后设计工作开始。答疑，审查设计方案。完成主电路的设计、所用元器件选择的工作。第2周撰写并完成设计说明书（必要时进行仿真和记录）、设计小结等。要求每个人必须独立完成所有设计任务，即要求每个学生从审题、主电路设计、参数计算、仿真验证与优化、撰写报告等五个环节独立自主进行。指导教师签字年月日教研室主任意见：签字___________年月日电力电子技术课程设计晶闸管三相桥式可控整流电路4摘要本课程设计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优缺点，确定选用三相桥式全控整流电路进行整体设计；在对电力电子器件所构成的三相桥式整流基本电路的主电路、保护电路进行描述分析过程中，对电路参数进行了计算与分析；并利用MATLAB软件中的Simulink进行了电气仿真，对所设计电路进行了验证。关键词：电力电子桥式整流电路设计MATLAB电力电子技术课程设计晶闸管三相桥式可控整流电路5目录摘要第一章方案选择论证.................................................................................................................61.1方案分析.....................................................................................................................................61.2方案选择.....................................................................................................................................6第二章电路设计...........................................................................................................................72.1主电路原理分析.........................................................................................................................72.2保护电路的设计.........................................................................................................................82.2.1过电压保护..............................................................................................................................82.2.2过电流保护............................................................................................................................10第三章各参数的计算...............................................................................................................123.1输出值的计算...........................................................................................................................12第四章仿真分析.........................................................................................................................144.1建立仿真模型...........................................................................................................................144.2仿真参数的设置.......................................................................................................................154.3仿真结果及波形分析...............................................................................................................15结论.......................................................................................................................................................26总结与体会.......................................................................................................................................27致谢.......................................................................................................................................................28参考文献............................................................................................................................................29课程设计成绩的考核.................................................................................................................30电力电子技术课程设计晶闸管三相桥式可控整流电路6第一章方案选择论证1.1方案分析单相可控电路与三相可控电路相比，结构简单，输出脉动大，脉动频率低；但不适用于容量要求高的电路中，相反三相可控整流电路适用于容量较高的电路。对负载有反电动势的电动机驱动电路来说，具有电流容量较大，电流脉动小且连续不断的特点，故选择三相可控整流电路进行设计。1.2方案选择本课程设计给出的要求是为220V、20A的直流电动机设计供电电路，其中直流电动机容量为5kW，属于高容量，须选用三相可控整流电路整流。三相可控整流电路有三相半波整流电路和三相桥式整流电路两类，其中三相桥式整流电路整流电压的脉动频率比三相半波高一倍，故所需平波电抗器的电感量也减小约一半。三相半波具有接线简单的特点，但由于整流部分只采用三个晶闸管，使得晶闸管承受的反向峰值电压较高，并且存在直流磁化问题。基于以上原因，本设计方案选择三相桥式全控整流电路作为主电路。三相可控桥式整流电路的控制量可以很大，使输出电压脉动较小（如：电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线），易滤波，控制滞后时间短，可以有效的避免直流磁化问题。因此在工业中几乎都是采用三相可控桥式整流电路。在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过1～2kW的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相可控桥式整流电路。在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。当功率超过4kW时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。电力电子技术课程设计晶闸管三相桥式可控整流电路7第二章电路设计2.1主电路原理分析晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。编号如图示，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。图2-1主电路原理图工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须给应当同时导通的一对晶闸管加触发脉冲，触发脉冲就其宽度而言应为大于π/3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲序列代替双窄脉冲；每隔π/3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π/3；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差π，给分析带来了方便；当α=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。α0时，