三相半波整流電路的設(shè)計(jì)

三相半波整流電路的設(shè)計(jì)三相半波整流電路的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書院、部：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱專業(yè)：班級：完成時(shí)間：三相整流電路有三相半波整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路，由于整流電路涉及到交流信號、直流信號以及觸發(fā)信號，同時(shí)包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當(dāng)繁瑣，高壓情況下實(shí)驗(yàn)也難順利進(jìn)行。Matlab提供的可視化仿真工具Simtlink可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結(jié)果，直觀性強(qiáng)，進(jìn)一步省去了編程的步驟。本文利用Simulink對三相半波整流電路進(jìn)行建模，對不同控制角、故障情況下進(jìn)行了仿真分析，既進(jìn)一步加深了三相半波整流電路的理論，同時(shí)也為現(xiàn)代電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:三相半波整流電路；晶閘管；MATLAB仿真口AbstractThree-phaserectifiercircuitwithhalfcontrolledthree-phasehalfwaverectifiercircuit,three-phasebridgerectifiercircuitandthree-phasefullbridgecontrolledrectifiercircuit,therectifiercircuittoACsignals,DCsignalandatriggersignal,alsocontainsthethyristor,capacitance,inductance,resistanceandothercomponents,usingconventionalcircuitanalysismethodisonerous,pressuresituationundertheexperimentalsodifficulttosmoothly.MatlabprovidesvisualsimulationtoolSimtlinkcandirectlyestablishcircuitsimulationmodel,changingthesimulationparameters,andimmediatelygetthesimulationresultsofarbitrary,intuitive,furthersavestheprogrammingsteps.Inthispaper,Simulinkisusedtomodelthethreephasehalfwaverectifiercircuit,controlangle,fordifferentfaultconditionsaresimulatedandanalyzed,whichdeepensthethree-phasehalfwaverectifiercircuittheory,andprovidesagoodexperimentalfoundationforthemodernpowerelectronicexperimentalteaching.Keywords:threephasehalfwaverectifiercircuit;thyristor;MATLABsimulation1引言（意義及要求）2設(shè)計(jì)分析…………3主電路原理分析及主要元器件選擇………………3.1主電路原理分析…………………3.2主要元器件選擇…………………4觸發(fā)電路與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)…………4.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)…………………4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)…………………5通過MATLAB………………………心得體會…………………參考文獻(xiàn)………………致謝…………1設(shè)計(jì)意義及要求1.1設(shè)計(jì)意義整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?，電路形式多種多樣。當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)，應(yīng)采用三相整流電路。其交流側(cè)由三相電源供電。三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等，均可在三相半波的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)條件：1.電源電壓：三相交流U2：100V/50Hz口.輸出功率：500W3.觸發(fā)角a=454.阻感負(fù)載口根據(jù)課程設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)條件，說明主電路的工作原理、計(jì)算選擇元器件參數(shù)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1.整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算2.晶閘管電流、電壓額定參數(shù)選擇.觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)2方案設(shè)計(jì)分析本文主要完成三相半波整流電路的設(shè)計(jì)，通過MATLAB軟件的SIMULINK模塊建模并仿真，進(jìn)而得到仿真電壓電流波形。分析采用三相半波整流電路反電動(dòng)勢負(fù)載電路，如圖1所示。為了得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、。三相電源，它們的陰極連接在一起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。圖1三相半波整流電路共陰極接法反電動(dòng)勢負(fù)載原理圖直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載除本身有電阻、電感外，還有一個(gè)反電動(dòng)勢E。如果暫不考慮電動(dòng)機(jī)的電樞電感時(shí)，則只有當(dāng)晶閘管導(dǎo)通相的變壓器二次電壓瞬時(shí)值大于反電動(dòng)勢時(shí)才有電流輸出。此時(shí)負(fù)載電流時(shí)斷續(xù)的，這對整流電路和電動(dòng)機(jī)負(fù)載的工作都是不利的，實(shí)際應(yīng)用中要盡量避免出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的工作情況。3主電路原理分析及主要元器件選擇3.1主電路原理分析主電路理論圖如圖1所示。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，并用VD表示，該電路就成為三相半波可控整流電路。此時(shí)，三個(gè)二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個(gè)的值最大，則該相對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。在相電壓的交點(diǎn)處，均出現(xiàn)了二極管換相，即電流由一個(gè)二極管向另一個(gè)二極管轉(zhuǎn)移，稱這些交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。自然換相點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn)，即a=0。，要改變觸發(fā)角只能是在此基礎(chǔ)上增大它，即沿時(shí)間坐標(biāo)軸向右移。當(dāng)三個(gè)晶閘管的觸發(fā)角為0°時(shí)，相當(dāng)于三相半波可控整流電路的情況。增大a值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)的發(fā)生變化。設(shè)變壓器二次側(cè)電壓有效值為220V，口2sin30。=155.54V。若反電動(dòng)勢小于155.54V時(shí)，整流電路相當(dāng)于工作在阻感負(fù)載情況下nnom=1000r/min（因?yàn)樵谧匀粨Q相點(diǎn)處晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載電壓等于相電壓）?！醺鶕?jù)任務(wù)書所給電機(jī)參數(shù)，當(dāng)電機(jī)空載轉(zhuǎn)速為，且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢為E=nnomxCe=196V?！蹙чl管的觸發(fā)角為0°時(shí)，波形圖如圖2所示，從上到下波形依次是三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負(fù)載電壓波形，晶閘管電壓波形。圖2觸發(fā)角為0°時(shí)的波形觸發(fā)角較小時(shí)，在觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)交流電壓還沒有達(dá)到196V,晶閘管不導(dǎo)通，到196V以后在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通；換相后VT1關(guān)斷，在VT2導(dǎo)通期間，uvt1=ua-ub=uab；VT3導(dǎo)通期間，uvt1=ua-uc=uac。□觸發(fā)角變大后，可以實(shí)現(xiàn)在觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)電壓達(dá)到196V,晶閘管直接導(dǎo)通，如圖3所示，觸發(fā)角為45°，從上到下波形依次是三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負(fù)載電壓波形，晶閘管電壓波形。圖3觸發(fā)角為45°時(shí)的波形觸發(fā)角為當(dāng)45°時(shí)，當(dāng)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管過零時(shí)，由于電感的存在，阻止了電流的下降，因而的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，導(dǎo)通向負(fù)載供電，同施加反相電壓使其關(guān)斷。這種情況下波形中出現(xiàn)負(fù)的部分，若波形中負(fù)的部分將增多，至波形中正負(fù)面積相等，的平均值為零。由此可見阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90°由于負(fù)載電流連續(xù)，可由式(3-1)求出，即2sinwtd(wt)=2cosd=1.17U2cosd(3-1)口與a成余弦關(guān)系，如圖4中曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，則當(dāng)口a>30°后，與電感量足夠大的情況相比較，ud中負(fù)的部分可能減少，整流電壓平均值ud略為增加，個(gè)例子?！踝儔浩鞫坞娏骷淳чl管電流的有效值I2可由式(3-2)求出，即口與a的關(guān)系將介于圖4中的曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一口=Id=0.577Id由此晶閘管的額定電流IVT(AV)可由式(3-3)求出，即口Id=0.3683-3)I(晶閘管兩端電壓波形如圖3所示，由于負(fù)載電流連續(xù)，晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即UUFM=URM=2.452(3-4)圖4三相半波可控整流電路id波形有一定的脈動(dòng)，這是電路工作的實(shí)際情況，因?yàn)樨?fù)載中電感量不可能也不必非常大，往往只要能保證負(fù)載電流連續(xù)即可，這樣id是有波動(dòng)的，不是完全平直的水平線。通常，為簡化分析及定量計(jì)算，可以將id近似為一條水平線，這與的近似對分析和計(jì)算的準(zhǔn)確性并不產(chǎn)生很大影響。三相半波整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，因此其應(yīng)用較少。3.2主要元器件選擇設(shè)變壓器原邊電壓U1=380V,副邊電壓U2=220V,根據(jù)要求電機(jī)的額定電壓為口90山=220曠，由三相半波整流電路的工作原理知Ud=1.17U2cosd故可得a=31.3°。即當(dāng)觸發(fā)角為31.3°時(shí)，三相半波整流電路輸出的電壓即為電機(jī)的額定電壓。1）變壓器參數(shù)選擇：如圖1所示，為了得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。變壓器采用三角形星形連接，一次側(cè)二次側(cè)U-Cennom220V-196V133.3A故變比1.73：1。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電流Id=nom口Ra0.18。口d=76.8AI1=0可知I2=，□.I4d=S+SS2=3U2I2=50.688KW，S=12=46.043KWS1=1I1=41.398KW，故得變壓器原邊電壓為380V,副邊電壓為220V,容量46.043KW。□2）晶閘管參數(shù)選擇：電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，Unom=220V,Inom=308A。由式（3-4）知晶閘管峰值電壓UFM=2.45口220=539V,晶閘管電壓安全裕量需是峰值電壓的2~3倍，故U=I===177.8A（2~3）539V=1078~1617V。由式（3-2）知晶閘管電流有效值VT晶閘管電流安全裕量需是額定值的1.5~2倍，故I=（1.5~2）IVT/1.57=170~226.7A?！豕示чl管的電壓范圍1078~1617V，電流范圍170~226.7A?！?）平波電抗器參數(shù)選擇：電抗值可由得到，Idmin為最小電流，即電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電流，此時(shí)進(jìn)L=1.46口Ud-Cennom220V-196V==133.3ARa0.18。口220V/133.3A=2.4mH。4觸發(fā)電路與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)如圖5所示為觸發(fā)電路。由三片集成觸發(fā)電路芯片KJ004和一片集成雙脈沖發(fā)生器芯口片KJ041形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的。觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號用接插線與主電路各晶閘管相連接。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。uVT1VT2VT3VT4VT5VT6圖5三相半波整流電路觸發(fā)電路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子電路中保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。過電壓保護(hù)一般采用RC過電壓抑制電路，RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩端或電力電子電路的直流側(cè)。過電流保護(hù)分為過載和短路兩種情況，一般過電流保護(hù)措施常采用快速熔斷器、直流快速熔斷器和電流繼電器。在本設(shè)計(jì)的保護(hù)電路中對變壓器一次側(cè)和二次側(cè)分別加上熔斷器對其進(jìn)行保護(hù)，對電機(jī)加上一個(gè)過載保護(hù)熔斷器，如圖6所示。圖6保護(hù)電路的設(shè)計(jì)5通過MATLAB仿真口MATLAB仿真電路圖如圖7所示?！鯃D7三相半波整流電路MATLAB仿真圖口設(shè)置三相交流電壓為100V，觸發(fā)角為45°，電抗值為2.4mH，反電動(dòng)勢為196V。得到仿真波形如圖8所示，從上到下波形依次是三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負(fù)載電壓波形，晶閘管電壓波形。圖8MATLAB仿真波形圖口所得波形基本與理論分析相符，觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)，電壓已經(jīng)達(dá)到196V，在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通；換相后VT1關(guān)斷，在VT2導(dǎo)通期間，uvt1=ua-ub=uab；VT3導(dǎo)通期間，uvt1=ua-uc=uac。□.多學(xué)多問，學(xué)會他人技能。學(xué)問學(xué)問，無問不成學(xué)。知識和經(jīng)驗(yàn)的收獲可以說與勤學(xué)好問是成正比的，要記住知識總是垂青那些善于提問的人。.善于思考，真正消化知識。有知到識，永遠(yuǎn)不是那么簡單的事，當(dāng)你真正學(xué)會去思考時(shí)，他人的知識才能變成你自己的東西。.