電力電子與變頻器課程設(shè)計(jì)

1、電力電子技術(shù)與變頻器 學(xué) 院：機(jī)械與電子學(xué)院 姓 名：張 瑞 學(xué) 號：1030620213 班 級：自動化班 專 業(yè)：自動化指導(dǎo)教師：羅先喜 2013年11月20日目錄一.摘要- 1 -二.單相橋式全控整流電路(電阻性負(fù)載)- 2-1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理-3-2.單相橋式全波整流電路建模- 4 -3.仿真結(jié)果與分析- 4 -4.小結(jié)- 6 -三.單相橋式全控整流電路(阻-感性負(fù)載)- 6 -1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理-8 -2.建模- 11-3.仿真結(jié)果與分析-13-4.小結(jié)- 14 -四. 心得體會- 16 -五.參考文獻(xiàn)- 17-摘 要電子技術(shù)的應(yīng)用已深入到工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè),交通運(yùn)輸,空間技

2、術(shù),國防現(xiàn)代化,醫(yī)療,環(huán)保,和億萬人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域,進(jìn)入21世紀(jì)后電力電子技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛,因此對電力電子技術(shù)的研究更為重要。近幾年越來越多電力電子應(yīng)用在國民工業(yè)中,一些技術(shù)先進(jìn)的國家,經(jīng)過電力電子技術(shù)處理的電能已得到總電能的一半以上。本文主要介紹單向橋式全控整流電路的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路圖。一、單相橋式全控整流電路(電阻性負(fù)載)1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu)圖 1 單相橋式全控整流電路(純電阻負(fù)載)的電路原理圖1.2 工作原理在電源電壓正半波，在wt時(shí)，晶閘管VT1，VT4承受正向電壓，晶閘管VT2，VT3承受反向電壓，此時(shí)4個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通，且假設(shè)4個(gè)晶閘管的漏

3、電阻相等，則ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=時(shí)，晶閘管VT1，VT4滿足晶閘管導(dǎo)通的兩條件，晶閘管VT1，VT4導(dǎo)通，負(fù)載上的電壓等于變壓器兩端的電壓U2；在wt=時(shí)，因電源電壓過零，通過晶閘管VT1，VT4的陽極電流小于維持晶閘管導(dǎo)通的條件下降為零，晶閘管關(guān)斷；在電源負(fù)半波，在wt+時(shí)，觸發(fā)晶閘管VT2，VT3使其元件導(dǎo)通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（Ud=-U2）和電流，且波形相位相同。此時(shí)電源電壓反向施加到晶閘管VT1，VT4，使其承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)；在wt=2時(shí)，因電源電壓過零，通過晶閘管VT2，VT3的陽極電流小于維持晶閘管導(dǎo)通

4、的條件下降為零，晶閘管關(guān)斷。 1.3基本數(shù)量關(guān)系a.直流輸出電壓平均值b.輸出電流平均值c.負(fù)載電壓有效值d.負(fù)載電流有效值2. 單相橋式全控整流電路建模在MATLAB新建一個(gè)Model，命名為qk1，同時(shí)模型建立如下圖所示：圖 2 單相橋式全控整流電路(電阻性負(fù)載)的MATLAB仿真模型2.1模型參數(shù)設(shè)置在此電路中，輸入電壓的電壓設(shè)置為220V，頻率設(shè)置為50Hz，電阻阻值設(shè)置為1歐姆，電感設(shè)置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設(shè)置為3V，周期設(shè)置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設(shè)置為10%，觸發(fā)角分別設(shè)置為20，60，90，150因?yàn)閮蓚€(gè)晶閘管在對應(yīng)時(shí)刻不斷地周期性交替導(dǎo)通，關(guān)斷，所以脈

5、沖出發(fā)周琴應(yīng)相差180。a.交流電源參數(shù) b.同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù) c.負(fù)載上的參數(shù)設(shè)置d.示波器參數(shù)示波器五個(gè)通道信號從上到下依次是：1.通過晶閘管電流；2.晶閘管電壓；3.輸入電流4.通過負(fù)載電流Id；5.負(fù)載兩端的電壓Ud。3 仿真結(jié)果與分析a. 觸發(fā)角=20，MATLAB仿真波形如下圖 3 =20單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負(fù)載)b. 觸發(fā)角=60，MATLAB仿真波形如下圖 4 =60單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負(fù)載)c. 觸發(fā)角=90，MATLAB仿真波形如下圖 5 =90單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負(fù)載)d. 觸發(fā)角=150，MATLAB仿真波形如下圖

6、6 =150單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負(fù)載)在電源電壓正半波(0)區(qū)間，晶閘管承受正向電壓，脈沖UG在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id，負(fù)載上有輸出電壓和電流。在t=時(shí)刻，U2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。在電源電壓負(fù)半波(2)區(qū)間，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載上沒有輸出電壓，負(fù)載電流為零，晶閘管上電壓波形與電源電壓波形相同。情況一直持續(xù)到電源的下個(gè)周期的正半波，脈沖信號的來臨。4小結(jié)該輸入電壓U2是交變的，但是負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)跳動兩次，由于橋式整流電路在正負(fù)半周期均能工作

7、，變壓器二次繞組在正負(fù)班子均有大小相等，方向相反的電流流過，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的有效利用率。二、單相橋式全控整流電路(阻感性負(fù)載)1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu)圖 7 單相橋式全控整流電路(阻-感性負(fù)載)的電路原理圖1.2 工作原理（1）在u2正半波的（0）區(qū)間： 晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發(fā)脈沖，處于關(guān)斷狀態(tài)。假設(shè)電路已工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0區(qū)間由于電感釋放能量，晶閘管VT2、VT3維持導(dǎo)通。（2）在u2正半波的t=時(shí)刻及以后：在t=處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通，電流沿aVT1LRVT4bTr的二次繞組a流通，此時(shí)負(fù)載上有輸出電壓（ud=u2）和電流

8、。電源電壓反向加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。（3）在u2負(fù)半波的（+）區(qū)間：當(dāng)t=時(shí)，電源電壓自然過零，感應(yīng)電勢使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。（4）在u2負(fù)半波的t=+時(shí)刻及以后：在t=+處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，電流沿bVT3LRVT2aTr的二次繞組b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓 （ud=-u2）和電流。此時(shí)電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到下一周期t=2+處再次觸發(fā)晶閘管VT

9、1、VT4為止。從波形可以看出90輸出電壓波形正負(fù)面積相同，平均值為零，所以移相范圍是090?？刂平窃?90之間變化時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角，導(dǎo)通角與控制角無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓1.3基本數(shù)量關(guān)系a.直流輸出電壓平均值b.輸出電流平均值2.0電路建模在MATLAB新建一個(gè)Model，命名為，同時(shí)模qk2, 同時(shí)模型建立如下圖所示：圖 8 單相橋式全控整流電路(阻-感性負(fù)載)的MATLAB仿真模型2.1模型參數(shù)設(shè)置在此電路中，輸入電壓的電壓設(shè)置為220V，頻率設(shè)置為50Hz，電阻阻值設(shè)置為1歐姆，電感設(shè)置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設(shè)置為3V，周期設(shè)置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比

10、設(shè)置為10%，觸發(fā)角分別設(shè)置為30，50，90，150，因?yàn)閮蓚€(gè)晶閘管在對應(yīng)時(shí)刻不斷地周期性交替導(dǎo)通，關(guān)斷，所以脈沖出發(fā)周琴應(yīng)相差180a.交流電源參數(shù)b.同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)c.負(fù)載上的參數(shù)設(shè)置d.示波器參數(shù)示波器五個(gè)通道信號從上到下依次是：1.通過晶閘管電流；2.晶閘管電壓；3.輸入電流.； 4.通過負(fù)載電流Id；6.負(fù)載兩端的電壓Ud。3 仿真結(jié)果與分析a. 觸發(fā)角=30，MATLAB仿真波形如下：圖 9 =30單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻-感性負(fù)載)b. 觸發(fā)角=50，MATLAB仿真波形如下圖 10 =50單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻-感性負(fù)載)c. 觸發(fā)角=90，MATL

11、AB仿真波形如下圖 11 =90單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻-感性負(fù)載)d. 觸發(fā)角=150，MATLAB仿真波形如下圖 12 =150單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻感性負(fù)載)4小結(jié)通過仿真可得，由于電感的作用，輸出電壓呈現(xiàn)負(fù)的波形，當(dāng)電感無限增大時(shí)，控制角a在090之間變化時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角=180，導(dǎo)通角與控制角a無關(guān)。經(jīng)過自己仿真，在設(shè)置脈沖時(shí)，不同信號對的晶閘管要給予的脈沖相差180，無論控制角多大，輸出電流波形因電感很大而呈一水平線，在電源輸出反向電壓時(shí)，晶閘管組還沒有脈沖，由于有電感的存在，電感性負(fù)載仍有電流通過，所以通過電阻的電流不變。五、心得體會在整個(gè)單向橋式全控整流電路仿

12、真做下來我們知道當(dāng)其帶電阻性負(fù)載時(shí)電路中盡管電路的輸入電壓U2是交變的，但負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)脈動兩次，由于橋式整流電路在正負(fù)半周期均能工作，變壓器二次繞組在正負(fù)班子均有大小相等，方向相反的電流流過，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的有效利用率。而當(dāng)我們再加上電感時(shí)通過仿真可知，由于電感的作用，輸出電壓出現(xiàn)負(fù)波形，在電源輸出反向電壓時(shí)，晶閘管組還沒有脈沖，由于有電感的存在，電感性負(fù)載仍有電流通過，通過電阻的電流不變。本次設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)的是單相橋式全控整流電路，開始設(shè)計(jì)時(shí)我遇到了很多的問題，特別是在用MTALAB對整流電路進(jìn)行仿真時(shí)，我有種很深的無助感。好在后來經(jīng)過仔細(xì)查閱資料，各類圖書，以及老師和同學(xué)的幫助，我順利完成了課程設(shè)計(jì)中的任務(wù)。在仿真過程中遇到過各式各樣的問題，我不斷發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。整個(gè)設(shè)計(jì)過程發(fā)現(xiàn)以前知識掌握得不夠牢固，總是覺得無從下手等等，不過通過自己查