電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

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1、第一章緒　言1.1設(shè)計(jì)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(jí)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(jì)，在發(fā)達(dá)國家有60%的電能經(jīng)過變換后才使用，而這個(gè)數(shù)字在本世紀(jì)初達(dá)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(jì)，發(fā)達(dá)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(jìn)程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。可以毫不夸張地說，如果離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的

2、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(shí)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(jí)的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)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(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)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?yàn)楦鞣N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

3、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(shí)現(xiàn)的。隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整流電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)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(hào)、直流信號(hào)以及觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)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(dāng)繁瑣，高壓情況下實(shí)驗(yàn)也難順利進(jìn)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

4、數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結(jié)果，直觀性強(qiáng)，進(jìn)一步省去了編程的步驟。本文利用Simulink對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行建模，對(duì)不同控制角、橋故障情況下進(jìn)行了仿真分析，既進(jìn)一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時(shí)也為現(xiàn)代電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。此次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)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。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)《晶閘管三相橋式可控整流電路設(shè)計(jì)與仿真》一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)要求：計(jì)算機(jī)仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力電

5、子電路（或系統(tǒng)）的分析和設(shè)計(jì)中。計(jì)算機(jī)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(dòng)強(qiáng)度，提高分析和設(shè)計(jì)能力，避免因?yàn)榻馕龇ㄔ诮铺幚碇袔淼妮^大誤差，還可以與實(shí)物試制和調(diào)試相互補(bǔ)充，最大限度地降低設(shè)計(jì)成本，縮短系統(tǒng)研制周期?？梢哉f，電路的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)大大加速了電路的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)過程。通過本次仿真，學(xué)生可以初步認(rèn)識(shí)電力電子計(jì)算機(jī)仿真的優(yōu)勢，并掌握電力電子計(jì)算機(jī)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(dòng)正負(fù)10%阻感負(fù)載電壓0——250V連續(xù)可調(diào)。

6、2、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）制定設(shè)計(jì)方案；(2)主電路設(shè)計(jì)及主電路元件選擇；(3)驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)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。3、仿真任務(wù)要求（1）熟悉matlab/simulink/powersystem中的仿真模塊用法及功能；（2）根據(jù)設(shè)計(jì)電路搭建仿真模型；（3）設(shè)置參數(shù)并進(jìn)行仿真（4）給出不同觸發(fā)角時(shí)對(duì)應(yīng)電壓電流的波形；4、設(shè)計(jì)的總體要求（1）熟悉整流和觸發(fā)電路的基本原理，能夠運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析設(shè)計(jì)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

7、設(shè)計(jì)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2.1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(dòng)大，脈動(dòng)頻率低的特點(diǎn)，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(diǎn)，對(duì)于相當(dāng)于反電動(dòng)勢負(fù)載的電動(dòng)機(jī)來說，它能滿足其電流容量較大，電流脈動(dòng)小且連續(xù)不斷的要求。2.2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(dòng)機(jī)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(dòng)頻率比三相半波高一倍，因而所需平波電抗器

8、的電感量也減小約一半。三相半波雖具有接線簡單的特點(diǎn)，但由于其只采用三個(gè)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?；谝陨显?，最終我選擇三相橋式全控電路為電機(jī)整流。三相可控整流電路的控制量可以很大，輸出電壓脈動(dòng)較小，易濾波，控制滯后時(shí)間短，因此在工業(yè)中幾乎都是采用三