三相交流調(diào)壓電路設(shè)計(共22頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上存檔資料 成績： 課 程 設(shè) 計 報 告 書所屬課程名稱 電氣工程設(shè)計軟件計算機操作 題 目 三相交流調(diào)壓電路設(shè)計分 院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2013年6月28日 專心-專注-專業(yè) 目錄第一章 課程設(shè)計內(nèi)容及要求根據(jù)單相交流調(diào)壓電路的原理，設(shè)計一個三相交流調(diào)壓電路。通過MATLAB/SIMULINK仿真分別得到控制角=0°、=30°和=90°時的輸出電壓和電流波形，以及各相觸發(fā)脈沖波形。負載考慮純電阻情況，觸發(fā)脈沖可通過脈沖寬度調(diào)制技術(shù)得到。 仿真電路設(shè)計步驟如下：A. 根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計方案，對要求進行

2、分析。提出初步的設(shè)計方案。B. 然后對方案進行比較，選定合適設(shè)計方案。C. 完成單元電路的設(shè)計和主要元器件的參數(shù)選擇，完成主電路的原理分析。D. 把各個元器件和單元電路連接成我們所需要的仿真電路圖，對搭建的仿真的進行檢驗。E. 如果仿真電路圖無誤，對所需的結(jié)果進行仿真。 最后，把仿真出來的效果圖，寫到課程設(shè)計報告里。 第二章 單相交流調(diào)壓電路的分析 所謂單相交流調(diào)壓就是將兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周波內(nèi)通過控制晶閘管開通相位，可以方便的調(diào)節(jié)輸出交流電壓的有效值。其輸出波形是對稱的，設(shè)正、負半波的控制角均為a。當負載電阻為R，輸入的電源電壓有效值為U1，則此電路的基本電氣參數(shù)如

3、下：1. 負載電阻R上的交流電壓有效值：2. 負載電阻R上的電流有效值：3.功率因數(shù)l：4. 晶閘管的電流平均值： 5.晶閘管電流有效值I及其通態(tài)平均電流：6.圖（1）為單相交流調(diào)壓器在電阻負載時的參數(shù)與控制角a的關(guān)系，其中UR/U1、IR/I0及功率因數(shù)l三者與a的關(guān)系可用同一條曲線表示。 圖（1）單相交流調(diào)壓器在電阻負載時的參數(shù)與控制角a的關(guān)系下面是單相交流調(diào)壓電路圖及其波形如圖(2)、圖(3)： 圖（2）單相交流調(diào)壓電路 圖（3）單相交流調(diào)壓電路波形 第三章 三相交流調(diào)壓電路設(shè)計3.1三相交流調(diào)壓電路的比較根據(jù)單相交流調(diào)壓電路的原理，對三相交流調(diào)壓電路進行設(shè)計。常用的三相交流調(diào)壓線路有電

4、源星型和三角型聯(lián)結(jié)、負載三角型和星型聯(lián)結(jié)。其中星型聯(lián)結(jié)有分為三相三線負載星型線和三相負載三角型聯(lián)結(jié)如圖（4）、圖（5）。下面對這個兩種鏈接進行比較,三相三線負載星型線時，輸出諧波分量低，沒有三次諧波電流，對鄰近通信電路干擾小，因而應(yīng)用比較廣。因為沒有零線，必須保證兩個晶閘管同時導(dǎo)通，負載中才有電流通過，因而必須是雙脈沖或?qū)捗}沖（脈寬大于60度）觸發(fā)。要求移相范圍為150度。晶閘管承受峰值電壓U1.適用于輸出接變壓器初級、變壓器次級為低電壓大電流的負載。三相負載三角型聯(lián)結(jié)：它是一個于三個單相調(diào)壓器組合而成。每相電流波形與單相交流調(diào)壓器相同，其線電流三次諧波分量為零。觸發(fā)移相范圍為180度。晶閘管

5、承受峰值電壓U1.負載必須為三個可拆開的單相負載，所以用的比較少。因此，我選擇三相三線負載星型聯(lián)結(jié)的交流調(diào)壓電路（4)。 圖（4）三相三線負載星型聯(lián)結(jié)交流調(diào)壓電路圖（5）三相負載三角型聯(lián)結(jié)交流調(diào)壓電路3.2三相三線交流調(diào)壓電路的原理分析 三相交流調(diào)壓的電路有各種各樣的形式，圖（4）用的是性能最好、運用最多的三相三線Y形連接的調(diào)壓電路。下面以圖（4）電阻負載為例說明其工作原理。 圖（4）中由于沒有中線，若要負載上流過電流，至少要有兩相構(gòu)成通路，即在三相電路中，至少要有一相正向晶閘管與另一相的反向晶閘管同時導(dǎo)通。為了保證在電路工作時能使兩個晶閘管同時導(dǎo)通，要求采用大于60度的寬脈沖或雙窄脈沖的觸發(fā)

6、電路；為保證輸出電壓三相對稱并有一定的調(diào)節(jié)范圍，要求晶閘管的觸發(fā)信號。除了必須與相應(yīng)的交流電源有一致的相序外，各觸發(fā)信號之間還必須嚴格地保持一定的相位關(guān)系。對圖（4）的調(diào)壓電路，要求A、B、C三相電路中正向晶閘管VT1、VT3、VT5的觸發(fā)信號相位互差，反向晶閘管VT2、VT4、VT6的觸發(fā)信號相位也互差，而同一相中反并聯(lián)的兩個正、反向晶閘管的觸發(fā)脈沖相位應(yīng)互差，即各晶閘管觸發(fā)脈沖的序列應(yīng)按VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的次序，相鄰兩個晶閘管的觸發(fā)信號相位差為。為使負載上能得到全電壓，晶閘管應(yīng)能全導(dǎo)通，因此應(yīng)選用電源相應(yīng)波形起始點作為控制角為=的時刻，該點作為觸發(fā)角的基準點。當

7、為其它角度時，會出現(xiàn)有時三相均有晶閘管導(dǎo)通，有時只兩相晶閘管導(dǎo)通。對于三相導(dǎo)通的情況，導(dǎo)通相負載上電壓為各相電壓。對于兩相導(dǎo)通的情況，導(dǎo)通的兩相每相負載上的電壓為其線電壓的一半，不導(dǎo)通相的負載電壓為零。對電路工作情況分析如：當時，三相導(dǎo)通和兩相導(dǎo)通情況交替出現(xiàn)。三相導(dǎo)通時，每相電阻電壓為相電壓；兩相導(dǎo)通時，導(dǎo)通相電阻電壓為導(dǎo)通兩相線電壓的一半，不導(dǎo)通相電阻電壓為零。當時，由于任何瞬時都是兩相導(dǎo)通，所以導(dǎo)通相電阻電壓為導(dǎo)通兩相線電壓的一半；同上一樣，不導(dǎo)通相電阻電壓為零。當時，會有一區(qū)段內(nèi)三個元件均不導(dǎo)通，這就是三相不導(dǎo)通的情況。在這一段區(qū)間內(nèi)，會出現(xiàn)兩相導(dǎo)通或者三相都不通的情況。兩相導(dǎo)通時負載

8、輸出電壓如前所述。三相都不通時，則三相負載電壓都為零。當時，觸發(fā)脈沖不起作用，晶閘管不導(dǎo)通。所以三相交流調(diào)壓電路電阻負載時觸發(fā)角最大移相角范圍為。由以上分析可得出結(jié)論：交流調(diào)壓所得的負載電壓和電流波形都不是正弦波，且隨著角增大，負載電壓相應(yīng)變小，負載電流開始出現(xiàn)斷續(xù)。當負載為電感性時，交流調(diào)壓輸出的波形就不僅與有關(guān)，也與負載的阻抗角有關(guān)，這時負載電流和電壓波形也不再同相了，其移相角范圍為。由于三相交流調(diào)壓帶阻感性負載的工作情況比較復(fù)雜，很難理論上給出定量的分析，所以在本文后面將結(jié)合其仿真波形進行分析。交流調(diào)壓電路諧波和功率因數(shù)分析：交流調(diào)壓電路采用的是相位控制方式，使電路中出現(xiàn)缺角正弦波形!因

9、此它不可避免地包含高次諧波電流并導(dǎo)致電源波形畸變。在電力電子技術(shù)中有功功率、無功功率、功率因數(shù)的計算和正弦電路中相同。即有功功率為瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值；視在功率指的是電氣設(shè)備電壓有效值和電流有效值的乘積；那么功率因數(shù)則為兩者之比值。在交流調(diào)壓電路中，輸入電壓為正弦電壓，而電流為非正弦波，可以分解成一系列傅立葉級數(shù)形式。電阻負載時三相調(diào)壓電路輸入電流基波和各次諧波的含量與控制角關(guān)系如下： （1）電阻性負載或純電感性負載時，諧波電流僅含n=6k+1次諧波成分，諧波的含量隨諧波次數(shù)的增高而降低。 （2）隨控制角的增大，由于電流有效值的減小，基波和諧波都減小。但基波減小得快，因而有出現(xiàn)諧波成分

10、多于基波成分。（3） 阻感性負載時，各次諧波的諧波電流含量均比電阻負載時要小，基波因數(shù)要高。3.3 仿真電路設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求，選擇元器件： 電路中所用到的器件，主要是220V三相交流電源、。6個反并聯(lián)的晶閘管，即VT1.VT2,VT3,VT4,VT5,VT6還有3個阻感負載。晶閘管的選擇，可控硅在門極無信號，控制電流為0時，在陽(A)一一陰(K)極之間加(J2)處于反向偏置，所以，器件呈高阻抗狀態(tài)，稱為正向阻斷狀態(tài)，若增大而達到一定值，可控硅由阻斷突然轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，這個值稱為正向轉(zhuǎn)折電壓，這種導(dǎo)通是非正常導(dǎo)通，會減短器件的壽命。所以必須選擇足夠正向重復(fù)阻斷峰值電壓(VDRM)。在陽一一陰極之間加

11、上反向電壓時，器件的第一和第三PN結(jié)(J1和J3)處于反向偏置，呈阻斷狀態(tài)。當加大反向電壓達到一定值VRB時可控硅的反向從阻斷突然轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，此時是反向擊穿，器件會被損壞。而且和值隨電壓的重復(fù)施加而變小。在感性負載的情況下，如磁選設(shè)備的整流裝置。在關(guān)斷的時候會產(chǎn)生很高的電壓，如果電路上未有良好的吸收回路，此電壓將會損壞可控硅器件。因此，器件也必須有足夠的反向耐壓VRRM。 可控硅在變流器(如電機車)中工作時，必須能夠以電源頻率重復(fù)地經(jīng)受一定的過電壓而不影響其工作，所以正反向峰值電壓參數(shù)VDRM、VRRM應(yīng)保證在正常使用電壓峰值的2-3倍以上，考慮到一些可能會出現(xiàn)的浪涌電壓因素，在選擇代用參

12、數(shù)的時候,只能向高一檔的參數(shù)選取。 主電路設(shè)計：主電路圖如:圖（6）所示，圖（6）仿真主電路圖 觸發(fā)電路設(shè)計： 三相交流調(diào)壓電路的要求，設(shè)計符合要求的觸發(fā)器，可產(chǎn)生六脈沖觸發(fā)器，六個脈沖分別控制VT1,VT2,VT3,VT4,VT5,VT6的導(dǎo)通，各個脈沖相位相差60度，且脈沖寬度大于60度，為了主電路的設(shè)計的方便和電路結(jié)構(gòu)的清晰，將觸發(fā)電路集成一個模塊。產(chǎn)生觸發(fā)電路圖如:圖（7）所示：圖（7）仿真觸發(fā)電路圖第四章 電路仿真效果圖 各元器件參數(shù)設(shè)置： （1）三相電源對稱正弦交流電，峰值電壓為380V，頻率為50Hz，、初始相位分別為0°，-120°，-240°。（

13、2）晶閘管,電壓測量，與實時數(shù)字顯示等均采用默認設(shè)置。 （3）常量輸入模塊：常量值，輸入設(shè)置為0，輸入端Block是觸發(fā)器模型的使能端Alpha為相移控制角給定信號，單位為（°），這個值根據(jù)仿真需要進行設(shè)置。（4）三項測量模塊V-I Measurement：電壓測量設(shè)置為phase-to-phase，即線電壓。電流測量設(shè)置為yes。（5）三相負載模塊。R=4,L=0.001H.（6）同步6脈沖發(fā)生器：頻率設(shè)置為50Hz，脈沖寬度設(shè)置為70，增益Gain為6。從而是產(chǎn)生的脈沖寬度大于60度，滿足電路的正常工作。（7）仿真參數(shù)設(shè)置：仿真開始時間為0s，停止時間為0.1s。只有當此端置“0

14、”時，才能輸出脈沖。 當改變控制角度時，三相電源電壓波形圖都一樣，即三相電源電壓波形如:圖（8）圖（8）三相電源電壓波形當=0°時，三相電源側(cè)電流波形圖如：圖（9）圖（9）=0°三相電源側(cè)電流波形當=30°時，三相電源側(cè)電流波形圖如：圖（10）圖（10）=30°三相電源側(cè)電流波形當=90°時，三相電源側(cè)電流波形圖為圖（11）圖（11）=90°三相電源側(cè)電流波形觸發(fā)脈沖波形圖如:圖（12）圖（12）觸發(fā)脈沖波形當=0°時，單相負載電壓和電流波形圖如：圖（13）圖（13）=0°單相負載電壓和電流波形當=30°

15、時，單相負載電壓和電流波形圖如：圖（14）圖（14）=30°單相負載電壓和電流波形當=90°時，單相負載電壓和電流波形圖如：圖（15）圖（15）=90°單相負載電壓和電流波形 第五章 課程設(shè)計心得體會 首先感謝王楚老師的兩個星期來的細心指導(dǎo)，剛開始我對這個仿真軟件不怎么懂，在老師老師耐心煩地講解下，我開始慢慢地設(shè)計主電路仿真電路圖，最終圓滿完成這次課程設(shè)計。這次課程設(shè)計，我學(xué)到很多有關(guān)我們專業(yè)知識方面的知識，豐富了自己的知識點，使自己得到提升。同時對SIMULINK仿真有了新的認識。SIMULINK提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大

16、量編寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰、仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點。SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型，進而進行仿真與分析。 在電路進行仿真的過程中，經(jīng)常遇到這樣那樣的問題。如：線路連接錯誤、參數(shù)設(shè)置等。這次課設(shè)增強了自己的設(shè)計和理論聯(lián)系實際的能力，加深對MATLAB軟件功能的理解，學(xué)會了如何用MATLAB設(shè)計三相交流調(diào)壓器，學(xué)會分析理論與實際之間的誤差，為以后理論在實踐中的應(yīng)用打下一個很好的基礎(chǔ) 。其次懂得了各個課程知識不是孤立的，而是相互之間聯(lián)系的，我們要學(xué)會綜合理解知識點以及運用各知識。這次課程設(shè)計涉及到了電力電子技術(shù)、電路、數(shù)學(xué)，控制等眾多知識面，因而我們需要把把各個學(xué)