电力电子技术课程设计说明书
三相桥式全控整流电路
系 部: 电气信息工程系
专 业: 动化
目录
第1章 绪 1
1 电子技术发展趋势 1
2 工作 3
第2章 电路设计原理 3
1 总体框图 3
2 电路设计原理 4
21带电阻负载时 5
22阻感负载时 7
3 触发电路 9
4 保护电路 10
5 参数计算 11
51 整流变压器选择 11
52 晶闸选择 11
53 输出定量分析 12
第3章 MATLAB仿真 13
1 MATLAB仿真软件简介 13
2 仿真模拟图 14
3 仿真结果 14
第4章 结束语 16
参考文献 17
第1章 绪
1 电子技术发展趋势
世界源消耗增长十分迅速目前源中电力源约占40电力源中40电力电子设备转换者手中预计十年电力源中80电力电子设备转换电力电子技术21世纪起更作
电力电子技术利电力电子器件电进行控制转换学科包括电力电子器件变流电路控制电路三部分电力电子控制三电气工程技术领域间交叉学科着科学技术发展电力电子技术现代控制理材料科学电机工程微电子技术等许领域密切相关已逐步发展成门学科相互渗透综合性技术学科
电力电子技术作门高技术学科节减环境污染改善工作条件等方面着重作现已广泛应传统工业(例:电力机械交通化工冶金轻纺等)高新技术产业(例:航天现代化通信等)面着重讨电力电子技术电力系统中应
高压直流输电(HVDC)方面应
直流输电技术方面许优点:(1)存系统稳定问题实现电网非期互联(2)限制短路电流(3)没电容充电电流(4)线路功损耗(5)输送相功率时线路造价低(6)调节速度快运行(7)适宜海输电着功率电子器件(:关断晶闸MOS控制晶闸绝缘门极双极性三极等)开断力断提高新功率电力电子器件出现投入应高压直流输电设备性必进步改善设备结构简化减少换流站占面积降低工程造价
柔性交流输电系统(FACTS)中应
20世纪80年代中期美国电力科学研究院(EPRI)NGHingorani博士首次提出柔性交流输电技术概念年柔性交流输电技术世界发展迅速已国外权威输电工作者预测确定未输电系统新时代三项支持技术(柔性输电技术先进控制中心技术综合动化技术)现代电力电子技术控制理通讯技术发展FACTS发展提供条件采IGBT等关断器件组成FACTS元件快速滑调节系统参数灵活迅速改变系统潮流分布
电力谐波治理方面应
源滤波治理日益严重电力系统谐波理想方法源滤波器概念早20世纪70年代初提出利控功率半导体器件电网注入原谐波电流幅值相等相位相反电流电源总谐波电流零实现实时补偿谐波电流目着中国电质量治理工作深入开展瞬时功功率理理基础源滤波器进行谐波治理会巨市场潜力
间断电源(UPS)中应
UPS紧急供电系统电力动化系统安全运行根保证计算机通信系统求提供中断场合必须种高高性电源现代UPS普遍采脉宽调制技术功率M0SFETIGBT等现代电力电子器件降低电源噪声提高效率性
电力电子技术已迅速发展成门独立技术学科领域应领域涉国民济工业部门毫疑问成新世纪关键支撑技术电力电子技术拥许微电子技术具特征发展迅速渗透力强生命力旺盛学科相互融合相互发展
2 工作
(1)设计三相桥式全控整流电路
(2)设计电路图进行仿真分析调试输出求值
(3)软件MATLAB 画出设计原理图
(4)完成设计报告
第2章 电路设计原理
1 总体框图
交流源±220V
变压器
触发脉
电路
保护电路
图211 总电路总体框图
2 电路设计原理
三相桥式全控整流电路中阴极组阳极组时进行控制控制角α三相桥式整流电路两组三相半波电路串联整流电压三相半波时两倍显然输出电压相情况三相桥式晶闸求反电压三相半波线路中晶闸低半
分析方便三相全控桥六晶闸触发序123456晶闸样编号:晶闸KP1KP4接a相晶闸KP3KP6接b相晶KP5KP2接c相
晶闸KP1KP3KP5组成阴极组晶闸KP2KP4KP6组成阳极组
搞清楚α变化时晶闸导通规律分析输出波形变化规面研究特殊控制角先分析α0情况然换相点触发换相时情况图1电路接线图
分析方便起见周期等分6段(见图2)
第(1)段期间a相电压高阴极组晶闸KP1触发导通b相电位低供阳极组晶闸KP6触发导通时电流a相KP1流负载KP6流入b相变压器ab两相工作阴极组a相电流正阳极组b相电流负加负载整流电压
uduaubuab
60°进入第(2)段时期时a相电位然高晶闸KPl继续导通c相电位变成低然换相点时触发c相晶闸KP2电流b相换c相KP6承受反电压关断时电流a相流出KPl负载KP2流回电源c相变压器ac两相工作时a相电流正c相电流负负载电压
uduaucuac
60°进入第(3)段时期时b相电位高阴极组然换相点时触发导通晶闸KP3电流a相换b相c相晶闸KP2电位然低继续导通时变压器bc两相工作负载电压
udubucubc
21带电阻负载时
a0°时情况
假设电路中晶闸换做二极惊醒分析阴极组三晶闸阳极接交流电压值导通阳极组三晶闸阴极接交流电压值低导通认识时刻阳极组阴极组中晶闸处导通状态
相电压波形阴极组晶闸导通时Ud1相电压正包络线阳极组导通时Ud2相电压负包络线UdUd1Ud2两者差值线电压正半周包络线直接线电压波形Ud线电压中Ud波形线电压包络线
图221 三项桥式全控整流电路带电阻负载a0时波形
述三相桥式全控整流电路工作程出:
1三相桥式全控整流电路时刻必须两晶闸导通两晶闸阴极组阳极组时导通形成导电回路
2 三相桥式全控整流电路两组三相半波整流电路串联三相半波整流电路样阴极组触发脉求保证晶闸KPlKP3KP5次导通触发脉间相位差应120°阳极组触发脉求保证晶闸KP2KP4KP6次导通触发脉间相位差120°
3阴极晶闸正半周触发阳极组负半周触发接相两晶闸触发脉相位应该相差180°
4 三相桥式全控整流电路隔60°晶闸换流号晶闸换流号晶闸触发触发脉序:1→2→3→4→5→6→1次相邻两脉相位差60°
5电流断续够晶闸次导通必须两组中应导通晶闸时触发脉达目采取两种办法种脉宽度60°(必须120°)般取80°~100°称宽脉触发种触发某号晶闸时时前号晶闸补发脉阴极组阳极组两应导通晶闸触发脉相两窄脉等效代60°宽脉种方法称双脉触发
6整流输出电压负载电压整流输出电压应该两相电压相减波形实际属线电压波头uabuacubcubaucaucb均线电压部分述线电压包络线相电压交点线电压交点角度位置线电压交点样然换相点时出三相桥式全控整流电压周期脉动六次脉动频率6 × 50300赫三相半波时倍
7晶闸承受电压三相桥式整流电路瞬间仅二臂元件导通余四臂元件均承受变化着反电压例第(1)段时期KP1KP6导通时KP3KP4承受反线电压ubaubuaKP2承受反线电压ubcubucKP5承受反线电压ucaucua晶闸受反电压线电压峰值α零增程中样分析出晶闸承受正电压线电压峰值
a60°时情况:
触发角a改变时电路工作情况发生变化wt1角开始周期等分六段段60度VT1处通态120度期间ia正ia波形形状时段Ud波形相VT4处通态120度期间ia波形形状时段Ud波形相负值
a<60°时Ud波形均连续电阻负载id波形Ud波形形状样连续Ud波形60°中段零Ud波形出现负值带电阻负载时三项桥式全控整流电路a角移相范围120°
图222 三相桥式全控整流电路带电阻负载a60度时波形
22阻感负载时
a<60°时Ud波形连续电路工作情况带电阻负载时十分相似晶闸通断情况输出整流电压Ud波形晶闸承受电压波形等样区负载样整流输出电压加负载负载电流id波形电阻负载时id波形Ud波形形状样足感负载时电感作似负载电流波形变直电感足够时候负载电流波形似条水线图223三相桥式全控整流电路带阻感负载a0°时波形
图 223 三相桥式全控整流电路带阻感负载a0°时波形
a>60时阻感负载时工作情况电阻负载时电阻负载时Ud波形会出现负部分阻感负载时电感L作Ud波形会出现负部分图224三相桥式全控整流电路带阻感负载a90°时波形
图 224 三相桥式全控整流电路带阻感负载a90°时波形
3 触发电路
触发脉宽度应保证晶闸开关导通(门极电流应擎柱电流)触发脉应足够幅度超门极电压电流功率触发区域应良抗干扰性温度稳定性电路电气隔离
晶闸控整流电路通控制触发角a控制触发脉起始相位控制输出电压保证相控电路正常工作重应保证触发角a正确时刻电路中晶闸施加效触发脉晶闸相控电路惯称触发电路中功率变流器广泛应晶体触发电路中步信号锯齿波触发电路应性高技术性体积功耗低调试方便晶闸触发电路集成化已逐渐普已逐步取代分立式电路处采集成触发产生触发脉KJ004组成分步锯齿波形成移相脉形成脉分选脉放环节
KJ004触发电路模拟触发电路组成:
3KJ004集成块1KJ041集成块形成六路双脉六晶体进行脉放完整三相全控桥触发电路三相全控桥整流电路集成触发电路图231示
图231 三相全控桥整流电路集成触发电路
4 保护电路
保护设备安全必须设置保护电路设计电路必须晶闸交流侧直流侧进行电路保护设计
1 晶闸电流保护:电流分载短路两种情况采种保护措施晶闸初开通引起较电流升率晶闸阳极回流串联电感进行抑制整流桥部原引起流逆变器负载回路接时采接入熔断器进行保护
图241串联电感熔断器抑制回路
2晶闸电压保护:晶闸电压保护考虑换相电压抑制晶闸元件反阻断力恢复前反电压作流相反恢复电流阻断力恢复时反恢复电流快截止通恢复电流电感会高电流变化率产生电压换相电压元件免受换相电压危害般元件两端联RC电路
图242联RC电阻电容吸收回路
5 参数计算
51 整流变压器选择
系统求知整流变压器二次线电压分380V220V变压器三角形—心形接法知变压器二次侧相电压:
(21)
变化:
变压器次侧二次侧相电流计算公式:
(22)
三相桥式全控中:
(23)
变压器容量分
变压器次级容量:
(24)
变压器初级容量:
(25)
变压器容量:
(26)
:
变压器参数纳:初级绕组三角形接法U1380VI18296A次级绕组星形接法U2127VI224888A容量选择10Kw
52 晶闸选择
1 晶闸额定电压
三相全控桥整流电路波形分析知晶闸正反电压峰值均变压器二次线电压峰值:
(27)
桥臂工作幅值:
考虑欲量额定电压:
2 晶闸额定电流
晶闸电流效值:
(28)
考虑欲量晶闸额定电流:
53 输出定量分析
分析中已说明整流输出电压Ud波形周期脉动六次次脉动波形相计算均值时需脉进行计算外线电压零点时间坐标零点整流输出电压连续时(带阻感负载时带电阻负载a<60°时)均值:
(29)
带电阻负载a>60°时整流电压均值
(210)
输出电流均值:
第3章 MATLAB仿真
1 MATLAB仿真软件简介
Matlab控制系统仿真软件国际控制界公认标准软件1999年春Matlab53版问世Matlab拥更丰富数类型结构更友善面象更加快速精良图形视更广博数学数分析资源更应开发工具特SIMULINK交互式操作动态系统建模仿真分析集成环境出现考虑许前做简化假设非线性素机素时学生没非线性动态系统进行分析研究数学基础通仿真认知非线性系统动态影响
2 仿真模拟图
图321 仿真模拟图
3 仿真结果
仿真结果组感性负载时仿真时运行结果电感阻值
设计仿真结果仿真0°30°90°时UdId波形图分图331
332333示中面图形Ud输出波形图面图形Id输出波形图
1触发角a0°时
图331 触发角0°时UdId波形图
2 触发角a30°时
图332 触发角30°时UdId波形图
3触发角a90°时
图333 触发角90°时UdId波形图
第4章 结束语
通次设计理知识掌握更扎实时通网搜索等方面查询资料学许书没知识认识理联系实践重理学果会纸谈兵点没难找工作深刻认识理联系实际句话重性真实性通课程设计知道前知道理知识巩固前知道知识重实践中理解书知识明白学致真谛明白老师什求做课程设计原教会运学知识解决实际问题提高动手力MATLAB软件熟练整设计电路仿真程中感觉理仿真部分难仿真中发现问题时候参数稍微改变会导致输出电压改变样仿真难达理想效果仿真时总出现解决问题老师学帮助问题提基解决进步解电力电子技术生活中重性门课程学学关知识基础觉应该加强专业基础知识学工作寻求保证
参考文献
1 王兆安黄俊编.电力电子技木.第四版.北京:机械工业出版社2004年1月
2 王云亮编.电力电子技术.第版.北京:电子工业出版社2004年8月
3 梁廷贵编.现代集成电路实手册控硅触发电路分册.北京:科学技术文献出版社2002年2月
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