電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院The Engineering&Technical College of Chengdu University of Technology電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名 學(xué) 號(hào) 年 級(jí) 專 業(yè) 系（院） 指導(dǎo)教師 三相半波整流電路的設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)意義及要求1.1設(shè)計(jì)意義整流電路是出現(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，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。1.2初始條件 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：，。1.3要求完成的主要任務(wù)1）方案設(shè)計(jì)2）完成主電路的原理分析3）觸發(fā)電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)4）利用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5）撰寫設(shè)計(jì)說明書2方案設(shè)計(jì)分析本文主要完成三相半波整流電路的設(shè)計(jì)，通過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。分析采用三相半波整流電路反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載電路，如圖1所示。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。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。3主電路原理分析及主要元器件選擇3.1主電路原理分析主電路理論圖如圖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)角的起點(diǎn)，即。，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。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。增大值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)的發(fā)生變化。設(shè)變壓器二次側(cè)電壓有效值為，則相電壓交點(diǎn)處的電壓為。若反電動(dòng)勢(shì)小于時(shí)，整流電路相當(dāng)于工作在阻感負(fù)載情況下（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）。根據(jù)任務(wù)書所給電機(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。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。圖2 觸發(fā)角為0時(shí)的波形觸發(fā)角較小時(shí)，在觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)交流電壓還沒有達(dá)到，晶閘管不導(dǎo)通，到以后在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通；換相后關(guān)斷，在導(dǎo)通期間，；導(dǎo)通期間，。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，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。圖3 觸發(fā)角為60時(shí)的波形觸發(fā)角為當(dāng)60時(shí)，當(dāng)過零時(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，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 波形中負(fù)的部分將增多，至 波形中正負(fù)面積相等，的平均值為零。由此可見阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90。由于負(fù)載電流連續(xù)，可由式（3-1）求出，即 (3-1) 與成余弦關(guān)系，如圖4中曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，則當(dāng)后，與電感量足夠大的情況相比較，中負(fù)的部分可能減少，整流電壓平均值略為增加，與的關(guān)系將介于圖4中的曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個(gè)例子。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 （3-2）由此晶閘管的額定電流IVT(AV)可由式（3-3）求出，即 （3-3）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電壓峰值，即 （3-4） 圖4 三相半波可控整流電路與的關(guān)系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。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，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。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。3.2主要元器件選擇設(shè)變壓器原邊電壓，副邊電壓，根據(jù)要求電機(jī)的額定電壓為，由三相半波整流電路的工作原理知，故可得。即當(dāng)觸發(fā)角為31.3時(shí)，三相半波整流電路輸出的電壓即為電機(jī)的額定電壓。1）變壓器參數(shù)選擇：如圖1所示，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)。變壓器采用三角形星形連接，一次側(cè)二次側(cè)變比。電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電流故可知， 故得變壓器原邊電壓為，副邊電壓為，容量。2）晶閘管參數(shù)選擇：電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，。由式（3-4）知晶閘管峰值電壓,晶閘管電流安全裕量需是額定值的倍,故，由式（3-2）知晶閘管電流有效值,晶閘管電流安全裕量需是額定值的倍，故。故晶閘管的電壓范圍，電流范圍。3）平波電抗器參數(shù)選擇：電抗值可由得到，為最小電流，即電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電流，此時(shí)可得進(jìn)而得到4觸發(fā)電路與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)4.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 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)。圖5 三相半波整流電路觸發(fā)電路4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子電路中保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。過電壓保護(hù)一般采用RC過電壓抑制電路，RC過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)。過電流保護(hù)分為過載和短路兩種情況，一般過電流保護(hù)措施常采用快速熔斷器、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)過載保護(hù)熔斷器，如圖6所示。圖6 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)5通過MATLAB仿真MATLAB仿真電路圖如圖7所示。圖7 三相半波整流電路MATLAB仿真圖設(shè)置三相交流電壓為，觸發(fā)角為31.3，電抗值為，反電動(dòng)勢(shì)為。得到仿真波形如圖8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。圖8 MATLAB仿真波形圖所得波形基本與理論分析相符，觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)，電壓已經(jīng)達(dá)到，在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通；換相后關(guān)斷，在導(dǎo)通期間，；導(dǎo)通期間，。心得體會(huì)通過本次課程設(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)。本次課程設(shè)計(jì)中主要還是通過查閱課本、圖書館相關(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)的幫助下設(shè)計(jì)出了電路，通過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，比如KJ004，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。設(shè)計(jì)過程中不僅要參考書本上知識(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。完成了本次課程設(shè)計(jì)，有種如釋重負(fù)的感覺，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，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)做出更好的作品。參考文獻(xiàn)1 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，200