【正文】 1 第一章 緒 言 設(shè)計背景 目前，各類電力電子變換器的輸入整流電路輸入功率級一般采用不可控整流或相控整流電路。這類整流電路結(jié)構(gòu)簡單，控制技術(shù)成熟，但交流側(cè)輸入功率因數(shù)低，并向電網(wǎng)注入大量的諧波電流。據(jù)估計，在發(fā)達國家有 60%的電能經(jīng)過變換后才使用，而這個數(shù)字在本世紀初達到 95%。 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有 60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢院敛豢鋸埖卣f，如果離 開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。 而電能的傳輸中， 直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已逐漸取代了線性電源。因為各種信息技術(shù)裝置都 需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術(shù)離不開電力電子技術(shù)。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（ FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現(xiàn)的。 隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整流電路在自動控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和發(fā)電機勵磁系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路，由于整流電路涉及到交流信號、直流信號以及觸發(fā)信號，同時包含晶閘管、 電容 、 電感 、 電阻 等 多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當繁瑣，高壓情況下實驗也難順利進行。Matlab 提供的可視化仿真工具 Simulink 可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結(jié)果，直觀性強，進一步省去了編程的步驟。本文利用 Simulink 對三相橋式全控整流電路進行建模，對不同控制角、橋故障情況下進行了 仿真分析，既進一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時也為現(xiàn)代電力 電子 實驗教學(xué)奠定良好的實驗基礎(chǔ)。 此次課程設(shè)計要求設(shè)計晶閘管三相橋式可控整流電路，與三相半波整流電路相比，三相橋式整流電路的電源利用率更高，應(yīng)用更為廣泛。 設(shè)計 任務(wù) 《晶閘管三相橋式可控整流電路 設(shè)計與仿真 》 一 、設(shè)計內(nèi)容及技術(shù)要求： 計算機仿真具有效率高、精度高、可靠性 高和成本低等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力電子電路（或系統(tǒng)）的分析和設(shè)計中。計算機仿真不僅可以取代系統(tǒng)的許多繁瑣的人工分析，減輕勞動強度，提高分析和設(shè)計能力，避免因為解析法在近似處理中帶來的較大誤差，還可以與實物試制和調(diào)試相互補充，最大限度地降低設(shè)計成本，縮短系統(tǒng)研制周期?？梢哉f，電路的計算機仿真技術(shù)大大加速了電路的設(shè)計 和試驗過程。通過本次仿真，學(xué)生可以初步認識電力電子計算機仿真的優(yōu) 2 勢，并掌握電力電子計算機仿真的基本方法。 晶閘管三相橋式可控整流 電路的電路 ， 參數(shù)要求： 電網(wǎng)頻率 f=50hz 電網(wǎng)額定電壓 U=380v 電網(wǎng)電壓波動 正負 10% 阻感負載電壓 0—— 250V 連續(xù)可調(diào)。 設(shè)計內(nèi)容 （ 1）制定設(shè)計方案 ； (2)主電路設(shè)計及主電路元件選擇 ； (3)驅(qū)動電路和保護電路設(shè)計及參數(shù)計算；器件選擇 ； (4)繪制電路原理圖； （ 5）總體電路原理圖及其說明。 仿真任務(wù)要求 （ 1）熟悉 matlab/simulink/power system中的仿真模塊用法及功能； （ 2）根據(jù)設(shè)計電路搭建仿真模型； （ 3）設(shè)置參數(shù)并進行仿真 （ 4）給出不同觸發(fā)角時對應(yīng)電壓電流的波形； 設(shè)計的總體要求 （ 1）熟 悉整流和觸發(fā)電路的基本原理，能夠運用所學(xué)的理論知識分析設(shè)計任務(wù)； （ 2）掌握基本電路的數(shù)據(jù)分析、處理；描繪波形并加以判斷； （ 3） 能正確設(shè)計電路，畫出線路圖，分析電路原理； （ 4） 廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料； 第二章 方案選擇論證 方案分析 單相可控電路與三相可控電路相比，有結(jié)構(gòu)簡單，輸出脈動大，脈動頻率低的特點，其不適于容量要求高的情況，而三相可控整流電路有與之基本相反的特點，對于相當于反電動勢負載的電動機來說，它能滿足其電流容量較大，電流脈動小且連續(xù)不斷的要求 。 方案 選擇 課設(shè)題目中給出的正是要求為 220V、 20A 的直流電動機供電，它的容量為 S= kw，屬于高容量，所以應(yīng)選用三相可控整流電路整流。另外三相橋式整流電壓的脈動頻率比三相半波高一倍，因而所需平波電抗器的電感量也減小約一半。三相半波雖具有接線簡單的特點，但由于其只采用三個晶閘管，所以晶閘管承受的反向峰值電壓較高，并且電流是單方向的，存在直流磁化問題。基于以上原因，最終我選擇三相橋式全控電路為電機整流。 三相可控整流電路的控制量可以很大，輸出電壓脈動較小，易濾波，控制滯后時間短，因此在工業(yè)中幾乎都是采用三相可控整 流電路。在電子設(shè)備中有時也會遇到功率較大的電源，例如幾百瓦甚至超過 1— 2kw 的電源，這時為了提高變壓器的利用率，減小波紋系數(shù)，也常采用三相整流電路。另外 由于三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，為此在應(yīng)用中較 3 少。而采用三相橋式全控整流電路，可以有效的避免直流磁化作用。雖然三相橋式全控整流電路的晶閘管的數(shù)目比三相半波可控整流電路的少，但是三相橋式全控整流電路的輸出電流波形便得平直，當電感足夠大時，負載電流波形可以近似為一條水平線。在實際應(yīng)用中，特別是小功率場合，較多采用單相可控整 流電路。當功率超過 4KW 時，考慮到三相負載的平衡，因而采用三相橋式全控整流電路。 第三章 電路設(shè)計 主電路原理分析 晶閘管按從 1 至 6 的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖 示的 順 序編號，即共陰極組中與a、 b、 c 三相電源相接的 3 個晶閘管分別為 VT VT VT 5， 共陽極組中與 a、 b、 c三相電源相接的 3 個晶閘管分別為 VT VT