电力电子技术课程设计任务书

太原理工大学电力电子课程设计题目____________________学院____________________专业____________________班级____________________姓名____________________指导教师____________________年月电力电子技术课程设计任务书通过电力电子技术课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用INTERNET检索需要的文献资料。2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。5、提高学生课程设计报告撰写水平。一、课程设计题目三相全控桥晶闸管整流电路的工程应用二、设计内容1、利用三相全控桥晶闸管整流控制技术实现他励直流电动机的调压调速。2、学习MATLAB软件，熟悉并会使用MATLAB/Simulink模块库。3、设计基于三相全控桥晶闸管整流电路的他励直流电动机调压调速系统，搭建系统主电路仿真模型、双脉冲触发控制电路仿真模型。4、给出整个系统仿真模型，进行系统仿真，得出不同触发角的脉冲波形、整流电压波形、晶闸管电压波形、直流电动机电压、电流、转矩及转速波形。5、仿真结果分析。三、主要技术参数1、三相全控桥晶闸管整流电路触发角：20,65oo2、直流回路滤波电感Lα=20。=0.002H；Lα=65。=0.01H;3、他励直流电动机05:10HP500V1750RPMField:300V;4、恒转矩负载TL=20N·m设计要求1、根据设计任务书复习所学知识，查阅相关资料，进行符合专业规范的设计和实验工作。2、设计过程中，能够发现问题、解决问题，有一定的创新和独立思考。3、按照科技论文写作规范撰写课程设计报告。绪论电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保,和亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。近几年越来越多电力电子应用在国民工业中,一些技术先进的国家,经过电力电子技术处理的电能已得到总电能的一半以上。其中，整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制目录1、绪论2、基本原理2.1三相桥式全控整流电路基本原理2.2直流电动机的结构、励磁方式和调速）3、利用MATLAB模拟三相桥式全控整流电路驱动直流电动机并进行调速3.1MATLAB简介3.2相关模块的了解3.2.1Powergui模块3.2.2Mux、Demux、BusSelector模块3.2.3Sum模块3.2.4Scope模块3.2.5PulseGenerator、Constant、Gain模块3.2.6CurrentMeasurement、VoltageMeasurement模块3.2.7Thyristor、SeriesRLCLoad模块3.2.8DCVoltageSourse、Three-PhaseProgrammableVoltageSource模块3.2.9DCMachine模块3.3电路图的设计3.3.1触发电路的设计3.3.2三相桥的设计3.3.3直流电动机的设计3.3.4原理图3.4滤波电感L的选择和调速3.4.1滤波电感L的选择3.4.2直流电动机的调速4、参考文献2.1三相桥式全控整流电路基本原理3.1MATLAB简介MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB主要应用于以下几个方面：1）数值分析2）数值和示意图计算3）工程与科学绘图4）控制系统的设计与仿真5）数字图像处理技术6）数字信号处理技术7）通讯系统设计与仿真8）财务与金融工程9）管理与调度优化计算（运筹学）MATLAB的主界面主要包括Worksapce、CommandHistory、CommandWindow三部分。其中，workspace是图形用户界面，可用于保存MATLAB当前正在计算变量和结果变量值。利用相应的变量编辑器可以查看变量完整内容并进行更改。CommandHistory主要有四种功能，一是运行单个命令（双击窗口中储存的命令,该命令将再次被运行）；二是运行多个命令（可以按住Ctrl或者Shift键选择多个命令,然后选择右键菜单中的:EvaluateSelection）；三是存储命令（按住Ctrl或Shirt键选中你想储存的命令,然后选择右键菜单中:CreateM-file）；第四种是自定义快捷方式。在CommandWindow中可以输入命令，存储数据到工作区，从工作区中调取数据。本实验采用MATLAB7.12.0（R2011a）版本，其包含21个主工具箱，可应用与各个方面，本实验主要运用Simulink和SimPowerSystems工具箱。Simulink中许多子工具箱，______本实验中主要应用commonlyusedblocks、mathoperations和sources。SimPowerSystems工具箱中，主要运用electricalsources、elements、machines、measurements和powerelectronics。3.2相关模块的了解3.2.1Powergui模块Powergui是电力系统图形化用户接口的简称，由于simulink仿真采用的是状态空间方程，所以powergui的功能是实现电路图形和状态空间方程的转换。Powergui模块位于simpowersystem主工具箱中，其示意图如图所示。在仿真时，必须添加powergui模块，否则，仿真时会出现如下错误。3.2.2Mux、Demux、BusSelector模块Mux模块的基本思想是将多路信号集成一束，这一束信号在模型中传递和处理中都看做是一个整体。与MuxBlock配套的是DemuxBlock，它将各路信号相互分离以便能对各信号进行单独处理。而BusSelectors是用来从打包信号里将特定元素取出。这三者均位于simulink——commonlyusedblocks中，其示意图如图所示。添加后，双击其示意图，可以对其进行输入、输出个数的设置，如图所示。3.2.3Sum模块Sum模块主要用来将两个信号进行叠加，如本实验中利用sum模块实现两个单脉冲叠加成双载脉冲。Sum模块位于simulink——commonlyusedblocks中，其示意图如图所示。3.2.4Scope模块Scope模块，即示波器，是本实验应用较多的工具,其示意图如图所示，其位于simulink——commonlyusedblocks中。在scopeparamenters中有两个选项卡，即general和history。在general选项卡中利用numberofaxes可以设计示波器显示的波形数，如图所示。在history中应去掉“limitdatapointstolast”前的对勾。右击鼠标，在选项卡中的“axesproperties”可用来设置波形的纵坐标的最小值和最大值，即“Y-min”、“Y-max”如图所示。3.2.5PulseGenerator、Constant、Gain模块PulseGenerator模块主要用来产生单脉冲，其位于simulink——sources中，示意图如图所示。双击PulseGenerator可以打开“sourceblockparaments：pulsegenerator”如图所示。其中，“pulsetype”为“脉冲类型”，本实验中应采用“Timebased”。“Amplitude”为“脉冲幅值”，本实验中应设为“1”。“period（secs）”为“脉冲周期（秒）”，本实验为“0.02”。“PulseWidth(%ofperiod)”为“脉宽”，本实验为“8.33”。“Phasedelay(secs)”为“延迟”，应适具体情况而定。Constant模块用来产生恒值连续的信号，其位于simulink——sources中，示意图如图所示。双击constant可以打开“sourceblockparaments：constant”如图所示。在“constantvalue”选项卡中设置输出量的大小。本实验主要用来产生直流电机的输入转矩TL。Gain模块是增益模块，作用是把输入信号乘以一个指定的增益因子，使输入产生增益。其位于simulink——mathoperations中，示意图如图所示。添加后，双击可以打开“FunctionBlockParameters:Gain”选项卡，对其增益（Gain）进行设置,如图所示。本实验中利用Gain模块实现将直流电动机输出转速由rad/s转为r/min，所以Gain应设置为“30/pi”。3.2.6CurrentMeasurement、VoltageMeasurement模块rrentMeasurement和VoltageMeasurement模块3.2.7Thyristor、SeriesRLCLoad模块即阳极A、阴极K、门极G、输出端m。其中门极接触发脉冲电路。输出端m包含晶闸管的电压输出和电流输出。值得注意的是，当m端接入scope模块的一个输入端时，无法辨别输出电压和电流的波形。所以，应将m端接入scope的两个输入端，scope模块会自动将其分为输出电压和输出电流波形。当将多个Thyistor模块的阳极A连在一起时，称为共阳极组；同理，将多个Thyistor模块的阴K连在一起时，称为共阴极组。SeriesRLCLoad模块，即电阻、电感、电容组合模块，调取路径为：SimPowerSystems——Elements,示意图如图所以。双击SeriesRLCLoad模块可以打开“BlockParameters:SeriesRLCBranch”界面,如图所示。在“Branchtype”选项卡中有8中RLC组合，即RLCRLRCLC和Opencircuit，可根据需要选择所需类型。本实验中选用电感L作为滤波电感。3.2.8DCVolta