電力電子課程設(shè)計(jì)--三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì)

1、<p>　　《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 題 目： 三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　院（系、部）： 電氣與控制工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p><b>　　指 導(dǎo) 教 師： </b></p><p>　　日 期： 2015-1-15 </p><p><b>　　摘要</b></p

3、><p>　　本文主要介紹三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路圖,并用MATLAB對(duì)設(shè)計(jì)好的三相橋式全控電路進(jìn)行仿真，改變觸發(fā)角得到三相電源電壓，三相電源電流，負(fù)載電壓，負(fù)載電流以及出發(fā)脈沖信號(hào)的波形。通過(guò)對(duì)電力電子的仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角和負(fù)載特性的影響，在應(yīng)用MATLAB的可視化仿真工具simulink對(duì)三相橋式全控整流電路的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，并采

4、用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：三相整流；晶閘管；MATLAB；</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………………1</p><p>　　2 電路的設(shè)計(jì)…………………

5、…………………………………………………2</p><p>　　2.1主電路………………………………………………………………………2</p><p>　　2.1.1三相橋式全控整流電路圖………………………………………………2</p><p>　　2.1.2工作特點(diǎn)…………………………………………………………………2</p><p>　　2.1.

6、3定量分析…………………………………………………………………3</p><p>　　2.2觸發(fā)電路……………………………………………………………………3</p><p>　　2.3保護(hù)電路……………………………………………………………………4</p><p>　　2.3.1晶閘管的保護(hù)電路………………………………………………………4</p><p

7、>　　2.3.2交流側(cè)保護(hù)電路…………………………………………………………5</p><p>　　2.3.3直流側(cè)保護(hù)電路…………………………………………………………6</p><p>　　3 MATLAB仿真…………………………………………………………………7</p><p>　　心得體會(huì)………………………………………………………………………11</p

8、><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………12</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)主要分為主電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路三個(gè)部分?？驁D中沒(méi)有表明保護(hù)電路。當(dāng)接通電源時(shí)，三相橋式全控整流電路主電路通電，同時(shí)通過(guò)同步電路連接的集成觸發(fā)電路也通電工作，形成觸發(fā)脈沖，使主電路中晶閘管

9、觸發(fā)導(dǎo)通工作。</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p><b>　　2 電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 主電路</b></p><p>　　2.1.1 三相橋式全控整流電路圖</p><p><b>

10、;　　圖2-1</b></p><p>　　如圖2-1所示，為三相橋式全控帶電阻負(fù)載。習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管稱(chēng)為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管稱(chēng)為共陽(yáng)極組。共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、VT5， 共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。<

11、;/p><p>　　2.1.2 工作特點(diǎn)</p><p>　?。?） 2個(gè)晶閘管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組 各1個(gè)，且不能為同1相器件。 </p><p>　?。?） 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求： </p><p>　　按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60o。共陰極組VT1、VT3、VT5依次差120o。共

12、陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120o。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180o。 </p><p>　?。?） ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣, 故該電路為6脈波整流電路。 </p><p>　?。?）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。</p><p>　　

13、2.1.3 定量分析</p><p>　　（1）當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載，時(shí)）的平均值為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　?。?）帶電阻負(fù)載且時(shí)，整流電壓平均值為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p>&

14、lt;p>　　輸出電流平均值： （2-3）</p><p>　?。?）晶閘管額定電流、額定電壓的選擇</p><p>　　①晶閘管承受最大正向電壓為變壓器二次線電壓峰值，即</p><p><b>　　(2-4) </b></p><

15、p>　　②晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　?、圯敵鲭妷篣d為0~200V，負(fù)載電阻R=10，輸出負(fù)載電流為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　選用晶閘管時(shí)，額定

16、電壓要留有一定裕量通常取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的2~3倍。額定電流也要留一定裕量，一般取額定電流為通態(tài)平均電流的1.5~2倍。</p><p><b>　　2.2 觸發(fā)電路</b></p><p>　　三相橋式全控觸發(fā)電路由3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊（KJ041內(nèi)部是由12個(gè)二極管構(gòu)成的6個(gè)或門(mén)）及部分分立元件構(gòu)成，可形成六路雙脈沖，

17、再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可，分別連到VT1，VT2，VT3，VT4，VT5，VT6的門(mén)極。6路雙脈沖模擬集成觸發(fā)電路圖如圖2-2所示：</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p><b>　　2.3 保護(hù)電路</b></p><p>　　2.3.1 晶閘管的保護(hù)電路</p><p&

18、gt;　?。?）晶閘管的過(guò)電流保護(hù)：過(guò)電流可分為過(guò)載和短路兩種情況，可采用多種保護(hù)措施。對(duì)于晶閘管初開(kāi)通時(shí)引起的較大的di/dt，可在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感進(jìn)行抑制；對(duì)于整流橋內(nèi)部原因引起的過(guò)流以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)可以采用接入快速熔短器進(jìn)行保護(hù)。如圖2-3所示：</p><p><b>　　圖2-3</b></p><p>　　（2）晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)：晶閘管

19、的過(guò)電壓保護(hù)主要考慮換相過(guò)電壓抑制。晶閘管元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓作用下流過(guò)相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時(shí)，因反向恢復(fù)電流很快截止，通過(guò)恢復(fù)電流的電感會(huì)因高電流變化率產(chǎn)生過(guò)電壓，即換相過(guò)電壓。為使元件免受換相過(guò)電壓的危害，一般在元件的兩端并聯(lián)RC電路。如圖2-4所示：</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　2.3.2

20、交流側(cè)保護(hù)電路</p><p>　　晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲，同時(shí)設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)，所以要進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，可采用如圖2-5所示的反向阻斷式過(guò)電壓抑制RC保護(hù)電路。整流電路正常工作時(shí)，保護(hù)三相橋式整流器輸出端電壓為變壓器次級(jí)電壓的峰值，輸出電流很小，從而減小了保護(hù)元件的發(fā)熱。過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，該整流橋用于提供吸收過(guò)電壓能量的通路，電容將吸取

21、過(guò)電壓能量轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能量；過(guò)電壓消失后，電容經(jīng) 、 放電，將儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量釋放，逐漸將電壓恢復(fù)到正常值。</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p>　　2.3.3 直流側(cè)保護(hù)電路</p><p>　　直流側(cè)也可能發(fā)生過(guò)電壓，在圖2-6中，當(dāng)快速熔斷器熔斷或直流快速開(kāi)關(guān)切斷時(shí)，因直流側(cè)電抗器釋放儲(chǔ)能，會(huì)在整流器直流輸出端造成過(guò)

22、電壓。另外，由于直流側(cè)快速開(kāi)關(guān)（或熔斷器）切斷負(fù)載電流時(shí)，變壓器釋放的儲(chǔ)能也產(chǎn)生過(guò)電壓，盡管交流側(cè)保護(hù)裝置能適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)這種過(guò)電壓，仍會(huì)通過(guò)導(dǎo)通的晶閘管反饋到直流側(cè)來(lái)，為此，直流側(cè)也應(yīng)該設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)，用于抑制過(guò)電壓。</p><p><b>　　圖2-6</b></p><p>　　3 MATLAB仿真</p><p>　　三相橋式全控整流電路

23、仿真圖：</p><p><b>　　圖2-7</b></p><p>　　示波器從上到下依次表示為三相電源電壓，三相電源電流，負(fù)載電壓，負(fù)載電流以及出發(fā)脈沖信號(hào)的波形。</p><p><b>　　（1）</b></p><p><b>　　-</b></p>

24、<p><b>　　（2）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)此次電力電子課程設(shè)計(jì)我不但得到了將知識(shí)融入實(shí)際的機(jī)會(huì)

25、，同時(shí)也鞏固了自己本學(xué)期所學(xué)的知識(shí)。這次我的課程設(shè)計(jì)題目是三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)三相橋式全控整流電路的研究，更加深刻的理解了整流電路的線路、原理，以及觸發(fā)電路，加深了對(duì)觸發(fā)電路的功能了解。還有保護(hù)電路，認(rèn)識(shí)了保護(hù)電路的重要，并對(duì)其深入了研究。整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然遇到了很多棘手的問(wèn)題，但通過(guò)查閱書(shū)刊以及網(wǎng)上查閱資料最終得到了有效的解決，感覺(jué)收獲很多。本設(shè)計(jì)要用MATLAB進(jìn)行仿真。在仿真實(shí)驗(yàn)中比較關(guān)鍵的是參數(shù)的設(shè)置。仿真

26、做完了之后是做硬件實(shí)驗(yàn)。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，熟悉了MATLAB和Protel的使用方法,它們都是與我們專(zhuān)業(yè)密切聯(lián)系的軟件。其中掌握了用MATLAB對(duì)電力電子電路進(jìn)行仿真，觀察波形，調(diào)整參數(shù)等操作。 </p><p>　　此外，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使自己了解到電力電子技術(shù)既是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是實(shí)用性很強(qiáng)的課程。電力電子裝置的應(yīng)用是十分重要的。并且自己也在最初的不很懂到最終理解了三相橋式全控整流電路的原理以及應(yīng)用覺(jué)得收

27、獲很多。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王兆安，劉進(jìn)軍. 電力電子技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[2]仲麟，王峰. MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用教程.國(guó)防工業(yè)出版社．2003</p><p>　　[3]劉敏，魏玲. MATLAB通信仿真與技術(shù)應(yīng)用. 國(guó)防工業(yè)