三相半波整流電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　三相半波整流電路</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動(dòng)控制的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及日常生活中起著越來(lái)越重要的作用，因此，對(duì)電機(jī)調(diào)速的研究有著積極的意義.長(zhǎng)期以來(lái)，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占居主導(dǎo)地位，這主要是因

2、為直流電機(jī)不僅調(diào)速方便，而且在磁場(chǎng)一定的條件下，轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，轉(zhuǎn)矩容易被控制；同時(shí)具有良好的起動(dòng)性能，能較平滑和經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)速度。因此采用直流電機(jī)調(diào)速可以得到良好的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　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，

3、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。</p><p>　　由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起、制動(dòng)性能，宜與在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速。在軋鋼機(jī)、礦井卷機(jī)、挖掘機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控硅電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)畢竟在理論上和在時(shí)間上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角

4、度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，長(zhǎng)期以來(lái)，由于直流調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)。因此，直流調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占重要位置。國(guó)內(nèi)三相半波可控整流電路技術(shù)不夠熟練，設(shè)備不夠先進(jìn)。國(guó)外的三相半波可控整流電路設(shè)備完善技術(shù)比較熟練。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一三相半波整流電路，直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：U

5、nom=220V，Inom=308A，nnom=1000r/min，Ce=0.196V min/r，Ra=0.18。</p><p><b>　?。?）方案設(shè)計(jì)。</b></p><p>　?。?）完成主電路的原理分析，過(guò)主要元件的選擇。</p><p>　?。?）觸發(fā)電路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）利用

6、MATLAB仿真軟件建模并仿真，獲取電壓電流波形，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　?。?）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。</p><p>　　三、設(shè)計(jì)方案選擇及論證</p><p>　　本文主要完成三相半波整流電路的設(shè)計(jì)，通過(guò)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。</p><p>　　分析采用三相半波整流電路反電動(dòng)

7、勢(shì)負(fù)載電路，如圖1所示。為了得到零線(xiàn)，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、c三相電源，它們的陰極連接在一起，稱(chēng)為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線(xiàn)方便。</p><p>　　圖1 三相半波整流電路共陰極接法反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載原理圖</p><p>　　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(shì)E。如果暫不考慮電動(dòng)機(jī)的電

8、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(shì)時(shí)才有電流輸出。此時(shí)負(fù)載電流時(shí)斷續(xù)的，這對(duì)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。</p><p><b>　　四、總體電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1主電路組成</b></p><p>　　三

9、相半波整流電路主要由變壓器、半波整整流流晶閘管及各級(jí)保護(hù)電路組成。由于電網(wǎng)電壓通常與直流電機(jī)工作的正常電壓，存在差別所以通常在整流變換是需要對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行變壓，此外為了減少整流電路的多次諧波，通常變壓器需要三角形—Y接法，此外由于晶閘管在整流工作過(guò)程中存在過(guò)電壓、過(guò)電流快速關(guān)斷、快速導(dǎo)通的過(guò)程，所以需要在主電路中設(shè)置過(guò)電壓、過(guò)電流以及緩沖電路，具體框圖如下：</p><p>　　五、各功能模塊電路設(shè)計(jì)</p

10、><p>　　5.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　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(hào)用接插線(xiàn)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)。</p><p>　　圖5 三相半波整

11、流電路觸發(fā)電路</p><p>　　5.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電力電子電路中保護(hù)電路包括過(guò)電壓保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。</p><p>　　過(guò)電壓保護(hù)一般采用RC過(guò)電壓抑制電路，RC過(guò)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)。</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)分為過(guò)載和短路兩種情況，一般過(guò)電流保護(hù)措施常采用快速熔斷器、

12、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(duì)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)分別加上熔斷器對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，對(duì)電機(jī)加上一個(gè)過(guò)載保護(hù)熔斷器，如圖6所示。</p><p>　　圖6 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于三相半波整流電路中晶閘管需要在不同的時(shí)候?qū)?，而且要保持與三相交流電頻率保持一致，所以需要具體設(shè)計(jì)觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通脈沖。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用Kj

13、004脈沖觸發(fā)集成芯片實(shí)現(xiàn)，集成芯片具有可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等特點(diǎn)而受到廣泛應(yīng)用。其脈沖形成原理與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似, 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)其內(nèi)部原理圖見(jiàn)圖3-3：</p><p>　　圖3-3 KJ004觸發(fā)芯片內(nèi)部原理圖</p><p>　　觸發(fā)電路的定相問(wèn)題，觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于

14、晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系其具體措施如下：</p><p>　　同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致</p><p>　　觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的關(guān)系</p><p>　　同步信號(hào)負(fù)半周的起點(diǎn)對(duì)應(yīng)于鋸齒波的起點(diǎn)，通常使鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了的30線(xiàn)性度不好，舍去不用，使用中間的180。&l

15、t;/p><p>　　使Ud=0的觸發(fā)角 為90。當(dāng) <90時(shí)為整流工作， >90時(shí)為逆變工作</p><p>　　將 =90確定為鋸齒波的中點(diǎn)，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。于是 =90與同步電壓的300對(duì)應(yīng)，也就是 =0與同步電壓的210對(duì)應(yīng)。由圖2-58及2.2節(jié)關(guān)于三相橋的介紹可知， =0對(duì)應(yīng)于ua的30的位置，則同步信號(hào)的180與ua的0對(duì)應(yīng)。</p>

16、<p>　　變壓器接法：主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)</p><p>　　具體外部電路實(shí)現(xiàn)見(jiàn)電路原理圖部分。</p><p>　　3.3保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電力電子裝置在實(shí)際工作中，由于工作環(huán)境的影響，可能存在過(guò)電壓過(guò)電流運(yùn)

17、行的情況，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路中要先考慮到這些因素并采取一定防御措施，一般情況下可能的過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓。</p><p><b>　　外因過(guò)電壓</b></p><p>　　操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起</p><p><b>　　雷擊過(guò)電壓</b></p><p><

18、b>　　內(nèi)因過(guò)電壓</b></p><p>　　換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓</p><p>　　關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓，對(duì)于晶閘管來(lái)說(shuō)由于晶閘管的關(guān)斷是考電網(wǎng)電壓變

19、化關(guān)斷的所以不存在關(guān)斷過(guò)電壓。</p><p>　　外因過(guò)電壓抑制措施中，RC過(guò)電壓抑制電路最為常見(jiàn)，典型聯(lián)結(jié)方式見(jiàn)下圖3-4，RC過(guò)電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱(chēng)網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱(chēng)閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。</p><p>　　對(duì)于大容量電力電子裝置可采用圖4-5所示的反向阻斷式RC電路，本設(shè)計(jì)電路中考慮到直流電機(jī)工作電壓較高，電流較大所以采用反向阻斷式RC

20、過(guò)電壓保護(hù)電路。</p><p>　　其工作原理為保護(hù)電路中，RC電路對(duì)于電網(wǎng)電壓有一定的鉗位作用，使得電網(wǎng)中電壓不至于發(fā)生劇烈變化，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生大的變化是，電容的滿(mǎn)充電效應(yīng)會(huì)阻止電網(wǎng)電壓變化，從而起到一直電網(wǎng)電壓沖擊的作用，但是電網(wǎng)電壓長(zhǎng)期較高時(shí)，電容充放電不足以抵消電網(wǎng)電壓變化作用，從而失去保護(hù)效能。</p><p>　　圖3-4 過(guò)電壓抑制RC電路

21、 圖3-5過(guò)電壓抑制電路</p><p>　　3.3.2過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)電力電子裝置所在電路發(fā)生短路或電機(jī)等負(fù)載出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象。常用措施是采用快速熔斷器、直流快速斷路器和過(guò)電流繼電器，通常情況下同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性，電力電子裝置相對(duì)于其他電路裝置更為脆弱，所以電子電路通常作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)

22、的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過(guò)電流保護(hù)措施，選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮如下因素：</p><p>　　(1)電壓等級(jí)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓確定</p><p>　　(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定</p>&

23、lt;p>　　(3)快熔的I 2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許I 2t值</p><p>　　(4)為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間?電流特性</p><p>　　電機(jī)工作中通常只會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)中采用熔斷器保護(hù)，分別在電網(wǎng)側(cè)和直流側(cè)設(shè)置過(guò)流保護(hù)熔斷器，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。具體電路見(jiàn)附錄中總電路圖部分。</p><p>　　3.3.3緩沖電路的設(shè)計(jì)&

24、lt;/p><p>　　電力電子裝置，由于頻繁開(kāi)通或關(guān)斷，因而會(huì)產(chǎn)生開(kāi)通或關(guān)斷的瞬間電壓電流變化，這一過(guò)程通常會(huì)導(dǎo)致電力電子器件的老化或損壞，所以要設(shè)置緩沖電路，緩沖電路（吸收電路）：是用來(lái)抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、du/dt、過(guò)電流和，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。</p><p>　　緩沖電路分為關(guān)斷緩沖和開(kāi)通緩沖，其中：</p><p>　　關(guān)斷緩沖電路（抑制電路）——吸收器件

25、的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗</p><p>　　開(kāi)通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和di/dt，減小器件的開(kāi)通損耗</p><p>　　通常緩沖電路專(zhuān)指關(guān)斷緩沖電路，將開(kāi)通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。對(duì)于三相半波整流電路，只需考慮開(kāi)通緩沖電路即可。</p><p>　　具體設(shè)計(jì)為在晶閘管兩端并聯(lián)一個(gè)RC支路

26、，抑制晶閘管開(kāi)通瞬間的du/dt作用。在整流電路中加入LRD并聯(lián)支路來(lái)抑制開(kāi)通過(guò)程中的di/dt。電路如圖</p><p>　　圖3-6 du/dt抑制電路 圖3-7 di/dt抑制電路</p><p>　　圖3-6 du/dt抑制電路 圖3-7 di/dt抑

27、制電路</p><p><b>　　4.仿真實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)電路中幾乎所有元件都可以在MATLAB找到原型，但那是由于直流電機(jī)所需參數(shù)很多，而設(shè)計(jì)要求中所給條件，無(wú)法具體確定直流電機(jī)的所有參數(shù)，所以無(wú)法用直流電機(jī)直接仿真。但是在各種電路書(shū)中我們了解到，電機(jī)實(shí)際上可由帶有電壓源的電感和電阻代替，所以仿真部分我們把直流電機(jī)負(fù)載等效為電壓源、電阻和電

28、感的串聯(lián)。</p><p>　　另外由于沒(méi)有三相晶閘管的觸發(fā)電路仿真模型，所以需要用脈沖發(fā)生器代替晶閘管的脈沖觸發(fā)電路</p><p>　　仿真電路圖見(jiàn)圖4-1</p><p><b>　　圖4-1仿真原理圖</b></p><p>　　4.1脈沖波形仿真分析</p><p>　　由于變壓器所輸送

29、的電壓，高于實(shí)際電機(jī)正常工作的電壓，所以整流輸出電壓要適</p><p>　　圖4-2對(duì)應(yīng)各相輸入電壓波形與觸發(fā)脈沖位置比較（正弦波分別為a、b、c三相）</p><p>　　當(dāng)?shù)慕祲禾幚?，利用晶閘管的單向?qū)щ娦?，適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)角，使晶閘管延遲導(dǎo)通，從而當(dāng)調(diào)整整流輸出電壓。如圖 4-2為觸發(fā)角為30°時(shí)脈沖輸出波形與輸入電壓波形比較圖。</p><p>　　

30、在觸發(fā)電路設(shè)計(jì)中我們知道，觸發(fā)脈沖與輸入電壓是同頻率的，設(shè)置觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)間，就可以設(shè)置晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，但是觸發(fā)脈沖時(shí)間上又有所限制，至少要在三相電壓的自然換向點(diǎn)之后觸發(fā)才能實(shí)現(xiàn)整流輸出。即當(dāng)觸發(fā)角為0°時(shí)，脈沖觸發(fā)初始時(shí)刻應(yīng)該為30°。當(dāng)α=30°事觸發(fā)脈沖的初始角為60°。具體第一個(gè)晶閘管脈沖發(fā)生時(shí)間計(jì)算方法為：（其中γ為脈沖發(fā)生初始角γ=α+30°）</p><

31、;p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　其后個(gè)晶閘管的脈沖發(fā)生時(shí)間依次延后120°角度。</p><p>　　由三相半波整流電路輸出電壓與輸入電壓關(guān)系公式我們可以知道，觸發(fā)角愈大則輸出電壓愈小。當(dāng)實(shí)際輸出電壓但與電機(jī)正常過(guò)坐的額定電壓時(shí)，我們可以適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)角，降低整流輸出電壓，反之則適當(dāng)減小觸發(fā)角，這樣就可以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)角實(shí)現(xiàn)電機(jī)控

32、制電壓的調(diào)節(jié)。</p><p>　　此外由于三個(gè)晶閘管的陰極和陽(yáng)極接在不同的輸出電壓相位上，所以一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻是不同的，所以觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻也不同，其中VT1最先導(dǎo)通VT2、VT3依次滯后120°，具體的波形我們可以從圖4-2中看到。</p><p>　　4.2整流輸出波形仿真分析</p><p>　　經(jīng)過(guò)晶閘管三相半波整流輸出后，輸出電

33、壓電流變?yōu)橹绷?。晶閘管要求在三相自然換向點(diǎn)以后進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)負(fù)載為純電阻性負(fù)載時(shí)輸出電壓與電流波形完全一致，由于本電路中所帶負(fù)載為電動(dòng)機(jī)負(fù)載，所以輸出電壓波形與輸出電流波形不一致，具體輸出波形與三相交流輸出波形關(guān)系如圖4-3所示。</p><p>　　從圖中我們可以看到當(dāng)觸發(fā)角為30°時(shí)輸出電壓并沒(méi)有負(fù)值但是最低電壓降到了零（紅色線(xiàn)為輸出電壓波形曲線(xiàn)），此時(shí)輸出電壓處于全部為正和出現(xiàn)負(fù)值的臨界狀態(tài)，當(dāng)繼續(xù)

34、增大觸發(fā)角時(shí)，我們就可以發(fā)現(xiàn)整流輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值的結(jié)果如圖4-4為觸發(fā)角為60°時(shí)的輸出波形。</p><p>　　圖中黃色線(xiàn)為輸出電流變化曲線(xiàn)，我們可以看到電流在初始刻為緩慢上升的，最終趨于水平，當(dāng)整流電路接電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)由于電機(jī)的阻抗作用，輸出電流變化不大，并最終趨于水平，另外由于本電路設(shè)計(jì)時(shí)考慮到電流的連續(xù)性問(wèn)題，即加入了續(xù)流電感，它同樣可以對(duì)輸出電流起到平波的作用。</p><

35、p>　　圖4-3整流輸出波形與三相交流輸出波形關(guān)系</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　.3晶閘管工作參數(shù)仿真分析</p><p>　　有晶閘管的工作特點(diǎn)我們可以知道，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，其兩端電壓為零，而此時(shí)流過(guò)晶閘管的電流即為負(fù)載電流值。當(dāng)晶閘管截止時(shí)流過(guò)晶閘管的電流值為零，但是有與晶閘管接在兩相電壓之間所以

36、要承受的最大電壓是線(xiàn)電壓峰值，圖4-5為仿真波形圖，可以看到晶閘管工作過(guò)程中的，電壓、電流情形。</p><p>　　圖4-5晶閘管的工作時(shí)電壓電流波形圖（正弦波為ab間線(xiàn)電壓）</p><p>　　2.2電路參數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)所給的設(shè)計(jì)要求,首先計(jì)算出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的電路參數(shù)。</p><p>　　2.2.1續(xù)流電感及變壓器

37、參數(shù)確定</p><p>　　根據(jù)電機(jī)的正常工作狀態(tài)參數(shù) ，可得正常工作條件下直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)為：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　對(duì)于三相橋式半控整流帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載的電路系統(tǒng)，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量L（mH）為：</p><p><b>　　(2-2)</b&

38、gt;</p><p>　　其中L--包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感。前者數(shù)值都較小，有時(shí)可忽略。</p><p>　　Id的最小值Idmin一般去電動(dòng)機(jī)額定電流的5%~10%。則有：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　供電電源電壓計(jì)算公式為</p>&

39、lt;p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　其中 為變壓器輸出電壓</p><p>　　為電機(jī)正常工作的反電動(dòng)式即E= Unom</p><p><b>　　為觸發(fā)角</b></p><p><b>　　為回路總電阻</b></p>&

40、lt;p><b>　　為回路工作電流</b></p><p>　　由負(fù)載電機(jī)參數(shù)，Unom=220V，Inom=136A，R=0.5Ω考慮到電路中其他元器件的分壓這里取R=1Ω則有：</p><p><b>　　（2-5） </b></p><p>　　變壓器二次側(cè)電流有效值：</p><p

41、><b>　?。?-6）</b></p><p>　　顯然選用輸出端電壓大于304V的變壓器，方可滿(mǎn)足供電要求，聯(lián)系實(shí)際應(yīng)選擇二次側(cè)輸出電壓為380V的變壓器。</p><p>　　由半波整流變壓器一次測(cè)電流與二次側(cè)電流關(guān)系 可知（設(shè)變壓器一次側(cè)輸入電壓為400V）變壓器額定輸出電功率：</p><p><b>　?。?-7）&

42、lt;/b></p><p>　　由輸入端與輸出端功率關(guān)系：知輸入功率：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　實(shí)際整流輸出電壓，可根據(jù)觸發(fā)角來(lái)調(diào)整，由變壓器數(shù)我們可以計(jì)算實(shí)際工作中的輸出電壓范圍。而且晶閘管觸發(fā)脈沖角度應(yīng)該滿(mǎn)足，在觸發(fā)角=0時(shí)所要求的最小度數(shù)，設(shè)晶閘管的觸發(fā)脈沖角度為γ，則當(dāng)=0 時(shí)γ=30

43、°此時(shí)半波整流電路中的輸出電壓最大。最大觸發(fā)角，設(shè)電路中電阻只有電機(jī)電阻即R=0.5則有上面的公式可知：</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　可以解得=28°即電路中晶閘管的觸發(fā)脈沖電路起始角γ最大為58°最小為30°。本設(shè)計(jì)中初步整定為γ=60°。</p><p&g

44、t;　　當(dāng)γ=60時(shí)整流輸出電壓</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p><b>　　所以回路總電流</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　由于電路實(shí)際工作中電阻值大于電機(jī)工作電阻所以實(shí)際工作電流值小于此值。由此

45、可知續(xù)流電感值：</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　2.1.2晶閘管參數(shù)選擇</p><p>　　根據(jù)晶閘管電流參數(shù)選擇原則公式：</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　其中： 考慮的安全裕量為2~3倍<

46、;/p><p>　　為整流電路正常工作最大電流的有效值</p><p>　　為所選擇晶閘管的工作電流參數(shù)</p><p>　　即選擇額定電流至少為：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　的晶閘管作為本次設(shè)計(jì)電路的整流電路元件。</p><p>

47、　　根據(jù)三相半波整流電路分析知道晶閘管承受的最大反相電壓為變壓器的二次線(xiàn)電壓峰值的2.45倍，即晶閘管最大反向額定電壓：</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　而晶閘管所承受的最大正向電壓為輸入電壓的峰值電壓： </p><p><b>　　六、總體電路</b></p><

48、;p><b>　　3.1整流電路</b></p><p>　　圖3-1半波整流電路基本原理圖</p><p>　　三相半波整流電路部分電路如圖3-1所示嗎，其具體實(shí)現(xiàn)原理是，當(dāng)三相正弦交流電壓加在晶閘管上，由于晶閘管的單向?qū)ㄌ匦?，?dāng)晶閘管兩端加上正向電壓，且存在觸發(fā)脈沖時(shí)晶閘管導(dǎo)通，整流輸出端有電壓輸出，當(dāng)正弦電壓變負(fù)時(shí)晶閘管由于承受反向電壓截止，輸出端沒(méi)有電

49、壓輸出，。從而實(shí)現(xiàn)整流變化。在圖示電路中當(dāng)加在晶閘管兩端的兩相電壓，陽(yáng)極端相電壓高于陰極時(shí)在觸發(fā)脈沖的觸發(fā)下，晶閘管就會(huì)導(dǎo)通。同理Q2、Q3也會(huì)在陽(yáng)極電壓高于陰極電壓的時(shí)候觸發(fā)導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)三相電壓的整流。</p><p>　　根據(jù)觸發(fā)角的不同可以適當(dāng)調(diào)整輸出電壓，而且單相半波整流電路所帶負(fù)載不同，其輸出電壓波形也存在差異，在阻感負(fù)載下，如果L值很大，id波形基本平直。電路有如下特點(diǎn)：</p>&l

50、t;p>　　圖3-2半波整流電路a=30°時(shí)波形</p><p>　　a≤30時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。</p><p>　　a>30時(shí)（如a=60時(shí)的波形如圖3-2所示）。</p><p>　　u2過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，——ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。</p><p>　　id波形有一

51、定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線(xiàn)。</p><p>　　阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90。</p><p>　　若接電動(dòng)機(jī)負(fù)載則相當(dāng)于電壓源與電感、電阻負(fù)載串聯(lián)。</p><p><b>　　四、總體電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1主電路原理分析</p><p>　

52、　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不可控整流電路。此時(shí)，三個(gè)二極管對(duì)應(yīng)的相電壓中哪一個(gè)的值最大，則該相對(duì)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(chēng)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α的起點(diǎn)，即α=0。，要改變觸

53、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。</p><p>　　當(dāng)三個(gè)晶閘管的觸發(fā)角為0°時(shí)，相當(dāng)于三相半波不可控整流電路的情況。增大α值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)的發(fā)生變化。</p><p>　　設(shè)變壓器二次側(cè)電壓有效值為220V，則相電壓交點(diǎn)處的電壓為。</p><p>　　若反電動(dòng)勢(shì)小于155.54V時(shí)，整流電路相當(dāng)于工作在阻感負(fù)載

54、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）。</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書(shū)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(shì)為。</p><p>　　晶閘管的觸發(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。</p><p>　　圖2 觸發(fā)角

55、為0°時(shí)的波形</p><p>　　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(méi)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60°，從上到下波形依次是

56、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。</p><p>　　圖3 觸發(fā)角為60°時(shí)的波形</p><p>　　觸發(fā)角為當(dāng)60°時(shí)，當(dāng) 過(guò)零時(shí)，由于電感的存在，阻止了電流的下降，因而 繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管 的觸發(fā)脈沖到來(lái)，才發(fā)生換流，由 導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向 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 增大， 波形中負(fù)的部分

57、將增多，至 時(shí)， 波形中正負(fù)面積相等， 的平均值為零。由此可見(jiàn)阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90°。</p><p>　　由于負(fù)載電流連續(xù)， 可由式（3-1）求出，即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　/ 與α成余弦關(guān)系，如圖4中曲線(xiàn)2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，則當(dāng)α>30°后，與電感

58、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， / 與α的關(guān)系將介于圖4中的曲線(xiàn)1和2之間，曲線(xiàn)3給出了這種情況的一個(gè)例子。</p><p>　　變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值I2可由式（3-2）求出，即</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　由此晶閘管的額定電流IVT(AV)可由式

59、（3-3）求出，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　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(xiàn)電壓峰值，即</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　圖4 三相半波可控整流電路 / 與α的關(guān)

60、系</p><p>　　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(xiàn)。通常，為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可以將id近似為一條水平線(xiàn)，這與的近似對(duì)分析和計(jì)算的準(zhǔn)確性并不產(chǎn)生很大影響。</p><p>　　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。<

61、/p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)三相半波整流電路，讓我有很多感受和體會(huì)，深切的感受到了電子技術(shù)在日常生活中的廣泛應(yīng)用，更加理解理論聯(lián)系實(shí)際的意義，為以后的工作、學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)中主要還是通過(guò)查閱課本、圖書(shū)館相關(guān)資料并上網(wǎng)查有關(guān)芯片的引腳圖才得以順利完成。在同學(xué)的幫助下

62、設(shè)計(jì)出了電路，通過(guò)MATLAB仿真成功，同時(shí)也意識(shí)到了自己的一些不足之處，對(duì)課本非重點(diǎn)知識(shí)理解不夠深入，不知道具體如何使用，以后應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)課本知識(shí)的理解，不能局限于考試的內(nèi)容。</p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要參考書(shū)本上知識(shí)，還要有些自己的東西加進(jìn)去，設(shè)計(jì)出電路以后可以考慮從另一個(gè)方面著手再設(shè)計(jì)一個(gè)方案，看可行性如何，盡可能的將各種方案的優(yōu)點(diǎn)集中到一個(gè)方案上來(lái)。</p><p>　　完

63、成了本次課程設(shè)計(jì)，有種如釋重負(fù)的感覺(jué)，同時(shí)也感到一點(diǎn)點(diǎn)自豪，可以用學(xué)到的知識(shí)完成一個(gè)看似平常但卻包含很多知識(shí)的器件，大大提高了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的積極性。這不僅僅是個(gè)人的成功，還得多虧同學(xué)們的幫助才能順利完成本次設(shè)計(jì)。以后的學(xué)習(xí)生活中，大家更要相互幫助、學(xué)習(xí)，集思才能廣益，才能創(chuàng)作出好的作品。希望以后會(huì)有更多的讓自己動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)來(lái)提高自己的實(shí)踐能力。同時(shí)，在平時(shí)要要求自己多看書(shū)，多查閱相關(guān)資料，完備自己的知識(shí)體系，相信在以后的實(shí)踐活動(dòng)中會(huì)做

64、出更好的作品?？傊n設(shè)事小，收獲多多！每一次課設(shè)，每一次進(jìn)步，每一次成長(zhǎng)。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王兆安 劉進(jìn)軍 主編 《電力電子技術(shù)》 第五版 機(jī)械工業(yè)出版社 2009</p><p>　　洪乃剛 等編著 《電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB 仿真》 機(jī)械出版社 200

65、6</p><p>　　《電力電子與MATLAB仿真 》 具體信息不祥</p><p>　　EDA工程與應(yīng)用叢書(shū) 《Protel99SE電路設(shè)計(jì)案例精解》機(jī)械工業(yè)出版社 2010</p><p>　　李法海 王巖編著 《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》 清華大學(xué)出版社 2006</p><p>　　賈秋玲 袁冬莉 欒云鳳編著 《