1、 學院：電信工程學院 班級：電氣工程及其自動化（2）班 姓名：陳建龍 學號：09230220 指導老師 ：楊巧玲摘要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、直流信號以及觸發信號，同時包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規電路分析方法顯得相當繁瑣，高壓情況下實驗也難順利進行。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，并且立即可得到任意的仿真結果，直觀性強，進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行建模，對不同控制角、故障情況下進行了仿真分析，既進一

2、步加深了三相半波整流電路的理論，同時也為現代電力電子實驗教學奠定良好的實驗基礎。關鍵詞: 三相半波整流電路、晶閘管、MATLAB仿真 目錄第1章 設計任務與設計要求.4 1、設計任務.4 2、設計要求.5第2章 方案設計.6第3章 系統設計.7 1、主電路設計.7 2、控制電路設計.9 3、保護電路設計.12第4章 系統參數計算.16 1、主電路參數計算.16 2、保護電路參數計算.17第5章 系統仿真.19 1、仿真電路.19 2、仿真參數.19 3、仿真波形.20設計體會.29參考文獻.30第一章、設計任務及要求一、設計題目三相半波整流電路的負載分析。二、設計目標及技術要求掌握三相半波整流

3、電路的工作原理和分析方法，設計三相半波可控整流電路；利用MATLAB中的Simulink對三相半波整流電路進行建模，調整負載、觸發角等參數進行系統仿真，輸出相關波形并分析實驗結果。三、給定仿真或實驗條件晶閘管三相半波整流電路，參數要求：電網頻率 f=50Hz電網額定電壓 U=380v負載性質：電阻（10）電阻（10）、電感（10mH）。四、具體設計過程要求（1）了解整流和觸發電路的基本原理。（2）掌握三相半波可控整流電路的工作原理和設計方法，制定三相半波可控整流電路的設計方案。（3）根據設計要求，選擇合適的器件，組建整流主回路、控制回路。（4）設計驅動電路、保護回路，并計算各器件參數。（5）對

4、系統進行建模、仿真，改變負載性質和負載大小，觀察、繪制輸出波形，并分析實驗結果。五、仿真、實驗結果分析要求等（1）熟悉matlab/simulink/power system中的仿真模塊用法及功能；（2）根據設計電路搭建仿真模型；（3）設置不同負載參數并進行仿真；（4）繪制不同觸發角時對應的電壓電流波形。六、設計的心得體會要求等附主要參考書目1、三相半波可控整流電路的負載分析第二章、設計方案單相可控整流電路結構簡單，對觸發電路要求較低，但其輸出直流脈動大，對電網屬于非對稱負載，因此，一般只用于中小容量的場合。如果負載容量較大，或要求輸出之脈動較小時，應采用三相可控整流電路或多路整流電路，即變壓

5、器的一次側是三相的，而二次側是三相或多項的。這樣一方面對電網來講屬于對稱負載，另一方面可以在直流輸出端得到多脈波電路，可以顯著改善裝置或系統的性能。本設計按要求用三相半波整流電路。按控制要求，要實現負載電壓連續可調，可利用相控整流電路原理，把控制信號的大小轉化為整流電流中各晶閘管的門極觸發角，用以控制晶閘管在一個周期中導通的起始時刻，從而實現對整流電路輸出電壓平均值的控制。整體設計方案如圖2-1所示。 電源 三相半波整流電路 負載 觸觸 同步電路 發發 信模 集成觸發 號塊 圖2-1 總體框架第三章、系統設計一、主電路三相半波可控整流電路如圖3-1所示。為得到零線，變壓器二次側必須接成星形，而

6、一次側接成三角形，避免3次諧波電流流人電網。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，它們的陰極連接在一起，稱為共陰極接法，這種接法觸發電路有公共端，連線方便。圖3-1 三相半波可控整流電路阻感性負載 如圖3-2，在wt1、wt3、wt5出對應著自然換相點，對該三相半波可控整流電路而言，這三個自然換相點是其對應的晶閘管觸發導通的最早時刻，即自然換向點就是個晶閘管觸發角a 的起點（a=0的點，對應wt1=/6、wt3=5/6、wt5=3/2）。 U2 Ua Ub Uc Wt1 wt3 wt5 wt 圖3-2 二次側電壓波形 如圖3-1為三相半波整流電路帶阻感性負載時的電路及波形，假設電感足夠大，負載

7、保持連續且基本平直（近似為一條直線），電路已處于穩態。當a /6時，電路工作波形與電阻負載一樣，負載電流均連續；當a > /6時，如果負載電感足夠大，電感儲能足夠大，電感儲能足以使晶閘管在U2過零變負以后仍然維持導通，直到下一相的晶閘管觸發導通，才發生換流，也就是說，在a > /6時，由于電感的作用，仍然能使各相的晶閘管觸發導通2/3，從而保證電流的連續，在這種情況下，Ud的波形中會出現負的部分，隨著a 的增大，Ud的波形中負的部分增多，至a=/2時，Ud波形中正負部分的面積相等，相當于Ud的平均值為零。可見，阻感負載時觸發角a的移向范圍為0-/2。基本數量關系：1） 整流輸出電壓

8、平均值Ud為當a=0時，Ud=1.17U2，當a=/2時，Ud=0，可見觸發角a的移向范圍為0-/2。2） 整流輸出電壓有效值U為3） 整流輸出電路平均值Id=Ud/R,流過每個晶閘管電流的平均值Idvt=Id/3。4） 流過變壓器二次繞組的電流也就是流過晶閘管的電流，其有效值為：二、控制電路設計要實現負載電壓在0-510V之間連續可調，可利用相控整流電路的基本原理，把控制信號的大小轉化為整流電流中個晶閘管的門極觸發角，用以控制晶閘管在一個周期中導通的起始時刻，從而實現對整流電路輸出電壓平均值的控制。移向控制電路就是用來產生前沿相位受控于控制設定信號幅值的脈沖信號，并按主電路結構形式為各晶閘管

9、分配合適的脈沖，這些脈沖經驅動后作為晶閘管的門極驅動信號，這樣只要改變設定信號幅值就能控制門極觸發脈沖發出時刻的相位，從而實現對整流電路輸出電壓平均值的調控。圖3-2 相控整流裝置系統結構 門 極 控 移相 驅 制 控制 動 整流器主 負 設 電路 與 電路 載 定 隔 離 電 路 圖3-2 相控整流裝置系統結構圖3-3為典型移相控制電路系統結構 移 相 控制設定 脈 脈沖 門 沖 整形 極 形 與分 驅 同步信號 成 配環 動 環 節 節 圖3-3 典型移相控制電路系統結構圖圖3-3所示為一典型的脈沖形成原理圖0 Usy 0 Up a0Ug圖3-3 典型的脈沖形成原理圖對三相半波可控整流電路

10、,每個周期需要3個觸發脈沖, 以便在每個周期相同的時間間隔中,VTH1 ,VTH2 ,VTH3 輪流導通。本設計采用集成觸發芯片KJ004，設計電路如圖3-4所示。對于三相半控整流電路，需要三組這樣的觸發脈沖即可。同步信號 KJ004 8 16 +15v 7 12-15v 5 11+15v 3 4 1-15v 9 圖3-4 KJ004觸發電路如圖3-5為直流供電電路：圖3-5 直流供電電路三、保護電路（1）過電流保護：可控硅允許的過電流能力較差，既是在短時間流過的短路電流或過載的電流很小時，如不及時的切除，就會損壞可控硅元件，因此，除了在選擇是留有充分裕量外，還需采取恰當的保護措施。保護措施有

11、：自動開關保護；快速熔斷器保護。圖3-4為可控硅快速熔斷器保護 圖3-4 可控硅快速熔斷器保護（2）過電壓保護：過電壓有操作過電壓和浪涌過電壓兩種。操作過電壓是由于變壓器合閘、拉閘以及可控硅本身關斷所引起的，浪涌過電壓是由于雷擊等原因，從電網侵入的偶然性過電壓，可控硅元件承受過電壓能力也是較差的，發生過電壓時，也會是元件損傷，因此必須采取有效措施。a 、交流側過電壓保護阻容吸收裝置變壓器拉閘時，由于磁通突然的減少，在副極繞組中產生一個很高的瞬變電壓，嚴重時其峰值電壓可達正常值的8-10倍，采用阻容吸收裝置可將過電壓降低到正常的1.25倍。 圖3-5 過電壓保護b 、直流側過電壓保護直流側過電壓

12、是由于快速熔斷器熔斷時整流變壓器儲能的釋放和平波電抗器的儲能的釋放引起的。1） 、操作過電壓保護當快速熔斷器切斷過載電流時，由整流變壓器儲能釋放所產生的過電壓，雖然交流側吸收裝置可以吸收一部分，但變壓器過載比空載的儲能大，因此還會有一部分能量通過導通的可控硅反映到直流側來，一般大、中容量的可控硅整流裝置均采用阻容吸收裝置保護。2）、浪涌過電壓保護由于電網受到雷擊或高于電源電壓的浪涌電壓侵入直流側，而阻容吸收裝置不一定能完全吸收，因而設置壓敏電阻作浪涌過電壓的保護。 圖3-6 直流側阻容吸收裝置c 、可控硅關斷過電壓保護可控硅正向導通關斷時，由于空穴積蓄效應，使可控硅反向阻斷能力的恢復需要一段時

13、間，在這段時間里可控硅元件流過反向電流，此反向電流接近終止時很大，與線路電感共同作用產生過電壓可是元件擊穿，所以必須采用保護措施，一般可在可控硅元件兩端并聯阻容吸收裝置。 圖3-7 可控硅關斷過電壓保護第三章、電路參數計算一、主電路參數計算1、整流變壓器參數計算按要求U2=380當a=0時，Ud取得最大值 Ud= 取負載電阻R=100，則負載電流二次側電流，有效值整流變壓器容量為 P=3U2I2=3*435.9*0.29=379.2VA 取P=380VA整流變壓器參數如下： 相數 三相 接法 /Y-11 容量 380VA 原級電壓 380V 2、 晶閘管參數計算晶閘管額定正向平均電流計算 It

14、=(0.5-0.8)Id=(0.5-0.8)*2*0.51=(0.51-0.816)A 晶閘管正反向峰值電壓計算Vf=Vr=(5-8)U2=(2179.5-3487.2)V二、保護電路計算 （1）、快速熔斷器參數計算Ikr5/6*1.57It=5/6*1.57*0.816=1A 則應選額定電壓為500V，額定電流為2A的熔斷器。 （2）、交流側變壓器原級阻容吸收裝置參數計算變壓器每相VA數為： 阻容保護采用三角形接線，則電容C1為 C1 電阻R1為 （3）、交流側變壓器副級阻容吸收裝置參數計算阻容吸收裝置采用三角形接法 電容C2為電阻R2為取R2=1400 （4）、直流側阻容吸收裝置參數計算

15、電容C3為 電阻R3為 （5）、浪涌過電壓保護裝置參數計算 壓敏電阻計算 (6)、晶閘管關斷過電壓保護電容C4=（2-4）It*0.001=1-2F 電阻R4取10第五章、電路Matlab/Simulink仿真一 、仿真電路三相半波整流電路Matlab/Simulink電路如圖5-1所示： 圖5-1 三相半波整流電路Matlab/Simulink電路二、仿真參數1、 電源參數設置三相電源a、b、c電壓設為220V，頻率設為50Hz，相角依次設為0、240、120。2、 觸發脈沖參數設置 三相觸發脈沖G1、G2、G3的觸發角設置通過公式M=(/6+)/2*0.02，計算設定，其中a的范圍為0-/

16、2，G1、G2、G3觸發角互差120度。觸發脈沖的幅值設置為5，脈沖寬度設置為5，脈沖周期設置為0.02s。3、 負載參數設置通過仿真發現負載電阻和電感的值決定著負載電流和電壓的大小和波形，電感太大二次側電流波形毛刺多，負載流電流幾乎平直，但電流上升速度慢，電感太小負載電流波形不平滑，甚至不連續，但上升速度快，相反電阻太大輸出電流波形不平滑但上升速度快，電阻太小輸出電流波形平滑，但上升速度慢。實驗波形如下圖所示：（1）、電阻R=100 不變，電感L=1或0.001變化時的波形比較： 1）、負載R=100 圖5-2 負載為R=100 L=1e-3 a = 時的波形 圖5-3 負載為R=100 L

17、=1 a = 時的波形 圖5-4 負載為R=100 L=1e-3 a =30時的波形 圖5-5負載為R=100 L=1 a =30時的波形 圖5-6 負載為R=100 L=1e-3 a =60時的波形 圖5-7負載為R=100 L=1 a =60時的波形 圖5-8 負載為R=100 L=1e-3 a =90時的波形 圖5-9 負載為R=100 L=1 a =90時的波形 （2）電感為L=10 R=100或1000變化時的波形比較 圖5-10負載為L=10 R=100 a =0時的波形 圖5-11負載為L=10 R=1000 a =0時的波形 圖5-12 負載為L=10 R=100 a =30時

18、的波形 圖5-13 負載為L=10 R=1000 a =30時的波形 圖5-14 負載為L=10 R=100 a =60時的波形 圖5-15 負載為L=10 R=1000 a =60時的波形 圖5-16 負載為L=10 R=100 a =90時的波形 圖5-17 負載為L=10 R=1000 a =90時的波形 由以上波形可以看出：a30°時，整流電壓波形與電阻負載時相同。因為兩種負載情況下，負載電流均連續。a >30°時，當U2過零時，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1繼續導通，直到下一相晶閘管VT2的觸發脈沖到來，才發生換流，由VT2導通向負載供電，同時向V

19、T1施加反壓使其關斷。這種情況下Ud波形中出現負的部分0 。若a繼續增大，Ud波形中負的部分將增多，至a=90°。負載電流波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將負載電流波形近似為一條水平線。阻感負載時的移相范圍為90°。設計體會這次電力電子技術課程設計，讓我們有機會將課堂上所學的理論知識運用到實際中。并通過對知識的綜合利用，進行必要的分析，比較。從而進一步驗證了所學的理論知識。指導我們在以后的學習，多動腦的同時，要善于自己去發現并解決問題。這次的課程設計，還讓我知道了最重要的是心態，在你拿到題目時會覺得困難，但是只要充滿信心，就肯定會完成的。通過電力電子技術課程設計，我加深了對課本專業知識的理解，平常都是理論知識的學習，在此次課程設計中，真正做到了自己查閱資料、完成一個基本的設計任務。在此次的設計過程中，我更進一步地熟悉了三相半波整流電路的原理及MATLAB仿真電路的設計。當然，在這個過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準確地找出錯誤所在并及時糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實踐能力有了進一步的提高，讓我對以后的工作學習有了更大的信心。通過這次課程設計使我懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的