三相半波可控整流电路的设计综述.docx
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三相半波可控整流电路的设计综述
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
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;Matlab
ABSTRACT
Rectificationistheprocessofalternatingcurrenttodirectcurrent.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;matlab
1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。
2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
。
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
=
时的波形
2.2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)
时,负载电流连续,有
(1)
当
=
时,
最大,为
。
(2)
>
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,
=380V因此有
(I)当
时,令
=100V,将数据代入公式
(1)可求得
=
,而在
=100V时,求得的
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
,可见不满足设计要求。
(II)
>
时,令
=100V,将数据代入公式
(2)可求得
=
,再将
=0V代入公式
(2)得到α=
,可见在
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
,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
=380V代入公式(4)可求得
=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)
取R=450Ω,
=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。
3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
4保护电路设计
电力电子电路中保护电路包括过电压保护和过电流保护。
过电压保护一般采用RC过电压抑制电路,将RC并联在晶闸管两端,通过RC并联支路作动态均压,以实现电压保护。
过电流保护分为过载和短路两种情况。
过流保护的措施有很多,其中快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施。
在此,我们采用加装熔断器的方法来达到目的。
图3三相半波可控整流保护电路
5Matlab仿真设计
5.1电路仿真图
我们使用Matlab中的Simulink模块对三相半波可控整流电路进行仿真,在原理图中,我们使用脉冲发生器代替晶闸管的触发电路,通过调节脉冲发生器中的周期和延时时间这两个量的数值,来实现对
的改变。
图4三相半波可控整流电路仿真图
5.2Matlab仿真结果分析
设置三相交流电压为380V,频率为50
,周期为0.02s,占空比为5%,从上至下的波形依次是三相交流电压波形
,脉冲触发波形
,负载两端电压波形
,晶闸管电压波形
,晶闸管1的电流波形
。
图5α=
时matlab仿真波形图
图6α=
时matlab仿真波形图
图7α=
时matlab仿真波形图
分析:
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
。
从图中
波形可以很容易的看出没通过一次自然换相点
波形完成一个周期,因此,所测波形与理论相符。
通过公式
(2)可知,当
时,
=34.36V,在0~100V范围内。
结束语
这次电力电子课程设计让我受益颇多,特别是对三相半波可控整流电路。
首先是对理论知识。
电力电子这门课程需要理解,课堂上只有那匆匆的一个多小时,很多知识不牢靠,需要去巩固。
通过这次课程设计,让我重新整理了一次对整流电压、晶闸管电压电流的公式计算和工作特性,对印象不深的电压保护、电流保护也进行了学习。
其次是对Matlab软件中Simulink模块的应用。
这次课程设计让我们用到了以前都不曾用到的一些模块,在做仿真时,器件都不会找,一件件的从网上去查找。
对触发电路开始不会,后来通过对书本中波形图的加深理解,终于学会通过调节脉冲延时时间来实现目标。
最后是增强了协作能力。
在设计过程中,有许多理论实践地方不怎么理解,在于同学们协作交流后得到了解决。
参考文献
[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
致谢
这次课程设计并不只是一次课程设计,它包含了很多东西,如:
电力电子技术知识,Matlab仿真软件的应用,文档制作能力,语言组织能力,团队协作能力。
通过对三相半波可控整流电路的设计,让我梳理了一遍在电力电子技术课堂所学知识,对三相半波可控整流电路的工作特性和波形图进行了全面复习,加深了印象。
通过对Matlab软件的实际操作,使我进一步加深了对仿真软件的应用。
在仿真过程中出现的一系列错误操作,也让我掌握并理解了对Simulink中对应的一些电气模块参数修改及修改意义。
对于反正仿真结果中出现的一些错误,也让我了解了三相半波可控整流电路可能出现的一些电路故障。
这次课程设计让我受益良多,这里就不一一解释了。
最后,我还是要感谢老师和我的同学们。
没有老师教给我的电力电子技术知识,我不可能完成得了这次课设;没有同学在仿真方面给予我帮助,我也不可能完成这次课设。
这次课程设计让我明白了团队和知识的重要性,这些才是成功的关键。
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- 关 键 词:
- 三相 可控 整流 电路 设计 综述