三相半波可控整流電路課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　膀莄蒃蚄衿膇荿蚃羂莂芅螞肄膅薃螁螄莀葿螀袆膃蒞蝿羈荿芁螈膀膁蝕螈袀肄薆螇羂芀蒂螆肅肂莈螅螄羋芄襖袇肁薃袃罿芆葿袂肁聿蒞袂袁芅莁袁羃膇蠆袀肆莃薅衿膈膆蒁袈袈莁莇蒅羀膄芃薄肂荿薂薃螂膂蒈薂羄莈蒄薁肆芁莀薀腿肅蚈蕿袈艿薄蕿羈肂蒀薈肅芇莆蚇螃肀節(jié)蚆裊芅薁蚅肇肈薇蚄膀莄蒃蚄衿膇荿蚃羂莂芅螞肄膅薃螁螄莀葿螀袆膃蒞蝿羈荿芁螈膀膁蝕螈袀肄薆螇羂芀蒂螆肅肂莈螅螄羋芄襖袇肁薃袃罿芆葿袂肁聿蒞袂袁芅莁袁羃膇蠆袀肆莃薅衿膈膆蒁袈袈莁莇蒅羀

2、膄芃薄肂荿薂薃螂膂蒈薂羄莈蒄薁肆芁莀薀腿肅蚈蕿袈艿薄蕿羈肂蒀薈肅芇莆蚇螃肀節(jié)蚆裊芅薁蚅肇肈薇蚄膀莄蒃蚄衿膇荿蚃羂莂芅螞肄膅薃螁螄莀葿螀袆膃蒞蝿羈荿芁螈膀膁蝕螈袀肄薆螇羂芀蒂螆肅肂莈螅螄羋芄襖袇肁薃袃罿芆葿袂肁聿蒞袂袁芅莁袁羃膇蠆袀肆莃薅衿膈膆蒁袈袈莁莇蒅羀膄芃薄肂荿薂薃螂膂蒈薂羄莈蒄薁肆芁莀薀腿肅蚈蕿袈艿薄蕿羈肂蒀薈肅芇莆蚇螃肀節(jié)蚆裊芅薁蚅肇肈薇蚄膀莄蒃蚄衿膇荿蚃羂莂芅螞肄膅薃螁螄莀葿螀袆膃蒞蝿羈荿芁螈膀膁蝕螈袀肄薆螇羂芀蒂螆肅肂莈螅螄

3、羋芄襖袇肁薃袃罿芆葿袂肁聿蒞袂袁芅莁袁羃膇蠆袀肆莃薅衿膈膆蒁袈袈莁莇蒅羀膄芃薄肂荿薂薃螂膂蒈薂羄莈蒄薁肆芁莀薀腿肅蚈蕿袈艿薄蕿羈肂蒀薈肅芇莆蚇</p><p><b>　　1 引言 </b></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。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓

4、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。 </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.長期以來，直流

5、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?yàn)橹绷麟姍C(jī)不僅調(diào)速方便，而且在磁場一定的條件下，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。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。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)

6、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)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，長期以來，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。</p><p>　　熟悉單相整流電路線路簡單，價(jià)格便宜，制造、調(diào)整、維修都比較容易，但其輸出的直流電壓脈動(dòng)大，脈動(dòng)頻率低。又因?yàn)樗釉谌嚯娋W(wǎng)的一相上，當(dāng)容量較大時(shí)易造成三相電網(wǎng)不平衡，因

7、而只用在容量較小的地方。一般負(fù)載功率超過4kw要求直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)，可以采用三相可控整流電路。悉三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載工作原理，研究可控整流電路在電阻負(fù)載工作狀態(tài)。通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)我們對(duì)電子線路的分析與應(yīng)用能力、電子器件的應(yīng)用能力。 </p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案論證</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：三相半波可控整流電路設(shè)計(jì)</p>

8、;<p><b>　　2．1 電路圖</b></p><p>　　圖2-1三相半波可控整流電路(電阻性負(fù)載)的電路原理圖</p><p>　　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、c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。</p>

9、;<p>　　2．2 設(shè)計(jì)指標(biāo) </p><p>　　1）電源電壓：三相交流U2：100V/50Hz</p><p>　　2）輸出功率：500W</p><p>　　3）觸發(fā)角α=120°</p><p><b>　　4）純電阻負(fù)載</b></p><p><

10、b>　　2．3 工作原理</b></p><p>　　主電路理論圖如圖2-1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(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，波形如圖2-1所示。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

11、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>　　圖2-2三相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的波形</p><p>　　圖2-3三相半波可控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的波形</p><p>　　圖2-4三相半波可控整流電路電阻負(fù)載

12、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、ωt3，自然換相點(diǎn)之間互差2π/3，三相脈沖也互差120。</p><p>　　在ωt1時(shí)刻觸發(fā)VT1，在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu

13、＞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 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><

14、;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，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

15、=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

16、，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＜30º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

17、管被觸發(fā)導(dǎo)通。</p><p>　　若α角繼續(xù)增大，整流電壓降越來越小，α=150°是，整流輸出電壓為零。</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。α=150º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0º～150º。<

18、/p><p>　　2．4 基本數(shù)量關(guān)系</p><p>　　整流電壓的平均值分兩種情況：</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>　?。?）α>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&g

19、t;<p>　　2）晶閘管的有效值：</p><p><b>　?。?）≤30時(shí)</b></p><p><b>　?。?）α>30時(shí)</b></p><p><b>　　3）晶閘管額定電壓</b></p><p>　　晶閘管電壓定額（一般取額定電壓為正常工

20、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>　　=（490~735）V</p><p><b>　　4）計(jì)算電阻值</b></p><p><b>　　三相交流=100</b></p><p&g

21、t;　　α>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>　　將=100代入公式2-4-2，得=9.034</p><p>　　已知功率500，代入，得電阻=0.164</p><p>　　3 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　發(fā)電路采用同步六脈波觸發(fā)器，觸發(fā)器輸入端與變壓器二次側(cè)電壓對(duì)應(yīng)連接，Block作為觸發(fā)

22、器開關(guān)的使能信號(hào)。因?yàn)橥搅}波觸發(fā)器每個(gè)脈沖之間相差60°。 所以選取脈沖信號(hào)中的1，3，5觸發(fā)脈沖，分別連接晶閘管的三個(gè)門極端。每個(gè)觸發(fā)脈沖相差120°，依次觸發(fā)晶閘管。為避免觸發(fā)信號(hào)過小，在觸發(fā)器輸出端連接一放大器，放大脈沖信號(hào)10倍。如圖所示：</p><p>　　圖3-1 三相半波整流電路觸發(fā)電路</p><p>　　4 硬件電路設(shè)計(jì)及描述</p>

23、<p>　　4．1 建立仿真模型 </p><p>　　示波器六個(gè)通道信號(hào)依次是：①三相電源電壓；②三相電源電流；③同步脈沖信號(hào)；④晶閘管的電流，晶閘管的電壓；⑤電阻性負(fù)載電流；⑥電阻性負(fù)載電壓。</p><p>　　圖 4-1 三相半波可控整流電路(電阻性負(fù)載)的MATLAB仿真模型</p><p>　　4．2 仿真結(jié)果與分析</p>

24、<p>　　觸發(fā)角α=120°，MATLAB仿真波形如下：</p><p><b>　　5 總結(jié) </b></p><p>　　兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必

25、不少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高,綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次設(shè)計(jì)工作的訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了整流電路設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握整流電路設(shè)計(jì)的方法和步驟，同時(shí)

26、各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。</p><p>　　在設(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直流分量，為此其應(yīng)用較少。在前面分析整流電路時(shí)，均未考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，認(rèn)為換相是瞬時(shí)完成的。但實(shí)際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)。由于電感對(duì)電流

27、的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬間完成，而是會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。同時(shí)也對(duì)matlab這一款龐大的仿真軟件有了初步的認(rèn)識(shí)。對(duì)matlab中的simulink仿真模塊有了深入了解。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免

28、出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教,我十分樂意接受老師們的批評(píng)與指正。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王兆安.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[2] 王維平.現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[3] 葉

29、斌.電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置.北京：鐵道出版社，1999</p><p>　　[4] 馬建國 孟憲元.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[5] 丁道宏.電力電子技術(shù).北京：航空工業(yè)出版社，1992</p><p>　　[6] 洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p>

30、<p>　　羇腿蒃螂膂肅蒂襖羅莄薁薄膁芀薀蚆羃膆薀螈腿膂蕿羈肂蒀薈蝕裊莆薇螃肀節(jié)薆裊袃膈薅薅肈肄蚄蚇袁莃蚄蝿?wù)剀低J羂衿芅螞蟻膅膁蟻螄羈蒀蝕袆膃莆蠆羈羆芁蚈蚈膁膇蒞螀羄肅莄袃膀莂莃薂羃莈莂螄羋芄莂袇肁膀莁罿襖葿莀蠆聿蒞荿螁袂芁蒈袃肇膇蕆薃袀肅蒆蚅肆蒁蒆袈罿莇蒅羀膄芃蒄蝕羇腿蒃螂膂肅蒂襖羅莄薁薄膁芀薀蚆羃膆薀螈腿膂蕿羈肂蒀薈蝕裊莆薇螃肀節(jié)薆裊袃膈薅薅肈肄蚄蚇袁莃蚄蝿?wù)剀低J羂衿芅螞蟻膅膁蟻螄羈蒀蝕袆膃莆蠆羈羆芁蚈蚈膁膇蒞螀羄肅莄袃膀

31、莂莃薂羃莈莂螄羋芄莂袇肁膀莁罿襖葿莀蠆聿蒞荿螁袂芁蒈袃肇膇蕆薃袀肅蒆蚅肆蒁蒆袈罿莇蒅羀膄芃蒄蝕羇腿蒃螂膂肅蒂襖羅莄薁薄膁芀薀蚆羃膆薀螈腿膂蕿羈肂蒀薈蝕裊莆薇螃肀節(jié)薆裊袃膈薅薅肈肄蚄蚇袁莃蚄蝿?wù)剀低J羂衿芅螞蟻膅膁蟻螄羈蒀蝕袆膃莆蠆羈羆芁蚈蚈膁膇蒞螀羄肅莄袃膀莂莃薂羃莈莂螄羋芄莂袇肁膀莁罿襖葿莀蠆聿蒞荿螁袂芁蒈袃肇膇蕆薃袀肅蒆蚅肆蒁蒆袈罿莇蒅羀膄芃蒄蝕羇腿蒃螂膂肅蒂襖羅莄薁薄膁芀薀蚆羃膆薀螈腿膂蕿羈肂蒀薈蝕裊莆薇螃肀節(jié)薆裊袃膈薅薅肈肄蚄蚇袁