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: 电气与信息工程系专业: 自动化目录第1章绪论 01、电子技术的发展趋势 02、本人的主要工作 (2)第2章主电路的设计及原理 (2)1、总体框图 (3)2、主电路的设计原理 (3)2、1带电阻负载时 (4)2、2阻感负载时 (6)3、触发电路 (7)4、保护电路 (7)5、参数计算 (8)5、1 整流变压器的选择 (8)5、2 晶闸管的选择 (9)5、3 输出的定量分析 (9)第3章MATLAB的仿真 (10)1、MATLAB仿真软件的简介 (10)2、仿真模拟图 (10)3、仿真结果 (10)第4章结束语 (11)参考文献 (11)第1章绪论1、电子技术的发展趋势当今世界能源消耗增长十分迅速。
目前,在所有能源中电力能源约占40%,而电力能源中有40%就是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。
预计十年后,电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换,电力电子技术在21世纪将起到更大作用。
电力电子技术就是利用电力电子器件对电能进行控制与转换的学科。
它包括电力电子器件、变流电路与控制电路三个部分,就是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。
随着科学技术的发展,电力电子技术由于与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关,已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
电力电子技术作为一门高技术学科,由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用,现在已广泛的应用于传统工业(例如:电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)与高新技术产业(例如: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的一些应用。
在高压直流输电(HVDC)方面的应用直流输电在技术方面有许多优点:(1)不存在系统稳定问题,可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(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)调节速度快,运行可靠;(7)适宜于海下输电。
随着大功率电子器件(如:可关断的晶闸管、MOS控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不断提高,新的大功率电力电子器件的出现与投入应用,高压直流输电设备的性能必将进一步得以改善,设备结构得以简化,从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。
在柔性交流输电系统(FACTS)中的应用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的概念。
近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速,已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术(柔性输电技术、先进的控制中心技术与综合自动化技术)之一”。
现代电力电子技术、控制理论与通讯技术的发展为FACTS的发展提供了条件。
采用IGBT等可关断器件组成的FACTS元件可以快速、平滑地调节系统参数,从而灵活、迅速地改变系统的潮流分布。
在电力谐波治理方面的应用有源滤波就是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。
有源滤波器的概念最早就是在20世纪70年代初提出来的,即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,从而实现实时补偿谐波电流的目的。
随着中国电能质量治理工作的深入开展,使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。
在不间断电源(UPS)中的应用UPS紧急供电系统就是电力自动化系统安全可靠运行的根本保证,就是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。
现代UPS普遍采用脉宽调制技术与功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,降低了电源的噪声,提高了效率与可靠性。
电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。
它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。
毫无疑问,它将成为新世纪的关键支撑技术之一。
电力电子技术拥有许多微电子技术所具有的特征,比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛,并且能与其它学科相互融合与相互发展。
2、本人的主要工作(1)设计一个三相桥式全控整流电路。
(2)把设计的电路图进行仿真,分析并调试,使输出得到所要求的到的值。
(3)用软件MATLAB ,画出设计原理图。
(4)完成设计报告。
第2章主电路的设计及原理图1 三相桥式全控整流电路1、 总体框图图2-1-1 总电路的总体框图2、 主电路的设计原理在三相桥式全控整流电路中,对共阴极组与共阳极组就是同时进行控制的,控制角都就是α。
由于三相桥式整流电路就是两组三相半波电路的串联,因此整流电压为三相半波时的两倍。
很显然在输出电压相同的情况下,三相桥式晶闸管要求的最大反向电压,可比三相半波线路中的晶闸管低一半。
为了分析方便,使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序就是1-2-3-4-5-6,晶闸管就是这样编号的:晶闸管KP1与KP4接a 相,晶闸管KP3与KP6接b 相,晶管KP5与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α变化时各晶闸管的导通规律,分析输出波形的变化规则,下面研究几个特殊控制角,先分析α=0的情况,也就就是在自然换相点触发换相时的情况。
图1就是电路接线图。
为了分析方便起见,把一个周期等分6段(见图2)。
在第(1)段期间,a 相电压最高,而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通,b 相电位最低,所以供阳极组的晶闸管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,共阴极组的a 相电流为正,共阳极组的b 相电流为负。
加在负载上的整流电压为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,但就是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。
在负载上的电压为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,在负载上的电压为ud=ub-uc=ubc2、1带电阻负载时a=0°时的情况假设将电路中的晶闸管换做二极管惊醒分析对于共阴极组的三个晶闸管,阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的三个晶闸管,阴极所接交流电压值最低的导通认识时刻共阳极组与共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态。
从相电压波形瞧,共阴极组晶闸管导通时,Ud1为相电压的正包络线,共阳极组导通时,Ud2为相电压的负包络线,Ud=Ud1-Ud2就是两者的差值,为为线电压在正半周的包络线直接从线电压波形瞧,Ud为线电压中最大的一个,因此Ud波形为线电压的包络线。
图2-2-1 三项桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以瞧出:1、三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通,而且这两个晶闸管一个就是共阴极组,另一个就是共阳极组的,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就是两组三相半波整流电路的串联,所以与三相半波整流电路一样,对于共阴极组触发脉冲的要求就是保证晶闸管KPl、KP3与KP5依次导通,因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。
对于共阳极组触发脉冲的要求就是保证晶闸管KP2、KP4与KP6依次导通,因此它们的触发脉冲之间的相位差也就是120°。
3、由于共阴极的晶闸管就是在正半周触发,共阳极组就是在负半周触发,因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。
4、三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流,由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发,触发脉冲的顺序就是:1→2→3→4→5→6→1,依次下去。
相邻两脉冲的相位差就是60°。
5、由于电流断续后,能够使晶闸管再次导通,必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。
为了达到这个目的,可以采取两种办法;一种就是使每个脉冲的宽度大于60°(必须小于120°),一般取80°～100°,称为宽脉冲触发。
另一种就是在触发某一号晶闸管时,同时给前一号晶闸管补发一个脉冲,使共阴极组与共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲,相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。
这种方法称双脉冲触发。
6、整流输出的电压,也就就是负载上的电压。
整流输出的电压应该就是两相电压相减后的波形,实际上都属于线电压,波头uab、uac、ubc、uba、uca、ucb 均为线电压的一部分,就是上述线电压的包络线。
相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上,故线电压的交点同样就是自然换相点,同时亦可瞧出,三相桥式全控的整流电压在一个周期内脉动六次,脉动频率为 6 × 50=300赫,比三相半波时大一倍。
7、晶闸管所承受的电压。
三相桥式整流电路在任何瞬间仅有二臂的元件导通,其余四臂的元件均承受变化着的反向电压。
例如在第(1)段时期,KP1与KP6导通,此时KP3与KP4,承受反向线电压uba=ub-ua。
KP2承受反向线电压ubc=ub-uc。
KP5承受反向线电压uca=uc-ua。
晶闸管所受的反向最大电压即为线电压的峰值。
当α从零增大的过程中,同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也就是线电压的峰值。
当a=60°时的情况:当触发角a改变时,电路的工作情况将发生变化。
从wt1角开始把一周期等分为六段,每段60度。
在VT1处于通态的120度期间,ia为正,ia波形的形状与同时段的Ud波形相同,在VT4处于通态的120度期间,ia波形的形状也与同时段的Ud波形相同,但为负值。
当a<60°时,Ud波形均连续,对于电阻负载,id波形与Ud波形形状一样,也连续。
Ud波形每60°中有一段为零,Ud波形不能出现负值。
带电阻负载时三项桥式全控整流电路a角的移相范围就是120°。
图2-2-2 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60度时的波形2、2阻感负载时当a<60°时,U d波形连续,电路的工作情况与带电阻负载时十分相似,个晶闸管的通断情况、输出整流电压Ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。
区别在于负载不同,同样的整流输出电压加到负载上,得到的负载电流id波形不同,电阻负载时id 波形与Ud波形形状一样。