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文本内容:
课程设计报告书题目感性负载单相桥式全控整流系统的设计与仿真学院电子工程专业自动化班级姓名学号1引言
1.1设计目的和要求电力电子技术课程设计是电力电子技术课程的重要实践环节,是对学生学习该课程后的综合性训练这种训练是通过学生独立进行某一变流装置的设计和实验(或仿真实验)来完成的通过课程设计,使学生进一步巩固、深化电力电子技术及相关课程的基本知识、基本理论和基本技能,达到培养学生独立分析和解决实际问题的能力;通过课程设计,让学生独立完成一种变流装置课题的基本设计工作,达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的;通过课程设计,使学生熟悉设计过程,了解设计步骤,掌握设计内容,达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的,为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础
1.2设计指标
1.
1.1电源电压交流100V/50Hz
1.
1.2输出功率500W
1.
1.3触发角α=30°α=90°2设计方案
2.1整流电路单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路,它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点而负载性质又分为带电阻性负载、电阻-电感性负载和反电动势负载时的工作情况
2.2单项全控整流电路(阻-感性负载)
2.
2.1单相桥式全控整流电路电路结构(阻-感性负载)单相桥式全控整流电路用四个晶闸管,两只晶闸管接成共阴极,两只晶闸管接成共阳极,每一只晶闸管是一个桥臂单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)电路图如图1所示图
1.单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)此电路对每个导电回路进行控制,与单相桥式半控整流电路相比,无须用续流二极管,也不会失控现象,负载形式多样,整流效果好,波形平稳,应用广泛变压器二次绕组中,正负两个半周电流方向相反且波形对称,平均值为零,即直流分量为零,不存在变压器直流磁化问题,变压器的利用率也高单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小,功率因数高,变压器二次电流为两个等大反向的半波,没有直流磁化问题,变压器利用率高的优点
2.
2.2单相桥式全控整流电路工作原理(阻-感性负载)1)在u2正半波的(0~α)区间晶闸管VT
1、VT4承受正压,但无触发脉冲,处于关断状态假设电路已工作在稳定状态,则在0~α区间由于电感释放能量,晶闸管VT
2、VT3维持导通2)在u2正半波的ωt=α时刻及以后在ωt=α处触发晶闸管VT
1、VT4使其导通,电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通,此时负载上有输出电压(ud=u2)和电流电源电压反向加到晶闸管VT
2、VT3上,使其承受反压而处于关断状态3)在u2负半波的(π~π+α)区间当ωt=π时,电源电压自然过零,感应电势使晶闸管VT
1、VT4继续导通在电压负半波,晶闸管VT
2、VT3承受正压,因无触发脉冲,VT
2、VT3处于关断状态4)在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后在ωt=π+α处触发晶闸管VT
2、VT3使其导通,电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通,电源电压沿正半周期的方向施加到负载上,负载上有输出电压(ud=-u2)和电流此时电源电压反向加到VT
1、VT4上,使其承受反压而变为关断状态晶闸管VT
2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT
1、VT4为止
2.
2.3电路分析:假设电路已经工作在稳定状态如图(b)在U2正半周期,触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通Ud=U2负载中有电感存在是负载电流不能突变,电感对负载电流起平波作用,假设负载电感很大,负载电流连续,且波形近似为一水平线U2过零变负时,由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id,并不关断至ωt=π+α时刻,给VT2和VT3加触发脉冲,VT2和VT3承受正向电压导通U2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断,流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上,此过程称为换相,亦称换流
2.3参数计算和晶闸管的选择
2.
3.1参数关系
①输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id
2.
3.2参数的计算
1.在阻感负载下电流连续,整流输出电压的平均值为
(1)α=30°Ud=
0.9U2cosα=
0.9*100*cos30°=
77.9V
(2)α=90°Ud=
0.9U2cosα=
0.9*100*cos90°=0V
2.整流输出电流平均值为
(1)α=30°Id=P/Ud=500/
77.9=
6.
42.
3.3晶闸管的选择该电路为大电感负载,电流波形可看作连续且平直的晶闸管的额定电压和晶闸管的额定电流为
2.4MATLAB仿真
2.
4.1单相桥式全控整流电路仿真模型(阻-感性负载)根据电路图对其建立仿真模型,并对其进行参数设置,将电源电压幅值设置为141v,频率设为50Hz,脉冲发生器的频率设为100Hz,晶闸管控制角α以脉冲的延迟时间t表示,例如取α=30°时,对应时间为t=
0.02*30/360=
0.02/12s,脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示,取10%即可图2单相双半波可控整流电路仿真模型(阻-感性负载)电源参数,频率50hz,电压100v,如图3图
3.单相桥式全控整流电路电源参数设置VT1VT4脉冲参数,振幅3V,周期
0.02,占空比10%,时相延迟α/360*
0.02,如图4图
4.单相桥式全控整流电路脉冲参数设置VT2VT3脉冲参数,振幅3V,周期
0.02,占空比10%,时相延迟(α+180)/360*
0.02,如图5图
5.单相桥式全控整流电路脉冲参数设置
2.
4.2仿真结果
(1)当延迟角α=30°时,波形图如图6所示图6α=30°单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)波形图
(2)当延迟角α=90°时,波形图如图7所示图7α=90°单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)波形图
2.
4.3理论波形
(1)当延迟角α=30°时,理论波形图如图2-11所示图2-11α=30°单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)理论波形图
(2)当延迟角α=90°时,理论波形图如图2-12所示图2-12α=90°单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)理论波形图
2.
4.4仿真小结由图6与图2-11,图7与图2-12对比可知,仿真波形基本正确,仿真成功单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)一共采用了四个晶闸管,VT1VT2两只晶闸管接成共阳极,VT3VT4两只晶闸管接成共阴极,当u2在(0~α)晶闸管VT1和VT4承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管没有导通在(α~π)VT1和VT4承受正向电压,有触发脉冲晶闸管VT1,VT4导通当u2在(π~π+α)闸管VT2和VT3承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管没有导通在(π+α~2π)VT2和VT3承受正向电压,有触发脉冲晶闸管VT2,VT3导通与单相半波整流电路仿真波形相比较,输出的电压和电流波形频率都提高了约一倍,流过每个晶闸管的平均电流Idt只有负载平均电流的一半变压器二次侧电流I2的波形是对称的正负矩形波,而晶闸管承受的最大正反向电压则和单相半波可控整流电流一样3触发电路触发电路对其产生的触发脉冲要求
①触发信号可为直流、交流或脉冲电压
②触发信号应有足够的功率
③触发脉冲应有一定的宽度,脉冲的前沿尽可能陡,以使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通
④触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步,脉冲移相范围必须满足电路要求
⑤触发脉冲与主电路电源必须同步为了使晶闸管在每一个周期都以相同的控制角α被触发导通,触发脉冲必须与电源同步,两者的频率应该相同,而且要有固定的相位关系,以使每一周期都能在同样的相位上触发4元器件清单4个晶闸管,1个电感,1个电阻,1个100V、50Hz电源5心得体会通过这次的MATLAB仿真设计过程中,我不仅掌握了MATLAB中SIMULINK仿真的使用,还对单相桥式全控整流电路有了更深刻的认识在建模的过程中总结了以下几点
1.在单项桥式全控整流电路中,给晶闸管提供触发脉冲是设计的关键;
2.给定正确的触发脉冲必须熟悉单项桥式全控整流电路的原理,掌握触发脉冲的过程;
3.对同一个电路,可以建立不同的SIMULINK模型通过这次的课程设计使我进一步巩固、深化电力电子技术及相关课程的基本知识、基本理论和基本技能,培养了我独立分析和解决实际问题的能力;通过课程设计,让我独立完成一种变流装置课题的基本设计工作,培养了我综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的的能力;通过课程设计,使我熟悉设计过程,了解设计步骤,掌握设计内容,达到培养自己工程绘图和编写设计说明书能力的目的经过这次的设计,为我今后从事相关方面的实际工作打下良好基础,相信在将来的工作中能够熟练的使用所学到的各种能力6参考文献
1.电力电子技术与应用,郑宏婕主编,福州福建科学技术出版社,
20052.电力电子技术与MATLAB仿真,周渊深主编,北京中国电力出版社,2005。