《电力电子技术课程》课程设计说明书课程名称：三相半波可控整流电路设计学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：黄亚娟学号： ***************：***时间: 2013年6月9日摘要整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。

滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。

变压器设置与否视具体情况而定。

变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。

整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。

关键词：整流，变压，触发，晶闸管，额定。

目录摘要 (2)目录 (3)引言 (4)一、三相半波整流电路原理分析 (4)1.1.1 纯电阻性半波整流电路原理组成 (4)1.2.1主电路设计 (4)1.3.1 电路原理波形分析 (5)二、三相半波整流电路数量分析 (7)2.1.1 输出值的计算 (7)2.2.1晶闸管的有效值 (8)三、器件额定参数计算 (8)3.1.1 变压器参数 (8)3.2.1 晶闸管参数 (8)3.3.1 变压器容量 (8)3.4.1 晶闸管额定电压 (8)3.5.1 晶闸管额定电流 (8)四、MATLAB软件介绍 (9)五、MATLAB软件电脑仿真 (11)5.1.1 MATLAB软件运用电脑仿真电路模型 (11)5.2.1纯阻性负载三相半波可控整流电路仿真图像 (11)5.3.1 仿真结果和实际原理分析比较 (12)六、心得体会 (12)七、参考文献 (13)八致谢 (14)引言基于 Matlab 的应用范围非常广，包括在信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。

运用 Matlab 软件的处理能力，我们对三相桥式整理电路进行仿真分析，对纯电阻性负载及电阻电感性负载时的工作情况进行对比分析与研究，用Matlab 软件自带的 Power System 工具箱进行仿真，给出仿真结果，检验所建模型的正确性。

一、三相半波整流电路原理分析1.1 .1纯电阻性半波整流电路原理组成三相半波可控整流电路纯电阻性负载，如图所示。

图中T为整流变压器，为了得到中性线，整流变压器的二次接成星形，一次绕组接成三角形，使三次谐波都能够通过，减少了高次谐波对电网的影响。

为了得到零线，整流变压器的二次绕组必须接成星形，而一次绕组多接成三角形，使其3次谐波能够通过，减少高次谐波的影响。

三个晶闸管的阳极分别接入u、v、w三相电源，它们的阴极连接在一起，称共阴极接法，这对触发电路有公共线者连线较方便，用得较广。

1.2.1主电路设计其原理图如图1所示。

图1 三相半波可控整流电路原理图1.3.1 电路原理波形分析图 1.1三相半波可控整流电路电阻负载，α=120°时的波形稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120º，规定ωt=2π/3为控制角α的起点，称为自然换相点。

三相半波共阴极可控整流电路自然换相点是三相电源相电压正半周波形的交叉点，在各相相电压的ωt=2π/3处。

在ωt1时刻触发VT1，在ωt1～ωt2区间有uu＞uv、uu＞uw，u相电压最高，VT1承受正向电压而导通，输出电压ud＝uu。

其他晶闸管承受反向电压而不能导通。

VT1通过的电流iT1与变压器二次侧u相电流波形相同，大小相等。

在ωt2时刻触发VT2，在ωt2～ωt3区间 v相电压最高，由于uu＜uv，VT2承受正向电压而导通， ud＝uv。

VT1两端电压uT1=uu-uv= uuv<0，晶闸管VT1承受反向电压关断。

在VT2导通期间，VT1两端电压uT1= uu-uv= uuv。

在ωt2时刻发生的一相晶闸管导通变换为另一相晶闸管导通的过程称为换相。

在ωt3时刻触发VT3，在ωt3～ωt4区间w相电压最高，由于uv＜uw，VT3承受正向电压而导通，ud＝uw。

VT2两端电压 uT2= uv-uw=uvw<0，晶闸管VT2承受反向电压关断。

在VT3导通期间VT1两端电压uT1= uu-uw= uuw。

这样在一周期内，VT1只导通2π/3，在其余π/3时间承受反向电压而处于关断状态。

只有承受高电压的晶闸管元件才能被触发导通，输出电压ud波形是相电压的一部分，每周期脉动三次，是三相电源相电压正半波完整包络线，输出电流id与输出电压ud波形相同 (id=ud/R)。

电阻性负载α=0º时，VT1在VT2、VT3导通时仅承受反压，随着α的增加，晶闸管承受正向电压增加；其他两个晶闸管承受的电压波形相同，仅相位依次相差120º。

增大α，则整流电压相应减小。

α=30º是输出电压、电流连续和断续的临界点。

当α＜30º时，后一相的晶闸管导通使前一相的晶闸管关断。

当α＞30º时，导通的晶闸管由于交流电压过零变负而关断后，后一相的晶闸管未到触发时刻，此时三个晶闸管都不导通，直到后一相的晶闸管被触发导通。

从上述波形图可以看出晶闸管承受最大正向电压是变压器二次相电压的峰值，UFM =U2，晶闸管承受最大反向电压是变压器二次线电压的峰值，URM=× U2 =U2。

α=150º时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻性负载移相范围是0º～150º。

如果将电路中的晶闸管换成整流管，那么整流元件就在Wt1.Wt2.Wt3，处自然换相，并总是换到电压最高的一相上去，相应的输出a相，b相，c相电压。

因此相电压的交点就是三相半坡电路的自然换相点，即该出的a=0°。

在Wt1--Wt 2期间内，a相电压U最高，在Wt2--Wt3期间内，b相电压最高，在Wt2时刻触发晶闸管T2,可使T2导通，此时T1因承受反向电压而关断，负载上得到b相电压Ub...如此，各晶闸管都按同样的规律依次触发导通并关断前面一个已导通的晶闸管。

图（a）所示，是三相电压触发脉冲。

图（b ）所示，各晶闸管上的触发导通脉冲相序应与电源的相序相同。

各相触发脉冲依次间隔120°，每相晶闸管各导电120°，负载电流波形与整流电压波形相同，是连续的。

图（c ）所示，输出的整流电压时三相交流相电压正半周期线。

图（d ）所示，是变压器a 相绕组，即流经晶闸管T1的电流波形，可见变压 器绕组中通过的是直流脉冲电流。

图（e ）是晶闸管T1两端的电压Ut1的波形。

二、三相半波整流电路数量分析2.1.1 输出值的计算三相桥式全控整流电路中，整流输出电压d u 的波形在一个周期内脉动3次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/3周期）进行计算即可。

对于电阻性负载而言，当α<300时，各晶闸管上的触发脉冲，其相序与电源的相序相同，各相触发脉冲依次间隔1200，在一个周期内，三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导电1200，负载电流是连续的。

增大α值，即触发脉冲后移，则整流电压相应减小。

当α=300时，从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各项仍导电1200。

如果α>300，例如α=120°，如上图1.1所示，当导通的一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，此时下一相晶闸管虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，姑输出电压和电流都为零，直到下一相触发脉冲出现为止，显然电流断续，各晶闸管导电时间都小于1200。

如果α角继续增大，那么整流电压将越来越小。

当α=1500时，整流输出电压为零。

故电阻负载时要求的移相范围为1500。

下面分两种情况来计算整流电压的平均值：（1）α≤30︒时，负载电流连续，有：566d 221sin () 1.17cos 2/3U td t U ππααωωαπ++==⎰公式3-1当00α=时，d U 为最大，d d02U =U =1.17U 。

（2）a >30︒时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：当0150α=时， d U =0负载电流的平均值d I 为dd UI =R由于晶闸管是交替工作的，流过晶闸管的平均电流为dT d 1I =I 32.2.1晶闸管的有效值：（1）α≤30︒时（2）a >30︒时，三．器件额定参数计算3.1.1 变压器参数有要求之电压在100V当α=120°时，U2=100V 。

6d 221sin ()0.675[1cos(/6)]2/3U td t U ππαωωπαπ+==++⎰公式3-2 T I ==T I =公式3-3 公式3-4由公式3-2，得 d U =-58.456V3.2.1 晶闸管参数把2U =100V ，d U =58.456V 代入公式3-4知：考虑到一定的电压裕量，Id=Ud/R3.3.1变压器容量由22S =I ，把2U 、2I 代入知3.4.1 晶闸管额定电压晶闸管电压定额（一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电 压的2-3倍）N U 23.5.1晶闸管额定电流晶闸管通态平均电流：IT=IT/1.57考虑裕量，晶闸管电流定额（一般取其平均电流的1.5~2倍）N I =(1.5~2) T(AV)I故晶闸管的额定电流取为20A四、MATLAB 软件MATLAB 是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化一级交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB 和Mathematica 、Maple 并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式于数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解决问题要比用C，FORTRAN的语言完成相同的事情简单快捷的多，并且MATLAB也吸收了想Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。