電力電子課程設計+三相交流調壓電路研究.doc

電力電子技術課程設計班級 建電1101班學號 111705135姓名 徐瞳揚州大學能源與動力工程學院建筑電氣與智能化二零一四年一月目錄一課程設計題目二課程實際目的三課程設計內容四所設計電路的工作原理(包括電路原理圖、理論波形)五電路的設計過程六各參數(shù)的計算七仿真模型的建立，仿真參數(shù)的設置八進行仿真實驗，列舉仿真結果九對仿真結果的分析十結論十一課程設計參考書一、課程設計題目三相交流調壓電路研究二、 課程設計目的（1） 了解三相交流調壓觸發(fā)電路的工作原理。（2） 加深理解三相交流調壓電路的工作原理。（3） 了解三相交流調壓電路帶不同負載時的工作特性。（4） 掌握三相交流調壓電路MATLAB的仿真方法，會設置各模塊的參數(shù)。三、 課程設計內容1 主電路方案確定2 繪制電路原理圖、分析理論波形3 器件額定參數(shù)的計算4 建立仿真模型并進行仿真實驗6 電路性能分析輸出波形、器件上波形、參數(shù)的變化、諧波分析、故障分析等四、 所設計電路的工作原理(包括電路原理圖、理論波形)交流調壓器應采用寬脈沖進行觸發(fā)。實驗裝置中使用后沿固定、前沿可變的寬脈沖鏈。實驗電路如圖A所示。它由三個單項晶閘管交流調壓器組合而成，三相負載接Y形，公共點為三相調壓器中線，其工作原理和波形與單相交流調壓想通。圖中晶閘管觸發(fā)導通的順序為VT1VT2VT6。由于存在中性線，每一相可以作為一個單相調壓器單獨分析，各相負載電壓和電流僅與本相的電源電壓、負載參數(shù)及控制角有關。整流電壓平均值的計算分如下兩種情況：（1）30時，負載電流連續(xù)，有Uo=1/(2/3) /6+5/6+2U2sintd(t)=36/(2)U2cos=1.17U2cos當=0時，U0最大，U0=1.17 U2（2）30時，負載電流斷續(xù)，晶閘管斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有Uo=1/(2/3)/6+2U2sintd(t)=32/(2) U2 1+cos(6/+) =0.675U2 1+cos(/6+)負載電流平均值為Io=Uo/RP晶閘管承受的最大反向電壓為URM=23U2=2.45 U2UFM=2 U2由于晶閘管陰極與零線間的電壓即為整流輸出電壓U0，其最小值為零，而晶閘管陽極與零線間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值。 圖A 三相交流調壓實驗電路圖五、 電路的設計過程 三相交流調壓器觸發(fā)電路的調試（DJK02上“觸發(fā)電路”的調試） 三相交流電壓電路帶電阻性負載使用正橋晶閘管VT1VT6，按圖A連成三相交流調壓主電路，其觸發(fā)脈沖已通過內部連線接好，只要將正橋脈沖的6個開關扳至“接通”，“U1f”端接地即可。設置交流峰值電壓為100V、頻率為50Hz。晶閘管參數(shù)設置：Rn=0.001，Lon=0H，Vf =0.8，Cs=250e9（25010-9）負載參數(shù)設置：R=450，L=0H，C=inf脈沖發(fā)生器模塊（Pulse）的參數(shù)設置：頻率設置為50Hz，脈沖寬度為2六、 各參數(shù)的計算U2=Um/2=100/270.7V R=450 URM=2.45U2173.315V UFM=2U299.985V30 =0 Uo =1.17 U2=82.719V Io=Uo/R0.184=30 Uo =1.17 U2cos（/6）=71.637V Io=Uo/R0.15930=60 Uo =0.675U21+cos（/6+/3）=47.7225V Io=Uo/R0.106=90 Uo =0.675U21+cos（/6+/2）=23.86125V Io=Uo/R0.053=120 Uo =0.675U21+cos（/6+2/3）=6.3936 V Io=Uo/R0.0142=150 Uo=0.675U21+cos（/6+5/6）=0V Io=Uo/R0 七、 仿真模型的建立，仿真參數(shù)的設置啟動MATLAB 6.1，進入SIMULINK后新建文檔，繪制三相交流調壓系統(tǒng)模型圖。雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對話框內設置相應的參數(shù)。設置交流峰值電壓為100V、頻率為50Hz。晶閘管參數(shù)設置：Rn=0.001，Lon=0H，Vf =0.8，Rs=500，Cs=250e9（25010-9）負載參數(shù)設置：R=450，L=0H，C=inf脈沖發(fā)生器模塊（Pulse）的參數(shù)設置：頻率設置為50Hz，脈沖寬度為23本例中，當=0時，Pulse1為0s，Pulse2為0.01s，Pulse3為0.0067s，Pulse4為0.0167s，Pulse5為0.0132s，Pulse6為0.0232s。當=30時，Pulse1為0.0017s，Pulse2為0.0117s，Pulse3為0.0084s，Pulse4為0.0184s，Pulse5為0.0151s，Pulse6為0.0251s。當=60時，Pulse1為0.0033s，Pulse2為0.0133s，Pulse3為0.0099s，Pulse4為0.0199s，Pulse5為0.0165s，Pulse6為0.0265s。當=90時，Pulse1為0.005s，Pulse2為0.015s，Pulse3為0.0117s，Pulse4為0.0217s，Pulse5為0.0184s，Pulse6為0.0284s。設置好各模塊參數(shù)后，單擊工具欄的 按鈕，得到需要的仿真結果。八、 進行仿真實驗，列舉仿真結果利用MATLAB 6.1，進入SIMULINK后新建文檔繪制如下模型圖進行仿真。雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對話框內設置參數(shù)。設置好參數(shù)后，單擊工具欄的 按鈕，得到需要的仿真結果。=0時的波形圖=30時的波形圖=60時的波形圖=90時的波形圖九、 對仿真結果的分析對于三相調壓電路而言，通過調節(jié)晶閘管來改變控制角，可以對電路中負載的輸出電壓造成影響，表現(xiàn)在負載電壓Uo的復制減小，波形出現(xiàn)延遲現(xiàn)象的程度不同，以及負載電流落后于負載電壓，出現(xiàn)畸變的問題。仿真實驗得出的電壓有效值和理論值之間是有誤差的。=0 理論值Uo =1.17 U2=1.17 Um/2=1.17100282.719V 實際值Uo =100/270.724V誤差=|70.72482.71970.724|10016.96 %=30 理論值Uo =1.17 U2cos=1.17 Umcos(/6)/2=1.1710032271.637V 實際值Uo =100/270.724V誤差=|70.72471.63770.724|1001.29 %=60 理論值Uo =0.675U21+cos（/6+/3）47.7225V 實際值Uo =100/270.724V誤差=|70.72447.722570.724|10032.5%由理論值和實際值相比較可以看出電路還存在一定的誤差，這可能是由于器件參數(shù)選擇不準確，讀數(shù)不精所造成的。但是，理論值已經近似等于了實際值，實驗正確。十、 結論隨著電力電子技術的發(fā)展，交流調壓電路大都采用工作在“交流開關狀態(tài)”的晶閘管，其實質是在恒定交流電源與負載之間接入晶閘管作為交流電壓控制器。晶閘管的控制方式有兩種：一是相位控制，即通過控制晶閘管的導通角來調壓；二是周波控制，在一定時間內，控制晶閘管導通的來達到調壓的目的。本次課程設計對基于晶閘管的三相交流調壓電路的各個方面進行了詳細的分析研究，并通過MATLAB的SIMULINK電力系統(tǒng)工具箱搭建了相應的仿真電路并進行相應的仿真分析，驗證了交流調壓電路的工作原理和相關諧波問題。為交流調壓電路在電爐的溫度控制、燈光調節(jié)（如舞臺燈光調節(jié)）、異步電機軟啟動、異步電機調速等方面應用奠定了良好的基礎。從理論到實踐，在專業(yè)課程設計持續(xù)的日子里，我學到很多東西。此次實踐不僅可以鞏固了我以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過課程設計教育，我認識理論與實際相結合的重要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中隨時會遇到各式各樣的問題，我不斷發(fā)現(xiàn)自己的不足之處。整了個設計過程對我而言可以說是困難重重，譬如對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，不會查閱資料，覺得無從下手等等。在課程設計過程中通過互動指導，我根據(jù)老師的要求一步一步的制定并依次實施計劃，并在設計計劃執(zhí)行過程中學會查閱資料，鼓勵克服心理上的不良情緒，不斷的學