1、銀川能源學院電力電子技術課程設計報告課程名稱：電力電子技術設計題目：三相橋式全控整流電路院 系：電力學院班 級：電氣工程及其自動化專業 1303班設 計 者：張微學 號：1310240079同 組 人：程薦劉通王彬彬杜仕民馬釗馬澤陽周凱指導教師：張小燕設計時間：2015年12月718日目錄摘要2第一章設計目的及任務31.1設計目的31.2設計任務31.3設計方案3第二章 電力電子技術發展趨勢5第三章 三相橋式全控整流電路電阻性負載53.1三相橋式整流電路53.2電阻性負載工作原理63.3電阻性負載參數計算9第四章 三相橋式全控整流電路電感性負載104.1電感性負載工作原理104.2電感性負載參

2、數計算11第五章 保護電路的設計125.1 晶閘管的過電壓保護125.2 晶閘管的過電流保護12第六章 MATLAB的仿真136.1 MATLAB仿真軟件的簡介136.2 建立仿真模型13第七章 心得與體會20第八章 參考文獻21摘要本課程設計是利用電力電子技術課程中所學的知識，首先對本設計進行了規劃，通過比較三相半波可控整流和三相橋式全控整流二種典型電路的特點，確定選用三相橋式全控整流電路進行了整體設計；在對電力電子器件所構成的三相橋式整流基本電路主電路、保護電路進行描述分析的過程中，對電路參數進行計算和分析，并確定了元件型號；最后利用MATLAB軟件中的Simulink進行了電氣仿真，對所

3、設計電路進行檢驗驗證。關鍵詞：電力電子技術 整流 參數計算 第一章設計目的及任務1.1設計目的課程設計是利用電力電子技術中所學的知識對三相橋式全控整流電路進行了整體設計，并利用MATLAB軟件中的Simulink進行了電氣仿真，對所設計電路進行檢驗驗證。通過本課程設計使我們充分對電力電子技術中各個電路深入理解，培養我們利用電力電子技術解決工程技術問題的能力。同時提高我們查閱資料、運用計算機輔助工具繪制原理圖和閱讀原理圖的能力；從而加深對電力電子知識的系統掌握，提升動手能力，學會使用基本的電路仿真軟件，獲得初步的應用經驗，為我們走出校門從事電力電子技術的相關工作打下基礎。1.2設計任務（1）分析

4、電力電子技術所學各類整流電路的特點、性質，并以此提出本設計所采用的整流電路設計初步方案。（2）確定整體電路的總體設計，包括：整流電路供電端的電壓類型、保護電路和參數的計算。（3）對整流模塊電路、觸發電路等進行對比分析選出所需電路。（4）搭建MATLAN電氣仿真模塊，對所設計電路進行檢驗和調試。1.3設計方案方案一：三相半波可控整流電路電路如圖a)所示，為得到零線，變壓器二次側必須接成星形，而一次側接成三角形，避免3次諧波流入電網。三個晶閘管分別接a、b、c三相電源，它們的陰極連接在一起，稱為共陰極接法，這種接法觸發電 三相半波可控整流電路路有公共端，連線方便。 方案二：三相橋式全控整流電路目前

5、在各種整流電路中，應用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖b)所示，習慣將其中陰極連接在一起的三個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽極組。 b) 三相橋式全控整流電路綜合上述，比較兩電路結構的優缺點，本設計采用三相橋式全控整流電路作為主電路更有實際應用價值。下面分別分析接電阻負載和接阻感負載的三相全控橋式整流電路。第二章 電力電子技術發展趨勢電力電子技術是電工技術中的新技術，是電力與電子技術(強電和弱電技術)的融合，已在國民經濟中發揮著巨大用，對未來輸電系統性能將產生巨大影響。電力電子技術在電力系統中的應用涉及到

6、提高輸電能力、改善電能質量、提高電網運行穩定性、可靠性、控制的靈活性及降低損耗等重大問題。而作為國家能源戰略的一部分，新能源發電在電力系統中的發電比重已日益增加，而風力發電無疑是其中的一顆耀眼的新星。風力發電是所有低碳新能源中最具開發條件，商業化發展前和潛力最大的的發電方式之一。由于其清潔無污染、施工周期短、投資靈活、占地少，具有良好的社會效應和經濟效益，已受到世界各國政府的高度重視。然而隨著風力發電技術的發展和應用推廣，對風力發電的效率和電能質量的要求越來越高，而應用電力電子技術和控制技術則是實現這些目標的最有效的手段。第三章 三相橋式全控整流電路電阻性負載3.1三相橋式整流電路三相橋式整流

7、電路是由三相半波可控整流電路演變而來的，它可看做是三相半波共陰極接法（VT1、VT3、VT5）和三相半波共陽極接法（VT4、VT6、VT2）的串聯組合，(1)所示。圖1 三相橋式全控整流電路3.2電阻性負載工作原理接電阻負載的三相全控橋式整流電路如圖（1）所示。三相全控整流電路中共陰極接法（VT1,VT3,VT5）和共陽極接法（VT4,VT6,VT2）的控制角分別與三相半波可控整流電路共陰極接法和共陽極接法相同。在一個周期內，晶閘管的導通順序為VT1,VT2,VT3,VT4,VT5,VT6。下面首先分析=0時電路的工作情況。如圖（2）所示，將一周期相電壓分為6個區間：第段：在t1t2區間，a相

8、電壓最高，VT1被觸發導通，b相電壓最低，VT6被觸發導通，加在負載上的輸出電壓ud=ua-ub=uab。第段：在t2t3區間，a相電壓最高，VT1被觸發導通，c相電壓最低，VT2被觸發導通，加在負載上的輸出電壓ud=ua-uc=uac。第段：在t3t4區間，b相電壓最高，VT3被觸發導通，c相電壓最低VT2被觸發導通，加在負載上的輸出電壓ud=ub-uc=ubc。依此類推，可得到如表所示的情況，工作波形如圖（2）所示。圖2 三相橋式全控整流電路帶電阻負載=0時的波形表1 三相橋式全控整流電路晶閘管導通狀態表時段輸出電壓uab。uacubcubaucaucb導通晶閘管VT6,VT1VT1,VT

9、2VT2,VT3VT3,VT4VT4,VT5VT5,VT6當0時,晶閘管不在自然換相點換相,而是從自然換相點后移角度開始換相,工作過程與=0基本相同。電阻性負載60時的ud波形連續，60時ud波形斷續。=60和=90時的波形如圖3和圖4所示。可以看出，當=120時，輸出電壓Ud=0，因此三相全控橋式整流電路電阻性負載移向范圍為0120。可以看出，晶閘管元件兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值UFM=URM=23U2=2.45U2。圖3三相橋式全控整流電路帶電阻負載=60時的波形圖4三相橋式全控整流電路帶電阻負載=90時的波形3.3電阻性負載參數計算由于=60是輸出電壓Ud波形連續和

10、斷續的分界點，輸出電壓平均值應分為兩種情況計算。（1） 當60時Ud=133+23+23U2sintd(t)=2.34U2cos=1.35U2Lcos當=0時，Ud=Udo=2.34U2。（2） 當60時 Ud=133+32U2sintd(t)=2.34U21+cos(3+)當=120時，Ud=0。第四章 三相橋式全控整流電路電感性負載4.1電感性負載工作原理 當60時，電感性負載的工作情況與電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區別在于：由于電感負載的存在，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流id波形不同。由于電感的作用，使得負載

11、電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。=0時的波形如圖所示。圖5 三相橋式全控整流電路電感性負載=0時的波形 當60時，電感性負載時的工作情況與電阻負載時不同。電阻負載時，ud波形不會出現負的部分，波形斷續；而電感性負載時，由于負載電感感應電動勢的作用，ud波形不會出現負的部分。如圖6所示為帶電感性負載=90時的波形。可以看出=90時，ud波形上下不對稱，平均值為零，因此，帶電感性負載三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90。圖6三相橋式全控整流電路電感性負載=90時的波形4.2電感性負載參數計算（1） 輸出電壓平均值由于ud波形是連續的，所以輸出電壓平均值的表

12、達式為Ud=133+6U2sintd(t)=2.34U2cos=1.35U2Lcos當=0時，Udo=2.34U2。（2） 輸出電流平均值Id=1R2.34U2cos（3） 晶閘管電流平均值IdT=13Id（4） 晶閘管電流有效值IT=13Id=0.577Id（5） 晶閘管額定電流IT（AV）=IT1.57（1.52）=0.368Id（1.52）分析接電阻負載和接阻感負載的三相全控橋式整流電路目的？結論？。第五章 保護電路的設計5.1 晶閘管的過電壓保護晶閘管的過電壓能力較差，當它承受超過反向擊穿電壓時，會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅使電路工作

13、失常，且多次硬開關也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現的過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護措施。對于晶閘管的過電壓保護可參考主電路的過電壓保護，我們使用阻容保護，電路圖如圖7所示圖75.2 晶閘管的過電流保護常見的過電流保護有：快速熔斷器保護，過電流繼電器保護，直流快速開關過電流保護。快速熔斷器保護是最有效的保護措施；過電流繼電器保護中過電流繼電器開關時間長（只有在短路電流不大時才有用；直流快速開關過電流保護功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔斷器保護，電路圖如圖8所示圖8第六章 MATLAB的仿真6.1 MATLAB仿真軟件的簡介MATLAB是美國MathWor

14、ks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數學軟件。它在數學類科技應用軟件中在數值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創建用戶界面、連matlab開發工作界面接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信

15、號檢測、金融建模設計與分析等領域。6.2 建立仿真模型（1） 電阻性負載根據原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，如圖9所示圖9設置觸發脈沖分別為0、60、90，相應波形分別如圖所示，在波形圖中第一列波為負載電流波形，第二列波為流過負載電壓波形，第三列波為三相電源電壓波形，第四列波為負載電壓波形和三相電源電壓波形。（2）電感性負載根據原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，如圖10所示圖10設置觸發脈沖分別為0、60、90，相應波形分別如圖所示，在波形圖中第一列波為負載電流波形，第二列波為流過負載電壓波形，第三列波為三相電源電壓波形，第四列波為負載電壓波形和三相電源電壓波形。仿真

16、后的結論？第七章 心得與體會時光匆匆而過，兩周的時間轉瞬即逝。原本以為會比較輕松的設計任務卻讓我覺得有點措手不及。雖然困難重重，但是在遇到的各種各樣的問題中，我學會了耐心，學會了堅持，也學會了以前掌握得不太牢固的知識，收獲頗豐。在這次電力電子技術課程設計中，我們小組的設計題目是整流電路。設計的時候并不是特別順利，MATLAB的使用對于我這樣從來沒有操作過的學生還是有一定的難度的。經過我們大家集體的討論過后，我們還是把最終的電路圖拿出來了。這讓我充分體會到團隊的力量，團結才能讓大家把事情干好。一個人的力量始終太渺小，集思廣益才能讓我們進步得更快，讓學到更多的知識。在操作的過程中，我們經常會因為一個小的失誤，比如元件選錯，有些地方的線接錯等等問題而讓示波器里的波形無法顯示。由于不細心的地方太多，當時甚至有過要放棄的念頭。但是我堅持了下來，當最終看到成果的時候，我覺得這一切都是值得的。記得汪中求說過細節決定成敗。以前感觸不深，沒有注意太多的細節。但是我現在明白了，對于科學我們就應該保持嚴謹的態度。由于許多細節都沒有注意，老是求快，想早點完成設計，最終導致了很多次的失敗。好在最終擺正了心態，細心檢查之后，波形圖終于出來。電力電子技術課程設計，不僅讓我們的知識更加牢固，還讓我意識到我們所學的知識可以與生活緊密的聯系起來。這讓我對自己有了更