1、- 1 -目 录摘 要 .2Abstract .3第一章 引言 .41.1 设计背景 .41.2 设计任务 .4第二章 方案选择论证 .62.1 方案分析 .62.2 方案选择 .6第三章 电路设计 .73.1 主电路原理分析 .7第四章 仿真分析 .94.1 建立仿真模型 .94.2 仿真参数的设置 .104.3 仿真结果及波形分析 .11第五章 设计总结 .26致 谢 .27参考文献 .28- 2 -摘 要目前，各类电力电子变换器的输入整流电路输入功率级一般采用不可控整流或相控整流电路。这类整流电路结构简单，控制技术成熟，但交流侧输入功率因数低，并向电网注入大量的谐波电流。据估计，在发达国
2、家有 60%的电能经过变换后才使用，而这个数字在本世纪初达到 95%。电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有 60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。Matlab 提供的可视化仿真工具Simulink 可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤
3、。本文利用 Simulink 对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。 此次课程设计要求设计晶闸管三相桥式可控整流电路，与三相半波整流电路相比，三相桥式整流电路的电源利用率更高，应用更为广泛。关键词：电力电子 晶闸管 simulink 三相桥式整流电路- 3 -AbstractAt present, all kinds of power electronic converter input rectifier circuit input power level gener
4、ally use the uncontrolled rectifier or phase controlled rectifier circuit. This kind of rectifier circuit is simple in structure, control technology is mature, but the AC input power factor is low, and the harmonic currents injected a lot to the power grid. According to estimates, in developed count
5、ries 60% of the electric energy transformed before use, and this figure reached 95% at the beginning of the century. Power electronic technology has been widely used in electric power system. According to estimates, the developed countries in the end users to use electricity, with more than 60% of t
6、he electricity at least after more than once in power electronic converter device. Power system in the modernization process, the power electronic technology is one of the key technologies. It is no exaggeration to say that, if you leave the power electronic technology, power system modernization is
7、 unthinkable.With the development of social production and scientific technology, application of rectifier circuit in the field of automatic control system, the measuring system and the generator excitation system is more and more widely. Matlab provides a visual simulation tool Simulink can directl
8、y establish circuit simulation model, changing the simulation parameters, and can immediately get the simulation results of arbitrary, intuitive, further saves the programming steps. In this paper, Simulink is used to model the three-phase full-bridge controlled rectifier circuit, the different cont
9、rol angle, bridge fault conditions are simulated and analyzed, which deepens the three-phase full-bridge controlled rectifier circuit theory, it also examines the foundations for modern power electronic experimental teaching lay a good solid.The curriculum design for the design of thyristor three-ph
10、ase bridge controlled rectifier circuit, compared with three phase half wave rectifier circuit, the power of three-phase bridge rectifier circuit utilization rate higher, more extensive application.Key words: electronic power thyristor Simulink three-phase bridge rectifier circuit- 4 -第一章 引言1.1 设计背景
11、在电力、冶金、交通运输、矿业等行业，电力电子器件通常被用于电机变频调速、大功率设备驱动的关键流程之中，由于电力电子器件故障往往是致命性的、不可恢复的，常导致设备的损毁、生产的中断，造成重大经济损失。因此，通过储存故障信息用以检测对比尤为重要，并且也是一种简单可行的测量方法。根据电力电路的实际运行情况可知，大多数故障表现为功率开关器件的损坏，其中以功率开关器件的开路和直通最为常见，本文通过仿真采集功率器件在开路时的各种波形，分析整流器件发生故障的种类，判断可能发生故障的器件。1.2 设计任务一 、设计内容及技术要求：计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，已经广泛应用于电力电子电路
12、（或系统）的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过程。通过本次仿真，学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优势，并掌握电力电子计算机仿真的基本方法。晶闸管三相桥式可控整流电路的电路，参数要求：电网频率 f=50hz电网额定电压 U=380v电网电压波动 正负 10%阻感负载电压 0250V 连续可调。1、设计内容（1）制定设计方案；- 5 -(2)主电路设计及主电路元件
13、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。2、仿真任务要求（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；3、设计的总体要求（1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务；（2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断；（3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理；（4）广泛收集相关技术资料。- 6 -第二章 方案选择论证2.1 方案分析单 相 可 控
14、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 ， 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 。2.2 方案选择课 设 题 目 中 给 出 的 正 是 要 求 为 220V、 20A 的 直 流 电 动 机 供 电 ， 它 的 容 量为 S= kw， 属 于 高
15、容 量 ， 所 以 应 选 用 三 相 可 控 整 流 电 路 整 流 。 另 外 三 相 桥 式 整流 电 压 的 脉 动 频 率 比 三 相 半 波 高 一 倍 ， 因 而 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 。 基于 以 上 原 因 ， 最 终 我 选 择 三 相 桥 式 全 控 电 路 为 电 机 整 流
16、。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
17、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。- 7 -第三章 电路设计3.1 主电路原理分析晶闸管按从 1 至 6 的顺序导通，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 3 个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与 a、b、 c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT4、VT6、VT2。编号如图示，晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT 4 VT5VT6。图 3-1 主电路原理图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
18、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 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 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- 8 -导通顺序是 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组 T1，T3，T 5 的脉冲依次相差23；同一相的上下两个桥臂，即 VT1 和 VT4，VT3 和 VT6，VT5 和 VT2 的脉冲相差 ，当 =O 时，输出电压 Ud 一周期内的波形是 6 个线电压的包络
19、线。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。0 时，Ud 的波形出现缺口，随着 角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当 =23 时，输出电压为零，所以电阻性负载时， 的移相范围是 O2 3；当 O3 时，电流连续，每个晶闸管导通 23；当 323 时，电流断续，个晶闸管导通小于23。23=3 是电阻性负载电流连续和断续的分界点。- 9 -第四章 仿真分析41 建立仿真模型（1）首先建立一个仿真的新文件，命名为 EQ。（2）提取电路与器件模块，组成
20、上述电路的主要元件有三相交流电源，晶闸管、RLC 负载等。表 4-1 三相整流电路模型主要元器件元器件名称 提取元器件路径交流电源 Electrical source/AC voltage source三相电压-电流测量单元Measurements/Three-phaseV-I measurement三相晶闸管整流器 Extra library/three-phase library/6-pulse thyristor bridgeRLC 负载 Elements/series RLC bridge6 脉冲发生器 Extralibrary/controlblocks/synchronized6-
21、pulsegenerator触发角设定 Simulink/sources/constans（3）将器件建立系统模型图如下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 Thyristor 构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6 个 PULSE generator 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。- 10 -图 4-1 三相桥式全控整流电路仿真模型4.2 仿真参数的设置1) 电源参数设置：三相电源的电压峰值为 220V ，可表示为2“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：可以根据需要将 alph 设置为 30、60、90。5）采用变步长算法 ode23tb(stiffTRBDF2)。6）负载可以根据需要设成纯电阻、纯电感、阻感等，本次仿真中为电阻负载 R=10，阻感负载 R=10，L=1H 。
