三相桥式整流设计正文.docx

第1章绪论1.1设计目的1、熟悉matlab/simulink/power system中的仿真模块用法及功能;2、根据设计电路搭建仿真模型；3、设置参数并进行仿真4、给出不同触发角时对应电压电流的波形；5、能够按照要求独立完成课程设计部分；6、学会查阅技术手册和文献资料，撰写课程设计论文。1.2设计任务1、制定设计方案；2、主电路设计及主电路元件选择；3、驱动电路和保护电路设计及参数计算；器件选择；4、绘制电路原理图；5、总体电路原理图及其说明。1.3设计要求1、熟悉matlab/simulink/power system中的仿真模块用法及功能;2、根据设计电路搭建仿真模型；3、设置参数并进行仿真；4、给出不同触发角时对应电压电流的波形；第2章电路设计2.1方案分析与选择单相可控电路与三相可控电路相比，有结构简单，输出脉动大，脉动频率低的特点， 但其不适于容量要求高的情况，而三相可控整流电路有与之基本相反的特点，对于相当 于反电动势负载的电动机来说，它能满足其电流容量较大，电流脉动小且连续不断的要 求。对于容量为高容量的电机，应选用三相可控整流电路整流。三相桥式整流电压的脉 动频率比三相半波高一倍，所需平波电抗器的电感量也减小约一半。三相半波虽具有接 线简单的特点，但由于其只采用三个晶闸管，所以晶闸管承受的反向峰值电压较高，并 且电流是单方向的，存在直流磁化问题。三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电 压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。 在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过12kw的电源，这 时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。另外由于三相半 波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较 少。而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。虽然三相桥式全控 整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的 输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。在实 际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。当功率超过4KW时，考虑 到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。2.2电阻负载原理介绍目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式整流电路，其原理图如图2-1 所示，其中阴极连接在一起的三个晶闸管（叫、VT . V"）称为共阴极组；阳极连接 在一起的三个晶闸管（VT、VT、VT）称为共阳极组。晶闸管按从1至6的顺序导通。462为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管 分别为VT、VT、VT，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT、1354VT > VT2。晶闸管导通顺序为 VT1 - VT- VT-VT- VT- VT o其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因 此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同 时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于兀/3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大， 易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔兀/3换相一次，换相过 程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方 法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT -VT -VT -VT -VT -VT ；共阴极组 123456VT，VT，VT的脉冲依次相差2兀/3 ；同一相的上下两个桥臂，即VT和VT，VT和VT， 1351436VT5和VT2的脉冲相差兀，给分析带来了方便；当a=0时，输出电压Ud 一周期内的波 形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波 电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电 路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。vt4 VT. d2vrT vt5 dtZ 图2-1三相桥式全控整流电路原理图当a< 60。，U d波形连续，对于电阻负载，七波形与U d波形的形状一样，也连续。当a> 60。，Ud与id波形一致，但是不连续，且Ud波形不能出现负值。2.3阻感负载原理介绍图2-2带电感三相桥式全控整流电路原理图当« < 60。，Ud波形连续，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感 足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。当a> 60。，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时Ud波形不会出 现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，波形会出现负的部分。带阻感负载时， 三相桥式全控整流电路的a角移相范围为0。 90。第3章电路仿真分析3.1元件选择表3-1元件清单兀器件名称数量三相交流电源1个6脉冲发生器1个晶闸管6个三相电源-电流测量单元5个RLC负载1个触发角设定2个根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink内的模块建立仿真模型如图 2所示，设置三个交流电压源Va，Vb，Vc相位角依次相差120°，得到整流桥的三相电 源。用6个晶闸管构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6脉冲触发器产生整 流桥的触发脉冲，且从上到下分别给16号晶闸管触发脉冲。>n3吃洋旋三母Bscce图3-1三相桥式全控整流电路仿真模型3. 2仿真参数的设置(1)带电阻负载的仿真参数设置1. 电源参数设置：三相电源的电压峰值为220VX J2 ,可表示为“220*sqrt (2) ” ,频率为50Hz，相位分别为0、-120°、-240°，如图所示。图3-2三相电源Ua参数设置图3-3三相电源Ub参数设置图3-4三相电源Uc参数设置2.三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。3.6脉冲发生器设置：频率为50Hz，脉冲宽度取1°,取双脉冲触发方式。图3-5 6脉冲发生器参数设置4.触发角设置：将触发角设置为0°、60°、120°。5.采用变步长算法ode23tb(stiff/TR. BDF2)，起始结束时间:0.25s。图3-6起始时间参数设置6. 负载可以根据需要设成纯电阻、纯电感、阻感等，本次仿真中电阻负载R=10。 (2)带阻感负载的仿真参数设置1. 电源参数设置：三相电源的电压峰值为220VX f'2 ,可表示为“220*sqrt (2) ”， 频率为50Hz，相位分别为0、-120°、-240°。2. 三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。3.6脉冲发生器设置：频率为50Hz，脉冲宽度取1°,取双脉冲触发方式。4. 触发角设置：将触发角设置为0°、60°、120°。5. 采用变步长算法 ode23tb(stiff / TR. BDF2)。6. 负载可以根据需要设成纯电阻、纯电感、阻感等，本次仿真中阻感负载R=10。， L=300H 。7. 起始结束时间：0.05s。3.3仿真结果及波形分析(1)带电阻负载的仿真结果及波形分析图3-7为三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 0。时的波形。Ud波形连续，为相 电压在正半周的包络线。负载电流id波形与电压波形一致。图3-7三相桥式全控整流电路带电阻负载a = 0。时的波形图3-8为三相桥式全控整流电路带电阻负载a= 60。时的波形。Ud波形连续，为相 电压在正半周的包络线。负载电流id波形与电压波形一致。图3-8三相桥式全控整流电路带电阻负载a = 60。时的波形图3-9为三相桥式全控整流电路带电阻负载a =120。时的波形。Ud不连续，负载电流 id波形与电压波形一致。图3-9三相桥式全控整流电路带电阻负载a = 120。时的波形(2)带阻感负载的仿真结果及波形分析图3-10为三相桥式全控整流电路带阻感负载a= 0。时的波形。Ud波形连续，为相 电压在正半周的包络线。由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，id近似一条直 线。图3-10三相桥式全控整流电路带电感负载a = 0。时的波形图3-11为三相桥式全控整流电路带阻感负载a= 60。时的波形。Ud波形连续，为 相电压在正半周的包络线。由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，id近似一条 直线。图3-11三相桥式全控整流电路带电感负载a = 60。时的波形图3-12为三相桥式全控整流电路带阻感负载a =120。时的波形。气波形出现负值。 由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，id近似一条直线。图3-12三相桥式全控整流电路带电感负载a = 120。时的波形结论通过翻阅资料结合实际学习的知识，绘制了三相桥式全控整流电流的MATLB仿真 图。分别设置了三相桥式整流电路带电阻电路和三相桥式整流电路带阻感电路的参数。 对三相桥式整流电路带电阻和带阻感波形进行了绘制。从0°、60°、120°等不同的 角度对波形进行分析。带电阻负载的波形当a< 60。，Ud波形连续，id波形与Ud波形的 形状一样，也连续。当a > 60。，Ud与七波形一致，但是不连续，且Ud波形不能出现负 值。而对于带阻感负载时，当a< 60。，Ud波形连续，由于电感的作用，使得负载电流 波形变得平直，负载电流的波形可近似为一条水平线。当a> 60。，阻感负载由于电感L 的作用，波形会出现负的部分。致谢设计暂告收尾，这也意味着我在这学期学习生活既将结束。能在才华横溢的老师们 的熏陶下度过，实是荣幸之至。在这学期的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。 这和曲娜老师、同学们的关心、支持和鼓励是分不开的。写设计是枯燥艰辛而又富有挑战的。在此，我特别要感谢我的指导老师曲娜老师。 从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格 式，从标题到标点，她都费尽心血。谢谢老师的悉心指导。期末设计即将结束，在老师的指导和同学的帮助之下，对于三相桥式整流电路的原 理和应用有了更深刻的认知，对知识有了更深一步的认识。通过设计，我检验了自己这 一学期的所学所知，对自己的能力有了更深的了解。再次感谢所有给与我帮助的老师与 同学，没有他们，我无法顺利的完成设计。参考文献1车子萍.基于MATLAB的虚拟信号发生设备.电脑学习20102叶青娣.基于Mat lab 7.0的三种仿真方法研究.计算机与现代化.20103郭文彬，桑林编.通信原理一基于MATLAB的计算机仿真.北京邮电大学出版社.20064张昊.语音数字信号增强处理及其Mat lab实现.通信技术.20095黄永安，马路，刘慧敏编著.MATLAB7.0/simulink6.0建模仿真与高级工程应用.清华大学出版社.20056周祥才，杨铮.基于MATLAB的信号采样与重构的实现.实验技术与管理.20077潘湘高.基于MATLAB的电力电子电路建模仿真方法的研究.计算机仿真，第20卷 第5期.8薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2002.9洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.北京：机械工业出版社，2007.10贺益康，潘再平.电力电子技术基础.浙江：浙江大学出版社，2003.11李维波.MATLAB在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社，2007.12 郑亚民，蒋保臣.基于Matlab/Simulink的整流滤波电路的建模与仿真Jl.电子技术，2002