三相半波整流电路设计

晶闸管三相半波整流电路的设计与

仿真说明书

学院：电信工程学院

班级：电气工程及其自动化（2）班

姓名：陈建龙

学号：09230220

指导老师：杨巧玲

摘要

三相整流电路有三相半波整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。Matlab提供的可视化仿真工具Simtlink可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相半波整流电路进行建模，对不同控制角、故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相半波整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。

关键词: 三相半波整流电路、晶闸管、MATLAB仿真

第一章设计任务与设计要求 (4)

1、设计任务 (4)

2、设计要求 (5)

第二章方案设计 (6)

第三章系统设计 (7)

1、主电路设计 (7)

2、控制电路设计 (9)

3、保护电路设计 (12)

第四章系统参数计算 (16)

1、主电路参数计算 (16)

2、保护电路参数计算 (17)

第五章系统仿真 (19)

1、仿真电路 (19)

2、仿真参数 (19)

3、仿真波形 (20)

设计体会 (29)

参考文献 (30)

第一章、设计任务及要求

一、设计题目

三相半波整流电路的负载分析。

二、设计目标及技术要求

掌握三相半波整流电路的工作原理和分析方法，设计三相半波可控整流电路；利用MATLAB中的Simulink对三相半波整流电路进行建模，调整负载、触发角等参数进行系统仿真，输出相关波形并分析实验结果。

三、给定仿真或实验条件

晶闸管三相半波整流电路，参数要求：

电网频率f=50Hz

电网额定电压U=380v

负载性质：电阻（10Ω）

电阻（10Ω）、电感（10mH）。

四、具体设计过程要求

（1）了解整流和触发电路的基本原理。

（2）掌握三相半波可控整流电路的工作原理和设计方法，制定三相半波可控整流电路的设计方案。

（3）根据设计要求，选择合适的器件，组建整流主回路、控制回路。

（4）设计驱动电路、保护回路，并计算各器件参数。

（5）对系统进行建模、仿真，改变负载性质和负载大小，观察、绘制输出波形，并分析实验结果。

五、仿真、实验结果分析要求等

（1）熟悉matlab/simulink/power system中的仿真模块用法及功能；

（2）根据设计电路搭建仿真模型；

（3）设置不同负载参数并进行仿真；

（4）绘制不同触发角时对应的电压电流波形。

六、设计的心得体会要求等

附主要参考书目

1、三相半波可控整流电路的负载分析

第二章、设计方案

单相可控整流电路结构简单，对触发电路要求较低，但其输出直流脉动大，对电网属于非对称负载，因此，一般只用于中小容量的场合。如果负载容量较大，或要求输出之脉动较小时，应采用三相可控整流电路或多路整流电路，即变压器的一次侧是三相的，而二次侧是三相或多项的。这样一方面对电网来讲属于对称负载，另一方面可以在直流输出端得到多脉波电路，可以显著改善装置或系统的性能。本设计按要求用三相半波整流电路。

按控制要求，要实现负载电压连续可调，可利用相控整流电路原理，把控制信号的大小转化为整流电流中各晶闸管的门极触发角α，用以控制晶闸管在一个周期中导通的起始时刻，从而实现对整流电路输出电压平均值的控制。

整体设计方案如图2-1所示。

电源三相半波整流电路负载

触

触同步电路发

发信

模集成触发号

块

图2-1 总体框架

第三章、系统设计

一、主电路

三相半波可控整流电路如图3-1所示。为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波电流流人电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线方便。

如图3-1为三相半波整流电路带阻感性负载时的电路及波形，假设电感足够大，负载保持连续且基本平直（近似为一条直线），电路已处于稳态。当a ≤π/6时，电路工作波形与电阻负载一样，负载电流均连续；当a > π/6时，如果负载电感足够大，电感储能足够大，电感储能足以使晶闸管在U2过零变负以后仍然维持导通，直到下一相的晶闸管触发导通，才发生换流，也就是说，在a > π/6时，由于电感的作用，仍然能使各相的晶闸管触发导通2π/3，从而保证电流的连续，在这种情况下，Ud的波形中会出现负的部分，随着a 的增大，Ud的波形中负的部分增多，至a=π/2时，Ud波形中正负部分的面积相等，相当于Ud的平均值为零。可见，阻感负载时触发角a的移向范围为0-π/2。

基本数量关系：

1）整流输出电压平均值Ud为

当a=0时，Ud=1.17U2，当a=π/2时，Ud=0，可见触发角a 的移向范围为0-π/2。

2）整流输出电压有效值U 为

)2cos 2

332(23)()sin 2(23265622αππωωπαπαπ+==?++u t d t u U 3）整流输出电路平均值Id=Ud/R,流过每个晶闸管电流的平均值Idvt=Id/3。

4）流过变压器二次绕组的电流也就是流过晶闸管的电流，其有效值为：

d d VT I I I I 557.0312=== 二、控制电路设计

要实现负载电压在0-510V 之间连续可调，可利用相控整流电路的基本原理，把控制信号的大小转化为整流电流中个晶闸管的门极触发角α，用以控制晶闸管在一个周期中导通的起始时刻，从而实现对整流电路输出电压平均值的控制。移向控制电路就是用来产生前沿相位受控于控制设定信号幅值的脉冲信号，并按主电路结构形式为各晶闸管分配合适的脉冲，这些脉冲经驱动后作为晶闸管的门极