电力电子课程设计

1 引言

整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。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。 把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。

2 三相可控整流电路

当整流负载较大，或要求直流电压脉动较小，易铝箔时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波的基础上进行分析。

3 三相半波可控整流电路（阻感性负载）

3.1 工作原理

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如果负载为阻感负载，且L值很大，则整流电路Id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。 α≤30°时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。α﹥30°时，例如α=60°时的波形如图，当U2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。这种情况下Ud波形中出现负的部分，若α增大，Ud波形中负的部分将增多，至α=90°时，Ud的平均值为零。可见阻感负载时的移相范围为90度。

u

阻感负载时的电路及 =60 时的波形

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阻感负载时的电路及 =90 时的波形

3.2 基本数量关系

由于负载电流连续，即 Ud=1.17U2cosα

Ud/ U2与成余弦关系，如果负载中的电感量不是很大，则当α﹥30°后，与电感量足够大的U2情况相比较，Ud中负的部分将会减少，整流电压平均值Ud略为增加，Ud/ U2与α的关系将发生变化，即

L很大，如曲线2所示。

L不是很大，则当 >30 后，ud中负的部分可能减少，整流电压平均值Ud略为增加，如曲线3 所示。

1.21.17

Ud/U2

0.80.4

30

9060

) /(°

120

150

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三相半波可控整流电路Ud/U2与 的关系

变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为

I2 IT

13

Id 0.577Id

由此可求出晶闸管的额定电流为

IT(AV)

Id

0.368Id

1.57

由于负载电流连续，晶闸管反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即

UFM URM 2.45U2

三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，因此其应用较少。

4 用saber软件仿真

4.1 设计环境

4.2 元件库

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4.3 元件属性编辑界面

4.4 元件属性值的设定

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4.5 设计中元件选择的原则

选择元件的原则是要综合考虑仿真的精度和仿真的时间。通常情况下，选择的仿真模型精度越高，仿真时间越长。反之，如果选择的仿真模型精度不是很高，则仿真过程需要的时间就越短。

用saber做仿真分析时，得到的仿真结果的精度不仅与仿真模型的精度有关，同时还与仿真过程的控制有关。

4.6 仿真电路图

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5 仿真分析结果

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6 体会

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础． 通过这次设计，本人在多方面都有所提高,

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综合运用本专业所学课程的理论和实际知识进行一次设计工作的训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了整流电路设计等课程所学的内容，掌握整流电路设计的方法和步骤，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在设计过程中对三相半波可控整流电路的工作原理有了更深入的了解。三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。 在前面分析整流电路时，均未考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，认为换相是瞬时完成的。但实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感LB表示，并将其折算到变压器二次侧。由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

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参考文献

[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009

[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005

[3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006 [4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010