1、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 0100V 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
2、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,20102 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,19913 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）
3、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 ，改变每相电压导通时刻，以实现整流电压在 0100V 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
4、真和设计。关键词：整流；晶闸管；MatlabABSTRACTRectification is the process of alternating current to direct current. When the rectifier load capacity is big, or the DC voltage fluctuation is small and easy to filter, three-phase rectifier circuit should be adopted, and the AC measurement is supplied by three-phase
5、power supply. Three phase controllable rectifier circuit, the most basic is the three-phase half wave controlled rectifier.The thyristor (SCR) is referred to as the crystal thyratron, also called silicon controlled rectifier, previously referred to as scr. The thyristor can only be switched on when
6、the anode and gate level of the thyristor are simultaneously under the forward voltage, and both of them are indispensable. This topic three-phase half wave controlled rectifier circuit is to use the nature of thyristor, so that each thyristor flow through a phase, so as to achieve the purpose of re
7、ctification. Meanwhile, the turn-on trigger angle of the thyristor is changed, and the turn-on time of each phase voltage is changed so as to realize the continuous adjustment of the rectification voltage at 0100V.Because of the limited equipment, Simulink is used to build the circuit simulation dir
8、ectly by the visual simulation tool Matlab. Simulink simulation has wide adaptability, structure and process simulation of fine, clear and practical, high efficiency, flexibility, and the advantages of Simulink based simulation has been widely used in control theory and digital signal processing com
9、plex simulation and design.Key Words:rectification; the thyristor;matlab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 .65 Matlab 仿真设计 75.1 电路仿真图 .75.2 Matlab 仿真结果分析 .7结束语 9参考文献 .10致 谢 .1101 设计背景及要求1.1 设计背景所谓电力电子技
10、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 0100V 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。12 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
11、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120dU络线。图 1 三相半波可控整流电路及 = 时的波形0Rb)c)d)e)f)u2 iduub uc=0O t1 t2 t3uGO
12、udOOu bu cOi VT1u VT1ttttt22.2 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30（1）当 = 时， 最大，为 。0dU20d17.U（2） 时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有3（2）根据设计任务要求整流电压在 0100V 连续可调， =380V 因此有2U（I）当 时，令 =100V，将数据代入公式（1）可求得 = ，而30dU7在 =100V 时，求得的 为最大值，可知此时的 是 0100V 上最小的，但最dUcos小的 依然大于 ，可见不满足设计要求。（II） 时，令 =100V，将数据代入
13、公式（ 2）可求得 = ，再d 9将 =0V 代入公式（2）得到 = ，可见在 范围内，满足设计要d 1501597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du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2URMU cos17.cos63)(s22 2265 tdinUd )6cos(16
14、5.)cos(23)(s 226 tinUdRUId22245.63URM2FVN)793186()32(3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=450， =100V 代入公式（6）可求得dU晶闸管的额定电流具体数值按晶闸管产品系列选择。RUIIdVT31AIVT1283.0IN7.5.43 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
15、成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。 usa123456710914328165 123456710914328165KJ04 KJ04-15V+15V 123456710914328165KJ04RP6RP3(1 6脚 为 6路 单 脉 冲 输 入 )123456710914328165KJ041(150脚 为 6路 双 脉 冲 输 出 )至VT1usb usc upucoR19R13 R20R14 R2115R93R6R18R82R5R17R71R4R16R10 R1 R12C7C4 C1C8C5 C2C9C6 C3RP4RP1 P5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT65图 2 三相
16、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65 Matlab 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
17、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5.2 Matlab 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%，ZH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2UGU压波形 ，晶闸管电压波形 ，晶闸管 1 的电流波形 。dUVT 1VTI7图 5 = 时 matlab 仿真波形图 97图 6 = 时 matlab 仿真波形图120图 7 = 时 matlab 仿真波形图 150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
18、导通 。从图中 波形可以很容易2dU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dU符。通过公式(2)可知，当 时， =34.36V，在 0100V 范围内。120d8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
19、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。9参考文献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,20102 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,19913 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,199610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
20、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。11
