1、1电力电子技术课程课程设计说明书课程名称：三相半波可控整流电路设计学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 黄 亚 娟 学 号： 10401240302 指导教师： 曹 志 平 时 间: 2013 年 6 月 9 日 23摘 要整 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
2、 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
3、） 。 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 。关 键 词 ： 整 流 ， 变 压 ， 触 发 ， 晶 闸 管 ， 额 定 。4目 录摘 要 2目 录 3引 言 4一、三相半波整流电路原理分析 41.1.1 纯电阻性半波整流电路原理组成 41.2.1 主电路设计 41.3.1 电路原理波形分析 5二、三相半波整流电路数量分析 72.1.1 输出值的计算 72.2.1 晶闸管的有效值 8三
4、、器件额定参数计算 83.1.1 变压器参数 83.2.1 晶闸管参数 83.3.1 变压器容量 83.4.1 晶闸管额定电压 83.5.1 晶闸管额定电流 8四、MATLAB 软件介绍 9五、MATLAB 软件电脑仿真 115.1.1 MATLAB 软件运用电脑仿真电路模型 115.2.1 纯阻性负载三相半波可控整流电路仿真图像 115.3.1 仿真结果和实际原理分析比较 12六、心得体会 12 七、参考文献 13八 致谢 145引言基于 M atlab 的 应 用 范 围 非 常 广 ， 包 括 在 信 号 和 图 像 处 理 、 通 讯 、 控 制系 统 设 计 、 测 试 和 测 量
5、、 财 务 建 模 和 分 析 以 及 计 算 生 物 学 等 众 多 应 用 领 域 。运用 Matlab 软件的处理能力，我们对三相桥式整理电路进行仿真分析，对纯电阻性负载及电阻电感性负载时的工作情况进行对比分析与研究，用 Matlab 软件自带的 Power System 工具箱进行仿真，给出仿真结果，检验所建模型的正确性。一、三相半波整流电路原理分析1.1 .1 纯电阻性半波整流电路原理组成三相半波可控整流电路纯电阻性负载，如图所示。图中 T 为整流变压器，为了得到中性线，整流变压器的二次接成星形，一次绕组接成三角形，使三次谐波都能够通过，减少了高次谐波对电网的影响。为了得到零线，整流
6、变压器的二次绕组必须接成星形，而一次绕组多接成三角形，使其 3 次谐波能够通过，减少高次谐波的影响。三个晶闸管的阳极分别接入 u、v、w 三相电源，它们的阴极连接在一起，称共阴极接法，这对触发电路有公共线者连线较方便，用得较广。1.2.1 主电路设计其原理图如图 1 所示。6图 1 三相半波可控整流电路原理图1.3.1 电路原理波形分析图 1.1 三相半波可控整流电路电阻负载，=120时的波形稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差 120，规定 t=2/3 为控制角7 的起点，称为自然换相点。三相半波共阴极可控整流电路自然换相点是三相电源相电压正半周波形的交叉点，在各相相电压的 t=2/3 处。
7、在 t1 时刻触发 VT1，在 t1t2 区间有 uuuv、uuuw，u 相电压最高，VT1 承受正向电压而导通，输出电压 uduu。其他晶闸管承受反向电压而不能导通。VT1 通过的电流 iT1 与变压器二次侧 u 相电流波形相同，大小相等。在 t2 时刻触发 VT2，在 t2t3 区间 v 相电压最高，由于uuuv，VT2 承受正向电压而导通， ud uv。VT1 两端电压 uT1=uu-uv= uuv ，例如 =120，如上图 1.1 所示，当导通的一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，此时下一相晶闸管虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，姑输出电压和电流都为零，直到下一相触
8、发脉冲出现为止，显然电流断续，各晶闸管导电时间都小于 。如果 角继续增大，那么整流电压将越来越小。当 = 时，整流输出电压为零。故电阻负载时要求的150移相范围为 。150下面分两种情况来计算整流电压的平均值：（1） 30时，负载电流连续，有：当 时， 为最大， 。0dUd02=1.7U（2） a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：当 时， 015dU=0负载电流的平均值 为 IdIR由于晶闸管是交替工作的，流过晶闸管的平均电流为 dT1I=32.2.1 晶闸管的有效值：（1） 30时56d 2 21sin().cos2/3t 6d2 2sin().6751cos(/6)/3Ut公
9、式 3-1公式 3-256 2T2sin31()cos2UtUI dtRR10（2） a30时，三器件额定参数计算3.1.1 变压器参数有要求之电压在 100V当 =120时，U2=100V 。由公式 3-2，得 =-58.456VdU3.2.1 晶闸管参数把 =100V， =58.456V 代入公式 3-4 知：考虑到一定的电压裕量，2dId=Ud/R3.3.1 变压器容量由 ，把 、 代入知2S=3UI2I3.4.1 晶闸管额定电压晶闸管电压定额（一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电 压的 2-3 倍）=(23) NU263.5.1 晶闸管额定电流6T2sin35111()co
10、s2in264UtI dRR 公式 3-3公式 3-411晶闸管通态平均电流：IT=IT/1.57考虑裕量，晶闸管电流定额（一般取其平均电流的 1.52 倍）=(1.52) NIT(AV)I故晶闸管的额定电流取为 20A四、MATLAB 软件MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化一级交互式程序设计的高科技计算环境。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的编辑模
11、式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式于数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解决问题要比用C，FORTRAN的语言完成相同的事情简单快捷的多，并且MATLAB也吸收了想Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C、FORTRAN、C+、JAVA的支持。可
12、以直接调用用户也可以将自己编辑的实用程序导入到MATLAB函数库中方便以后调用，此外许多MATLAB爱好者都编辑了一些经典的程序实例，可供用户自由的调用下载使用。Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 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 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。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。Sim
13、ulink 是 MATLAB 中 的 一 种 可 视 化 仿 真 工 具 ， 是 一 种 基 于 MATLAB 的框 图 设 计 环 境 ， 是 实 现 动 态 系 统 建 模 、 仿 真 和 分 析 的 一 个 软 件 包 ， 被 广 泛应 用 于 线 性 系 统 、 非 线 性 系 统 、 数 字 控 制 及 数 字 信 号 处 理 的 建 模 和 仿 真 中 。12Simulink 可 以 用 连 续 采 样 时 间 、 离 散 采 样 时 间 或 两 种 混 合 的 采 样 时 间 进 行 建模 ， 它 也 支 持 多 速 率 系 统 ， 也 就 是 系 统 中 的 不 同 部 分 具
14、 有 不 同 的 采 样 速 率 。为 了 创 建 动 态 系 统 模 型 ， Simulink 提 供 了 一 个 建 立 模 型 方 块 图 的 图 形 用 户接 口 (GUI) ， 这 个 创 建 过 程 只 需 单 击 和 拖 动 鼠 标 操 作 就 能 完 成 ， 它 提 供 了 一种 更 快 捷 、 直 接 明 了 的 方 式 ， 而 且 用 户 可 以 立 即 看 到 系 统 的 仿 真 结 果 。 Simulink 是 用 于 动 态 系 统 和 嵌 入 式 系 统 的 多 领 域 仿 真 和 基 于 模 型 的 设 计工 具 。 对 各 种 时 变 系 统 ， 包 括 通 讯
15、 、 控 制 、 信 号 处 理 、 视 频 处 理 和 图 像 处 理系 统 ， Simulink 提 供 了 交 互 式 图 形 化 环 境 和 可 定 制 模 块 库 来 对 其 进 行 设 计 、仿 真 、 执 行 和 测 试 。 . 构 架 在 Simulink基 础 之 上 的 其 他 产 品 扩 展 了 Simulink多 领 域 建 模 功 能 ，也 提 供 了 用 于 设 计 、 执 行 、 验 证 和 确 认 任 务 的 相 应 工 具 。 Simulink与MATLAB紧 密 集 成 ， 可 以 直 接 访 问 MATLAB大 量 的 工 具 来 进 行 算 法 研 发
16、、 仿 真的 分 析 和 可 视 化 、 批 处 理 脚 本 的 创 建 、 建 模 环 境 的 定 制 以 及 信 号 参 数 和 测 试数 据 的 定 义 。五、 MATLAB 软件电脑仿真5.1.1 MATLAB 软件运用电脑仿真电路模型135.2.1 纯阻性负载三相半波可控整流电路 =0和 =60仿真图像相应的参数设置：（1）交流电压源参数设置 U=100 V f=25 HZ ，三相电源相位依次延迟 120。 （2）晶闸管参数设置 Rn=0.001 ,Lon=0.0001 H ，R S=50 ,Cs=250e-6 F 。 （3）负载参数设置 R=10 ，L=0 H ，C=inf 。 （
17、4）脉冲发生器的振幅为 5 V ，周期为 0.04 S（即频率 25 HZ） ，脉冲宽度为 2 。当 =0时，设为 0.003 3 ，0.016 6 ，0.029 9 S 。此时的仿真结果如下图（a）所示 ;当 =60 时，触发信号初相位依次设为 0.01 ，0.023 3 ，0.036 6 S 。此时仿真结果如图（b）所示。5.3.1 仿真结果和实际原理分析比较14仿真结果和实际原理分析结果基本上保持一致。在某些方面还存在着误差，这些误差可以忽略不计。六、 心得体会此次电子技术课程设计，所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约以下几点： 首先，我学会了对相关科技文献的
18、搜索，一切科学研究都是建立在前人研究的基础之上的。因此，对于相关文献资料的搜索显得尤为重要。在现代社会中，随着计算机的普及以及网络技术的发展，对于文献的搜索已经从图书馆的纸质资料转移到网络平台下的电子文档。通过毕业课程设计，我详细的学习并掌握了中国知网、万方数据库等数据库的搜索与使用。其次，在毕业课程设计的过程中，又对学过的知识做了一次回顾，并且更深层次的对所学的知识进行掌握，理解了以前不理解的内容。通过实际操作MATLAB 软件更进一步加深了对仿真技术的认识，并能初步设计和处理一些常见的三相整流电路故障。了解了以前没有学习的内容，使自己的知识面更加的丰富，并慢慢喜欢上 MATLAB 给我们带
19、来的方便。而后，通过对这次毕业课题的设计写作中，不仅磨练了我的意志同时也大大的加强了我对知识的主观需求。深刻体会到知识改变命运，这句话的精髓所在。更加使我对知识的渴望无限的放大，努力学习不尽所求。最后，通过这次毕业课程设计还使我了解了科技论文的写作规范，熟悉了系列软件在文字处理与排版等方面的使用。总之，这次毕业课程设计不是简简单单的完成了一个课题，而是使我初步的掌握了科学研究的步骤与方法，更是一种成长，一种经历。这种磨练是金钱买不到也换不来的。通过这次毕业课题设计巩固了我的专业知识，练习了我的实际操作能力，锻炼了我分析解决问题的能力，为今后的学习打下了坚实的基础。七、 参考文献1.王兆安.电力
20、电子技术.机械工业出版社.20092.李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.20053.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的 MATLAB 仿真.机械工业出版社.20064.钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.201015致谢在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢余红英，王明泉等老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。
