电力电子技术设计论文

题目：电力电子技术课程设计

姓名: 许丽丽

学号: 1427031102

班级: 14电子（单）

课程名称：电力电子技术

提交日期：2016年10月 10 日

摘要

单相桥式全控整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其效率高原理及结构简单在单相整流电路中应用最多。

本文以单相桥式全控整流电路为研究对象，介绍了单相桥式全控整流电路的工作原理，从总电路出发选择适当的晶闸管触发电路，并设计保护电路使电路安全有效的运行，最终达到整流目的。并对MATLAB中电力电子仿真所需要的电力系统模块做了简要的说明，在此基础上运用MATLAB软件中Simulink模块对主电路的仿真进行了设计，实现了对单相桥式全控整流电路的仿真，并对仿真结果进行分析。

Summary

Single-type all-controlled rectifier circuit is most basic to convert AC to DC circuit, its high efficiency principle and most simple application in single-phase rectifier circuit. Object with a single full-controlled rectifier circuit for this paper introduces single phase bridge full controllable rectification circuit works, selected from the General circuit suitable thermistor trigger circuit and protection circuit is designed to make safe and effective running circuit, and ultimately achieve the purpose rectifier. In MATLAB and the electricity required to power electronics module gives a brief description of the system, based on the use of MATLAB software Simulink module in the main circuit design with simulation and realizes of single fully-controlled rectifier circuit simulation and analysis of the simulation results.

目录

一．综述 (3)

1.1 电力电子技术 (3)

1.2 整流电路 (3)

二．电路设计和仿真设计 (4)

2.1 主电路设计 (4)

2.2晶闸管的选取 (5)

2.3变压器的选取 (6)

2.4仿真软件说明 (3)

2.5仿真模型搭建 (3)

2.6仿真分析 (3)

三．整流电路的计算和选型 (12)

3.1 整流电路的计算 (12)

3.2 选型 (12)

四．课程设计总结 (13)

参考文献 (14)

一、综述

1.1电力电子技术

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制技术。在电气自动化专业中成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的时间性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWN控制技术、交流调压、直流斩波以及边变频电路的工作原理。

1.2整流电路

整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备，整流电路的应用十分广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道、电动汽车、飞机、船舶等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术；各种电子装置如通讯设备中的程控和交换机所用的直流电源、大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。

二．电路设计

2．1 主电路设计

单相桥式全控整流电路的主电路是由VT1，VT2，VT3，VT4四个晶闸管组成，其中晶闸管VT1，VT2为一组桥臂，晶闸管VT3，VT4为另一组桥臂。VT1和VT4的脉冲触发相同，VT2和VT3脉冲出发相同。如图2.1所示。

图2.1主电路原理图及工作波形

在电源电压u2正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在触发角α处给VT1、VT4加触发脉冲，VT1、VT4导通，电流从电源a 端经VT1、负载、VT4流回电源b端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。

在电源电压u2负半周期间，仍在触发延迟角α处触发VT2和

VT3，VT2和VT3导通，电源从b 端流出，经过VT3、R1、VT2流回电源a 端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环的工作下去。

2.2 晶闸管的选取

晶闸管（Thyristor ）是晶体闸流管的简称，又被称为可控硅整流器，俗称可控硅。晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管是PNPN 四层半导体结构，它有三个级:阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛用于可控电流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中

本次设计的单相全控桥式整流电路中的晶闸管接在220v 交流电路中，通过晶闸管电流的有效值为：

=0.632VT

I A

==

=流过晶闸管的有效值

()()(1.5~2)

1.57

0.6322 1.57

0.805VT T AV T AV I I I A ≥=?=普通晶闸管的选择

选择额定电流

n (2~3)3T TM

U U ==?=普通晶闸管的选择

额定电压

2d 11cos 0.4522

10.6752

0.3375VT d U I R A α+===?= 晶闸管电流平均值

I

2.3 变压器的选取

变压器是一种静止的装置，它是依靠磁耦合的作用，将一种等级的电压与电流转换为另一种等级的电压与电流，起着传递电能的作用。

单相桥式全控整流电路带电阻负载，由以上可知变压器二次电流有效值I2.所以变压器容量至少为：

2.4 仿真软件说明

本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB,MATLAB的最突出特点就是简洁。MATLAB用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了C语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观的、最简洁的软件开发环境。

Simulink是MATLAB的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制以及数字信号处理的建模和仿真中。

2.5仿真模型搭建

在电力电子设计过程中利用MATLAB来进行仿真建模分析有很大的好处，它不但非常方便而且能够在很大程度范围内减少因设计问题而造成的浪费。这里的仿真主要是运用MATLAB软件中的Simulink工具。

单相全控桥式整流电路模型主要由交流电源、同步触发脉冲、晶闸管全控桥、负载等部分组成。采用MATLAB面向电器原理结构图方法构成的单相全控桥式整流电路仿真模型。设计的模型如图2.5所示。

图2.5单相全控桥式整流电路模型

2.6 仿真分析

根据本次设计的要求，分别设置晶闸管和脉冲触发角。设置方法如下图2.6、2.7所示。

图2.6晶闸管的脉冲触发设置

图2.7脉冲触发角参数设计

根据设计任务要求设置电阻负载参数、电容和电感负载参数，分别如下图2.8、2.9、2.10所示。

图2.8电阻负载参数设置

图2.9阻感负载参数设置

图2.10电容负载参数设置

参数设置完成后，单击工具栏“Simulation”菜单下的“start”命令进行仿真。得到仿真结果如图2.11所示。

图2.11波形图

三．整流电路的计算和选型

3.1 整流电路参数计算

1.在电阻负载下，整流输出电压的平均值为：

由设计任务电阻R=0.6欧姆，α=60度，在U2=110v时输出电压平均值Ud可由以下公式求得。

2.整流输出电流平均值为:

3.变压器二次电流有效值I2：

3.2 选型

选型:电源电压：交流100v/50Hz，

整流变压器变比为2.2，容量至少为24.2v·A，

输出范围0-90度，

电阻R=500欧姆，

电感L=700mH。

四．课程设计总结

通过这次对单项桥式全控整流电路的课程设计，让我对整流电路有了更加清晰地认识，同时也对触发电路和保护电路也有了更加深刻的认识，同时也学会了用一些基本元部件进行建模的基本方法，加深了对课本知识的进一步理解。

电力电子技术这门课程设计应用到了MATLAB软件，设计时借助MATLAB软件进行系统仿真，进一步熟悉了MATLAB语言机器运用，运用这个软件大大简化了计算和绘图步骤。并且这次的课程设计运用到了Altium Designer 软件进行原理图的绘制，熟练地掌握了Altium Designer 绘图的技巧。书写课程设计说明书使用Office word软件，使我掌握了关于Office word软件的编排和排版技巧，提高了自己对于一些基本软件的运用技能。

最后要说的是，这次的课程设计不仅增加了知识的积累，也让我更加细致的知晓电力电子技术在我们的生活中广泛的运用，让我对将来的实践中打下了基础，让我懂得了自主学习的重要性，还有不论做什么事情都要有恒心，因为所有的坚持都会得到它应有的光彩，收获的种子也会降临到你的生活。

参考文献

【1】王楠，沈倪勇，莫正康，电力电子应用技术【M】.4版.北京：机械工业出版社，2014.

【2】浣喜明，耀为正.电力电子技术【M】.3版.北京：高等教育出版社，2011. 【3】王兆安，刘进军.电力电子技术【M】.5版.北京：机械工业出版社，2010. 【4】谢树林.电力电子应用技术【M】.北京：电子工业出版社，2014.