電力電子課程設(shè)計(jì)--三相半波可控整流電路

1、<p>　　三相半波可控整流電路</p><p><b>　　1主電路設(shè)計(jì)及原理</b></p><p><b>　　1.1 主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　其原理圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1 三相半波可控整流電路原理圖</p&

2、gt;<p>　　為了得到零線，整流變壓器的二次繞組必須接成星形，而一次繞組多接成三角形，使其3次諧波能夠通過，減少高次諧波的影響。三個(gè)晶閘管的陽極分別接入u、v、w三相電源，它們的陰極連接在一起，稱共陰極接法，這對(duì)觸發(fā)電路有公共線者連線較方便，用得較廣。</p><p>　　1.2 主電路原理說明</p><p>　　圖 1.1 三相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的波形<

3、/p><p>　　圖 1.2三相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的波形</p><p>　　圖 1.3三相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的波形</p><p>　　穩(wěn)定工作時(shí)，三個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120º，規(guī)定ωt=π/6為控制角α的起點(diǎn)，稱為自然換相點(diǎn)。三相半波共陰極可控整流電路自然換相點(diǎn)是三相電源相電壓正半周波形的交叉點(diǎn)，在各相相電壓的π/6處，即ωt1、ωt2

4、、ωt3 ，自然換相點(diǎn)之間互差2π/3，三相脈沖也互差120º。</p><p>　　在ωt1時(shí)刻觸發(fā)VT1，在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu＞uw，u相電壓最高，VT1承受正向電壓而導(dǎo)通，輸出電壓ud＝uu。其他晶閘管承受反向電壓而不能導(dǎo)通。VT1通過的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等。</p><p>　　在ωt2時(shí)刻觸發(fā)VT2，在ωt2～ωt3區(qū)間

5、 v相電壓最高，由于uu＜uv，VT2承受正向電壓而導(dǎo)通， ud＝uv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv= uuv<0，晶閘管VT1承受反向電壓關(guān)斷。</p><p>　　在VT2導(dǎo)通期間，VT1兩端電壓uT1= uu-uv= uuv。在ωt2時(shí)刻發(fā)生的一相晶閘管導(dǎo)通變換為另一相晶閘管導(dǎo)通的過程稱為換相。</p><p>　　在ωt3時(shí)刻觸發(fā)VT3，在ωt3～ωt4區(qū)間w相電壓最高，

6、由于uv＜uw，VT3承受正向電壓而導(dǎo)通，ud＝uw。VT2兩端電壓 uT2= uv-uw=uvw<0，晶閘管VT2承受反向電壓關(guān)斷。在VT3導(dǎo)通期間VT1兩端電壓uT1= uu-uw= uuw。</p><p>　　這樣在一周期內(nèi)，VT1只導(dǎo)通2π/3，在其余4π/3時(shí)間承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。只有承受高電壓的晶閘管元件才能被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓ud波形是相電壓的一部分，每周期脈動(dòng)三次，是三相電源相電壓

7、正半波完整包絡(luò)線，輸出電流id與輸出電壓ud波形相同 (id=ud/R)。</p><p>　　電阻性負(fù)載α=0º 時(shí)，VT1在VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)僅承受反壓，隨著α的增加，晶閘管承受正向電壓增加；其他兩個(gè)晶閘管承受的電壓波形相同，僅相位依次相差120º。增大α，則整流電壓相應(yīng)減小。</p><p>　　α=30º是輸出電壓、電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界點(diǎn)。當(dāng)α＜30

8、º時(shí)，后一相的晶閘管導(dǎo)通使前一相的晶閘管關(guān)斷。當(dāng)α＞30º時(shí)，導(dǎo)通的晶閘管由于交流電壓過零變負(fù)而關(guān)斷后，后一相的晶閘管未到觸發(fā)時(shí)刻，此時(shí)三個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通，直到后一相的晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。</p><p>　　從上述波形圖可以看出晶閘管承受最大正向電壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM =U2，晶閘管承受最大反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值，URM=× U2 =U2。α=150

9、6;時(shí)輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負(fù)載移相范圍是</p><p><b>　　0º～150º。</b></p><p><b>　　2 各參數(shù)的計(jì)算</b></p><p>　　2.1 輸出值的計(jì)算</p><p>　　三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓的波形在一個(gè)

10、周期內(nèi)脈動(dòng)3次，且每次脈動(dòng)的波形相同，因此在計(jì)算其平均值時(shí)，只需對(duì)一個(gè)脈波（即1/3周期）進(jìn)行計(jì)算即可。對(duì)于電阻性負(fù)載而言，當(dāng)<時(shí)，例如=，上圖1.1所示，各晶閘管上的觸發(fā)脈沖，其相序與電源的相序相同，各相觸發(fā)脈沖依次間隔，在一個(gè)周期內(nèi)，三相電源輪流向負(fù)載供電，每相晶閘管各導(dǎo)電，負(fù)載電流是連續(xù)的。增大值，即觸發(fā)脈沖后移，則整流電壓相應(yīng)減小。當(dāng)=時(shí)，如上圖1.2所示，從輸出電壓、電流的波形可看出，這時(shí)負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)

11、，各項(xiàng)仍導(dǎo)電。如果>，例如=，如上圖1.3所示，當(dāng)導(dǎo)通的一相的相電壓過零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管關(guān)斷，此時(shí)下一相晶閘管雖然承受正向電壓，但它的觸發(fā)脈沖還未到，不會(huì)導(dǎo)通，姑輸出電壓和電流都為零，直到下一相觸發(fā)脈沖出現(xiàn)為止，顯然電流斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)電時(shí)間都小于。如果角繼續(xù)增大，那么整流電壓將越來越小。當(dāng)=時(shí)，整流輸出電壓為零。故電阻負(fù)載時(shí)要求的移相范圍為。</p><p>　　下面分兩種情況來計(jì)算整流電壓的平均值：&

12、lt;/p><p>　?。?）≤30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有：</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，為最大，。</b></p><p>　?。?）a >30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)， </b></p><p>　　負(fù)載電流的

13、平均值為 </p><p>　　由于晶閘管是交替工作的，流過晶閘管的平均電流為 </p><p>　　2.2晶閘管的有效值：</p><p><b>　?。?）≤30時(shí)</b></p><p><b>　?。?）a>30時(shí)，</b></p><p>　　

14、3．器件額定參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.1 變壓器參數(shù)</p><p>　　有要求之電壓在50-300V連續(xù)可調(diào)，當(dāng)=時(shí)，=300V。由公式1，=，則，=</p><p>　　得之：二次側(cè)有效值=256.4V，考慮到一定的裕量取=290V。</p><p>　　三相交流電源，線電壓為380V，則一次側(cè)的有效值=220V。變壓器變比K=

15、==0.76</p><p>　　3.2 晶閘管參數(shù)</p><p>　　把=290V，=300V代入公式1知：控制角；把=290V，=50V代入公式2知：控制角；</p><p>　　考慮到一定的電壓裕量，取，按此時(shí)的取值范圍電壓的調(diào)節(jié)范圍為：；滿足裕量要求。</p><p><b>　　控制角的移相范圍：</b>&

16、lt;/p><p>　　晶閘管最大有效值：（把=代入公式3）=20A</p><p>　　二次側(cè)有效值：==34.6A</p><p><b>　　3.3變壓器容量</b></p><p>　　由，把、代入知：=17.399KVA</p><p>　　故變壓器額定容量取20KVA</p>

17、<p>　　3.4 晶閘管額定電壓</p><p>　　晶閘管電壓定額（一般取額定電壓為正常工作電壓時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的2-3倍）</p><p><b>　　=(2~3) </b></p><p>　　=（1420~2131）V</p><p>　　故晶閘管的額定電壓取為2KV</p>

18、<p>　　3.5晶閘管額定電流</p><p>　　晶閘管通態(tài)平均電流：</p><p><b>　　A</b></p><p>　　考慮裕量，晶閘管電流定額（一般取其平均電流的1.5~2倍）</p><p>　　=(1.5~2) =(19.1~25.4)A</p><p>　　故晶閘

19、管的額定電流取為20A</p><p>　　3.6 三相半波可控整流電路仿真模型</p><p><b>　　電阻負(fù)載：</b></p><p><b>　　一、仿真步驟</b></p><p>　　1．啟動(dòng)MATLAB，進(jìn)入SIMULINK后新建一個(gè)仿真模型的新文件。并布置好各元器件。如下圖所示：

20、</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p><b>　　2．參數(shù)設(shè)置。</b></p><p>　　電源參數(shù)設(shè)置：電壓設(shè)置為380V，頻率設(shè)為50Hz。要注意初相角的設(shè)置，a相的電壓源設(shè)為0，b相的電壓源設(shè)為-120，c相的電壓源設(shè)為-240。</p><p>　　負(fù)載參數(shù)設(shè)置：

21、電阻設(shè)為1，電感為0，電容無窮大inf。</p><p>　　脈沖參數(shù)設(shè)置：由電路原理可知三個(gè)觸發(fā)脈沖觸發(fā)角依次相差120度。因?yàn)殡娫措妷侯l率為50Hz，故周期設(shè)置為0.02s，脈寬可設(shè)為2，振幅設(shè)為5。延遲角的設(shè)置要特別注意，在三相電路中，觸發(fā)延時(shí)時(shí)間并不是直接從a換算過來，由于a角的零位定在自然換相角，所以在計(jì)算相位延時(shí)時(shí)間時(shí)要增加30度相位。因此當(dāng)a＝0度時(shí)，延時(shí)時(shí)間應(yīng)設(shè)為0.0033。其計(jì)算可按以下公式：

22、</p><p>　　t=（α+30）T/360。</p><p>　　觸發(fā)角a＝0度時(shí)，延遲角依次設(shè)置為：0.00167，0.00837，0.01507</p><p>　　觸發(fā)角a＝30度時(shí)，延遲角依次設(shè)置為：0.0033，0.01，0.0167</p><p>　　觸發(fā)角a＝45度時(shí)，延遲角依次設(shè)置為：0.00417，0.01087，0

23、.01757</p><p>　　觸發(fā)角a＝60度時(shí)，延遲角依次設(shè)置為：0.005，0.0117，0.0184</p><p><b>　　晶閘管參數(shù)設(shè)置：</b></p><p><b>　　圖3.2</b></p><p><b>　　二、模型仿真</b></p>

24、;<p>　　設(shè)置好后，即可開始仿真。選擇算法為ode23tb，stop time設(shè)為0.1。點(diǎn)擊開始控件。仿真完成后就可以通過示波器來觀察仿真的結(jié)果。</p><p>　　以下是分別在0度，30度，45度，60度時(shí)的仿真結(jié)果。</p><p>　　0度： 30度：</p><

25、p>　　45度： 60度：</p><p>　　45度： 60度：</p><p>　　45度： 60度：</p><p><b&g

26、t;　　電阻電感負(fù)載：</b></p><p>　　帶電阻電感性負(fù)載的仿真與帶電阻性負(fù)載的仿真方法基本相同，但須將RLC的串聯(lián)分支設(shè)置為電阻電感負(fù)載。本例中設(shè)置的電阻R＝1，L＝0.01H。</p><p>　　電阻電感負(fù)載分別在0度，30度，45度，60度時(shí)的仿真結(jié)果：</p><p>　　0度：

27、 30度：</p><p>　　45度： 60度：</p><p><b>　　4心得體會(huì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)過程中對(duì)三相半波可控整流電路的工作原理有了更深入的了解。三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有