三相桥式全控整流电路优秀课程设计.doc
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1、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: 电气和信息工程系 专 业: 自动化 目录第1章 绪论11. 电子技术发展趋势12. 本人关键工作3第2章 主电路设计及原理31. 总体框图32. 主电路设计原理42.1带电阻负载时52.2阻感负载时73. 触发电路94. 保护电路105. 参数计算115.1 整流变压器选择115.2 晶闸管选择115.3 输出定量分析12第3章 MATLAB仿真131. MATLAB仿真软件介绍132. 仿真模拟图143. 仿真结果14第4章 结束语16参考文件17第1章 绪论1. 电子技术发展趋势 当今世界能源消耗增加十分快速。现在,在全部能源
2、中电力能源约占40%,而电力能源中有40%是经过电力电子设备转换才到使用者手中。估计十年后,电力能源中80%要经过电力电子设备转换,电力电子技术在二十一世纪将起到更大作用。 电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换学科。它包含电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分,是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间交叉学科。伴随科学技术发展,电力电子技术因为和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等很多领域亲密相关,已逐步发展成为一门多学科相互渗透综合性技术学科。 电力电子技术作为一门高技术学科,因为其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着关键作用,现在已广泛应用于传统工业(比
3、如:电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)和高新技术产业(比如:航天、现代化通信等)。下面着重讨论电力电子技术在电力系统中部分应用。 在高压直流输电(HVDC)方面应用 直流输电在技术方面有很多优点:(1)不存在系统稳定问题,可实现电网非同期互联;(2)能够限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时,线路造价低;(6)调整速度快,运行可靠;(7)适宜于海下输电。伴随大功率电子器件(如:可关断晶闸管、MOS控制晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不停提升,新大功率电力电子器件出现和投入应用,高压直流输电设备性能必将深入得以改善,设备结构得以简化,从而降低
4、换流站占地面积、降低工程造价。 在柔性交流输电系统(FACTS)中应用 20世纪80年代中期,美国电力科学研究院(EPRI)N.G.Hingorani博士首次提出柔性交流输电技术概念。多年来柔性交流输电技术在世界上发展快速,已被中国外部分权威输电工作者估计确定为“未来输电系统新时代三项支持技术(柔性输电技术、优异控制中心技术和综合自动化技术)之一”。现代电力电子技术、控制理论和通讯技术发展为FACTS发展提供了条件。采取IGBT等可关断器件组成FACTS元件能够快速、平滑地调整系统参数,从而灵活、快速地改变系统时尚分布。 在电力谐波治理方面应用 有源滤波是治理日益严重电力系统谐波最理想方法之一
5、。有源滤波器概念最早是在20世纪70年代初提出来,即利用可控功率半导体器件向电网注入和原有谐波电流幅值相等、相位相反电流,使电源总谐波电流为零,从而实现实时赔偿谐波电流目标。伴随中国电能质量治理工作深入开展,使用以瞬时无功功率理论为理论基础有源滤波器进行谐波治理将会有巨大市场潜力。 在不间断电源(UPS)中应用 UPS紧急供电系统是电力自动化系统安全可靠运行根本确保,是计算机、通信系统和要求提供不能中止场所所必需一个高可靠、高性能电源。现代UPS普遍采取脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,降低了电源噪声,提升了效率和可靠性。 电力电子技术已快速发展成为一门独立技术、学科
6、领域。它应用领域几乎包含到国民经济各个工业部门。毫无疑问,它将成为新世纪关键支撑技术之一。电力电子技术拥有很多微电子技术所含有特征,比如发展快速、渗透力强、生命力旺盛,而且能和其它学科相互融合和相互发展。2. 本人关键工作(1)设计一个三相桥式全控整流电路。 (2)把设计电路图进行仿真,分析并调试,使输出得到所要求到值。(3)用软件MATLAB ,画出设计原理图。(4)完成设计汇报。第2章 主电路设计及原理1. 总体框图交流源220V主变压器触发脉冲主电路保护电路 图2-1-1 总电路总体框图2. 主电路设计原理在三相桥式全控整流电路中,对共阴极组和共阳极组是同时进行控制,控制角全部是。因为三
7、相桥式整流电路是两组三相半波电路串联,所以整流电压为三相半波时两倍。很显然在输出电压相同情况下,三相桥式晶闸管要求最大反向电压,可比三相半波线路中晶闸管低二分之一。 为了分析方便,使三相全控桥六个晶闸管触发次序是1-2-3-4-5-6,晶闸管是这么编号:晶闸管KP1和KP4接a相,晶闸管KP3和KP6接b相,晶管KP5和KP2接c相。晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组,而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。 为了搞清楚改变时各晶闸管导通规律,分析输出波形改变规则,下面研究多个特殊控制角,先分析=0情况,也就是在自然换相点触发换相时情况。图1是电路接线图。为了分析方便起见,把一个周期
8、等分6段(见图2)。在第(1)段期间,a相电压最高,而共阴极组晶闸管KP1被触发导通,b相电位最低,所以供阳极组晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载,再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作,共阴极组a相电流为正,共阳极组b相电流为负。加在负载上整流电压为ud=ua-ub=uab 经过60后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高,晶闸管KPl继续导通,不过c相电位却变成最低,当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2,电流即从b相换到c相,KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正,c相电流为负。在负载
9、上电压为ud=ua-uc=uac再经过60,进入第(3)段时期。这时b相电位最高,共阴极组在经过自然换相点时,触发导通晶闸管KP3,电流即从a相换到b相,c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作,在负载上电压为ud=ub-uc=ubc2.1带电阻负载时 a=0时情况假设将电路中晶闸管换做二极管惊醒分析对于共阴极组三个晶闸管,阳极所接交流电压值最大一个导通对于共阳极组三个晶闸管,阴极所接交流电压值最低导通认识时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态。从相电压波形看,共阴极组晶闸管导通时,Ud1为相电压正包络线,共阳极组导通时,Ud2为相电压负包络线,Ud=Ud1
10、-Ud2是二者差值,为为线电压在正半周包络线直接从线电压波形看,Ud为线电压中最大一个,所以Ud波形为线电压包络线。 图2-2-1 三项桥式全控整流电路带电阻负载a=0时波形由上述三相桥式全控整流电路工作过程能够看出:1.三相桥式全控整流电路在任何时刻全部必需有两个晶闸管导通,而且这两个晶闸管一个是共阴极组,另一个是共阳极组,只有它们能同时导通,才能形成导电回路。2. 三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路串联,所以和三相半波整流电路一样,对于共阴极组触发脉冲要求是确保晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通,所以它们触发脉冲之间相位差应为120。对于共阳极组触发脉冲要求是确保晶闸管KP2、
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