三相全桥不控整流电路的设计
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三相全桥不控整流电路的设计 1 三相整流的原理和参数计算1.1 三相不控整流原理三相桥式不控整流电路的原理图如图1-1所示。
该电路中,某一对二极管导通是,输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个,改线电压既向电容供电,也向负载供电。
当没有二极管导通时,由电容向负载供电,d u 按指数规律下降。
设二极管在距线电压过零点δ角处开始导通,并以二极管6VD 和1VD 开始同时导通的时刻为零点,则线电压为2sin()ab u t ω+δ在t=0时,二极管6VD 和1VD 开始导通,直流侧电压等于ab u ;下一次同时导通的一对管子是1VD 和2VD ,直流侧电压等于ac u 。
着两段导通过程之间的交替有两种情况,一种是1VD 和2VD 同时导通之前和6VD 和1VD 是关断的,交流侧向直流侧的充电电流d i 是断续的;另一种是1VD 一直导通,交替时由6VD 导通换相至2VD 导通,d i 是连续的。
介于两者之间的临界情况是,6VD 和1VD 同时导通的阶段与1VD 和2VD 同时导通的阶段在t πω+δ=2/3处恰好衔接起来,d i 恰好连续,可以确定临界条件wRC =当wRC >wRC <d i 断续和连续的条件。
由分析可知,当空载时,输出电压平均值最大,为222.45d U U ==。
随着负载加重,输出电压平均值减小,至wRC =d i 连续情况后,输出电压波形成为线电压的包络线,其平均值为22.34d U U =。
可见,d U 在222.34~2.45U U 之间变化。
1.2 参数设计及计算由设计要求输出电压为400V ,空载是输出电压平均值最大,为222.45d U U ==。
随着系统负载加重,输出电压平均值减小,至wRC =d i 连续情况后,输出电压波形成为线电压的包络线,其平均值为22.34d U U =。
取22.4d U U =,由400d U V =可知,2167U =,则线电压为290a U V =。
目录1 方案设计 (1)2 主电路分析及元件的选择 (2)2.1 主电路的原理分析 (2)2.2 整流变压器的选择 (3)2.3 晶闸管的选择 (4)2.4 平波电抗器的参数计算 (5)3 触发电路的设计 (6)3.1 触发电路的作用及要求 (6)3.2 触发电路的选择 (7)4 保护电路设计 (11)4.1 过电压保护电路设计 (11)4.2 过电流保护电路设计 (12)4.3 缓冲电路的设计 (12)5 MATLAB仿真及结果分析 (14)5.1 MATLAB建模及仿真 (14)5.2 仿真结果及分析 (14)附录Ⅰ (17)附录Ⅱ (18)参考文献 (19)三相桥式整流电路的设计1 方案设计整流电路是电力电子电路中出现最早的一种,它将交流电变为直流电,应用广泛。
当整流负载容量较大,或要求直流电压脉冲较小时,应采用三相整流电路,其交流测由三相电源供电。
三相可控整流电路中,最基本的是三相半波可控整流电路,应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。
本设计要求整流电路带直流电机负载,希望获得的直流电压脉冲较小,所以用三相全波整流比较合理。
三相桥式全控和三相桥式半控是常见的三相桥式可控全波整流电路。
三相半控桥式整流电路适用于中等容量的整流装置或不要求可逆的电力拖动中,它采用共阴极的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成,电路兼有可控与不可控两者的特性。
共阳极组的三个整流二极管总是在自然换流点换流,使电流换到阴极点为更低的一相中去。
该电路在使用中需加设续流二极管,以避免可能发生的失控现象,所以电路不具备逆变能力。
虽然三相半控电路相应触发电路较简单,但只能用于整流不能用于逆变,现在很少使用。
本设计选择使用三相桥式全控整流电路。
整流电路的输入部分是变压器,作用是降低或减少晶闸管变流装置对电网和其它用电设备的干扰,将整流电路与电网隔离,并将电网电压值转变为整流所需输入值。
整流部分是六个晶闸管,是由共阴极的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成。
三相全控桥式整流电路实验报告篇一:实验一、三相桥式全控整流电路实验实验一、三相桥式全控整流电路实验一、实验目的1. 熟悉三相桥式全控整流电路的接线、器件和保护情况。
2. 明确对触发脉冲的要求。
3. 掌握电力电子电路调试的方法。
4. 观察在电阻负载、电阻电感负载情况下输出电压和电流的波形。
二、实验类型本实验为验证型实验,通过对整流电路的输出波形分析,验证整流电路的工作原理和输入与输出电压之间的数量关系。
三、实验仪器1.MCL-III教学实验台主控制屏。
2.MCL—33组件及MCL35组件。
3.二踪示波器 4.万用表 5.电阻(灯箱)四、实验原理实验线路图见后面。
主电路为三相全控整流电路,三相桥式整流的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。
五、实验内容和要求1. 三相桥式全控整流电路2. 观察整流状态下,模拟电路故障现象时的波形。
实验方法:1.按图接好主回路。
2.接好触发脉冲的控制回路。
将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端,将MCL-33 面板上的Ublf接地。
打开MCL-32的钥匙开关,检查晶闸管的脉冲是否正常。
(1)用示波器观察MCL-33的双脉冲观察孔,应有间隔均匀,相互间隔60的幅度相同的双脉冲。
(2)检查相序,用示波器观察“1”,“2”单脉冲观察孔,“1”脉冲超前“2”脉冲60,则相序正确,否则,应调整输入电源。
3.三相桥式全控整流电路(1)电路带电阻负载(灯箱)的情况下:调节Uct(Ug),使?在30o~90o范围内,用示波器观察记录?=30O、60O、90O 时,整流电压ud=f(t),晶闸管两端电压uVT=f(t)的波形,并用万用表记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
ou??= 30°uuia?tOuab=30O?ti a?=90O?tuuabacOuabuac??= 60°u(2)电路带阻感负载的情况下:在负载中串入700mH 的电感调节Uct(Ug),使?在30o~90o范围内,用示波器观察记录?=30O、60O、90O时,整流电压ud=f(t),晶闸管两端电压uVT=f(t)的波形,并用万用表记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
BKP1KP3KP5KP4KP6KP2Ra b cu 图1 三相桥式全控整流电路ωtωtωta b c a b uu 00uu三相桥式全控整流电路的工作原理三相桥式全控整流原理电路结构如图1所示。
三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路,完整的三相桥式整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成(见图1-1)。
6个晶闸管以次相隔60度触发,将电源交流电整流为直流电。
三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式,以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通(上桥臂和下桥臂各一个)。
整流变压器采用三角形/星形联结是为了减少3的整倍次谐波电流对电源的影响。
元件的有序控制,即共阴极组中与a 、b 、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5,共阳极组中与a 、b 、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为 VT 、VT 。
它们可构成电源系统对负载供电的6条整流回路,各整流回路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。
图1-1 三相桥式全控整流原理电路在三相桥式全控整流电路中,对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的,控制角都是α。
由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联,因此整流电压为三相半波时的两倍。
很显然在输出电压相同的情况下,三相桥式晶闸管要求的最大反向电压,可比三相半波线路中的晶闸管低一半。
为了分析方便,使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6,晶闸管是这样编号的:晶闸管KP1和KP4接a 相,晶闸管KP3和KP6接b 相,晶管KP5和KP2接c 相。
晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组,而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。
为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律,分析输出波形的变化规则,下面研究几个特殊控制角,先分析α=0的情况,也就是在自然换相点触发换相时的情况。
图1是电路接线图。
为了分析方便起见,把一个周期等分6段(见图2)。
在第(1)段期间,a 相电压最高,而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通,b 相电位最低,所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。
三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一.实验目的1.熟悉MCL-31A,MCL-33组件。
2.熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。
3.了解集成触发器的调整方法及各点波形。
二.实验内容1.三相桥式全控整流电路2.三相桥式有源逆变电路3.观察整流或逆变状态下,模拟电路故障现象时的波形。
三.实验线路及原理实验线路如图4-9所示。
主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。
触发电路为数字集成电路,可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。
四.实验所需挂件及附件序号1型号MCL—32A电源控制屏备注该控制屏包含“三相电源输出”,“励磁电源”等几个模块。
2MCL-31A低压电源和仪表该挂件包含“给定电源和±15V低压电源”等模块。
3MCL-33晶闸管主电路和触发电路等该挂件包含“晶闸管”、“二极管”“电感”、“触发电路”等几个模块。
4MEL—03三相可调电阻56MEL-02芯式变压器双踪示波器和万用表自备五.实验方法1.按图接线,未上主电源之前,检查晶闸管的脉冲是否正常。
(1)打开MCL-31A电源开关,给定电压有电压显示。
(2)用示波器观察MCL-33的脉冲观察孔,应有间隔均匀,相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。
(3)检查相序,用示波器观察“1”,“2”脉冲观察孔,“1”脉冲超前“2”脉冲600,则相序正确,否则,应调整输入电源。
(4)用示波器观察每只晶闸管的控制极,阴极,应有幅度为1V—2V的脉冲。
注:将面板上的Ublf(当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时)接地,将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。
(5)将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端,调节偏移电压Ub,在Uct=0时,使=150o。
2.三相桥式全控整流电路按图4-9接线,S拨向左边短接线端,将Rd调至最大(450)。
西南交通大学电力电子课程设计三相全控整流电路设计院系:电气工程系专业:电力机车及其自动化姓名:李哲旭班级:电车二班学号:2014121034目录第一章:绪论第二章:电路设计及其功能介绍第三章:仿真实现及其波形分析第四章:总结第一章:绪论整流电路是电力电子电路中出现最早的一种,它是一种将交流电变为直流电的电路,在工业技术上应用十分广泛。
主要用在直流电动机调速,发电机励磁调节,电镀,电解等各种工业生产领域。
整流电路形式多种多样,按照电路结构可分为桥式电路和零式电路;按组成器件可分为不可控、半控和全控三种。
按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
在此,我们着重讨论三相桥式全控整流电路!三相桥式整流电路是现代整流电路中应用最为广泛的,整流电路通常由主电路,滤波器,和变压器组成。
20世纪70年代以后,主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路与负载之间,用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离(可减小电网与电路间的电干扰和故障影响)。
整流电路的种类有很多,有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。
把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。
整流器的输入端一般接在交流电网上。
为了适应负载对电源电压大小的要求,或者为了提高可控整流装置的功率因数,一般可在输入端加接整流变压器,把一次电压U1,变成二次电压U2。
由晶闸管等组成的全控整流主电路,其输出端的负载,我们研究是电阻性负载、电阻电感负载(如直流电动机的励磁绕组,滑差电动机的电枢线圈等)。
以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。
为此,只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚,就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间,这样负载上直流平均值就可以得到控制。
三相桥式全控整流电路课程设计报告目录一、课程概述 (2)1. 课程背景与目的 (2)2. 课程设计任务及要求 (4)二、三相桥式全控整流电路基本原理 (4)1. 三相桥式整流电路结构 (6)1.1 电路组成及工作原理 (7)1.2 电路特点分析 (8)2. 三相桥式全控整流电路工作原理 (9)2.1 触发脉冲的控制 (10)2.2 整流过程的分析 (12)三、电路设计 (14)1. 电路主要参数计算 (15)1.1 输入参数设定 (17)1.2 输出参数计算 (18)1.3 散热设计考虑 (19)2. 电路元器件选择与配置 (20)2.1 整流器件的选择依据 (22)2.2 滤波电容的选择方法 (23)2.3 其他元器件的选择及布局设计 (24)四、仿真分析与实验验证 (26)1. 仿真分析 (27)1.1 仿真模型建立 (28)1.2 仿真结果分析 (29)2. 实验验证过程介绍及结果分析 (30)一、课程概述本课程设计旨在帮助学生深入理解和掌握三相桥式全控整流电路的基本原理、结构特点和工作过程,培养学生分析问题和解决问题的能力。
通过对三相桥式全控整流电路的设计与实现,使学生在理论知识与实际操作相结合的基础上,提高自己的专业素养和实践能力。
课程背景介绍:简要介绍三相桥式全控整流电路的发展历程、应用领域及其在现代电力系统中的重要性。
课程目标设定:明确本课程设计的目标,包括理论知识的学习和实际应用能力的培养。
课程内容安排:详细阐述本课程设计的主要内容,包括三相桥式全控整流电路的基本原理、结构特点、工作原理及参数计算等。
课程实验与测试:通过实验和测试,验证所学理论知识的正确性,培养学生的实际操作能力和团队协作精神。
课程总结与反思:对本课程设计的过程进行总结,分析存在的问题和不足,并提出改进措施,为今后的学习和工作打下坚实的基础。
1. 课程背景与目的随着现代电力电子技术的飞速发展,整流电路在各个领域的应用越来越广泛。
《电力电子技术》三相桥式全控晶闸管整流电路目录一设计要求 (1)1.1概述 (1)1.2设计要求 (1)二小组成员任务分工........................................................................ 错误!未定义书签。
三三相全控桥式主电路原理分析 (2)3.1总体结构 (2)3.2主电路的分析与设计 (2)3.1.1整流变压器的设计原理 (2)3.1.2变压器参数计算与选择 (3)3.3触发电路的分析与设计 (4)3.3.1触发电路的选择 (4)3.3.2 TC787芯片介绍 (4)3.4电路原理图 (6)3.5主电路工作原理 (7)3.6晶闸管保护电路的分析与设计 (7)3.6.1晶闸管简介 (7)3.6.2保护电路 (7)3.6.3晶闸管对电网的影响 (8)3.6.4晶闸管过流保护电路设计 (8)四仿真模型搭建及参数设置 (10)4.1主电路的建模及参数设置 (10)4.2控制电路的建模与仿真 (11)五仿真调试 (14)六设计心得........................................................................................ 错误!未定义书签。
一设计要求1.1概述首先我们要设计出整体的电路分别包括主电路,触发电路以及晶闸管保护电路。
主电路运用的是整流电路。
整流电路是电力电子电路中经常用的一种电路,它将交流电转变为直流电。
这里要求设计的主电路为三相全控桥式晶闸管整流电路。
整流电路将交流电网中的交流电转变成直流电,但为了保护晶闸管正常工作,需要围绕晶闸管设计触发电路、过电压和过电流保护电路。
因此我们可以设计出整体的程序框图之后按照框图进行接下来的电路设计。
三相全控桥式晶闸管整流电路需要使用交流、直流和触发信号,而且还存在电容和电感等非线性元件,如果采用传统的方法,分析和运算都非常繁琐。
实验三三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一.实验目的1.熟悉MCL-31A, MCL-33组件。
2.熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。
3.了解集成触发器的调整方法及各点波形。
二.实验内容1.三相桥式全控整流电路2.三相桥式有源逆变电路3.观察整流或逆变状态下,模拟电路故障现象时的波形。
三.实验线路及原理实验线路如图4-9所示。
主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。
触发电路为数字集成电路,可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。
四.实验所需挂件及附件五.实验方法1.按图接线,未上主电源之前,检查晶闸管的脉冲是否正常。
(1)打开MCL-31A电源开关,给定电压有电压显示。
(2)用示波器观察MCL-33的脉冲观察孔,应有间隔均匀,相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。
(3)检查相序,用示波器观察“1”,“2”脉冲观察孔,“1”脉冲超前“2”脉冲600,则相序正确,否则,应调整输入电源。
(4)用示波器观察每只晶闸管的控制极,阴极,应有幅度为1V—2V的脉冲。
注:将面板上的Ublf(当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时)接地,将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。
(5)将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端,调节偏移电压Ub,在Uct=0时,使α=150o。
2.三相桥式全控整流电路按图4-9接线,S拨向左边短接线端,将Rd调至最大(450Ω)。
合上主电源,调节Uct,使α在30o~90o范围内,用示波器观察记录α=30O、60O、90O 时,整流电压u d=f(t),晶闸管两端电压u VT=f(t)的波形,并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
3.三相桥式有源逆变电路断开电源开关后,将S拨向右边的不控整流桥,调节Uct,使α仍为150O左右。
合上主电源,调节Uct,观察α=90O、120O、150O时, 电路中u d、u VT的波形,并记录相应的Ud、U2数值。
三相桥式全控整流电路原理及电路图,三相桥式全控整流电路原理及电路图三相整流电路的作用:在电路中,当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时,三相整流电路就被提了出来。
图所示就是三相半波整流电路原理图。
在这个电路中,三相中的每一相都单独形成了半波整流电路,其整流出的三个电压半波在时间上依次相差120度叠加,整流输出波形不过0点,并且在一个周期中有三个宽度为120度的整流半波。
因此它的滤波电容器的容量可以比单相半波整流和单相全波整流时的电容量都小。
三相整流电路的工作原理:先看时间段1:此时间段A相电位最高,B相电位最低,因此跨接在A相B相间的二极管D1、D4导电。
电流从A相流出,经D1,负载电阻,D4,回到B相,见图14-1-3中红色箭头指示的路径。
此段时间内其他四个二极管均承受反向电压而截止,因D4导通,B相电压最低,且加到D2、D6的阳极,故D2、D6截止;,因D1导通,A相电压最高,且加到D3、D5的阴极,故D3、D5截止。
其余各段情况如下:时间段2:此时间段A相电位最高,C相电位最低,因此跨接在A相C相间的二极管D1、D6导电。
时间段3:此时间段B相电位最高,C相电位最低,因此跨接在A相C相间的二极管D3、D6导电。
时间段4:此时间段B相电位最高,A相电位最低,因此跨接在B相A相间的二极管D3、D2导电。
时间段5:此时间段C相电位最高,A相电位最低,因此跨接在C相A相间的二极管D5、D2导电。
三相桥式电阻负载整流电路的输出电压波形见图时间段6:此时间段C相电位最高,B相电位最低,因此跨接在C相B相间的二极管D5、D5导电。
时间段7:此时间段又变成A相电位最高,B相电位最低,因此跨接在A相B相间的二极管D1、D4导电。
电路状态不断重复三相半波可控整流电路工作原理:1.电阻性负载三相半波可控整流电路接电阻性负载的接线图如图3所示。
整流变压器原边绕组一般接成三角形,使三次谐波电流能够流通,以保证变压器电势不发生畸变,从而减小谐波。
三相桥式全控整流电路毕业设计论文1系统概述1.1总体方案设计1.2系统工作原理2系统电路设计2.1三相桥式全控整流电路2.2系统触发电路2.3控制及偏移电源2.4给定电源3主电路器件参数计算3.1整流变压器参数计算3.2晶闸管的额定电压及额定电流3.3平波电抗器的电感计算21系统概述整流电路是电力电子电路中最早出现的一种,它将交流电变为直流电,应用十分广泛,电路形式多种多样,各具特色。
可从各种角度对整流电路进行分类,主要分类方法有:按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。
由电力二极管等不可控器件构成的整流电路叫做不可控整流电路,由晶闸管等半控器件构成的整流电路称为半控型整流电路,由门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(PowerMOSFET)以及绝缘栅双极晶体管(IGBT)等全控型器件构成等的整流电路称为全控整流电路。
按电路结构可分为桥式电路和零式电路。
按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向,又分为单拍电路和双拍电路。
本系统属于三相桥式全控整流电路,而三相可控整流电路一般有三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路。
三相半波可控整流电路只需要三个晶闸管,若带阻感负载,则只在正半周开通。
三相半波可控整流电路的特点是简单,但输出脉动大,变压器二次测电流中含直流分量,造成变压器铁心直流磁化。
为使变压器铁心不饱和,需增大铁心截面积,增大了设备的。
因此,实际中一般不采用半波整流,而采用全波整流。
三相可控整流电路中应用较多的是三相桥式全控整流电路,共六个晶闸管组成三对桥臂。
由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载,故该电路为全波整流。
在u2一个周期内,整流电压波形脉动6次,脉动次数多于半波整流电路,该电路属于双脉波整流电路。
变压器二次绕组中,正负两个半周电流方向相反且波形对称,平均值为零,即直流分量为零,不存在变压器直流磁化问题,变压器绕组的利用率也高。
全控三相桥式整流电路的驱动方式全控三相桥式整流电路的驱动方式,乍一听是不是有点复杂?别急,听我慢慢给你讲,保证你听了之后不但懂了,还能恍若明了!这玩意儿,其实说白了,就是把我们平时用的三相交流电,经过一番精巧的“魔法”,变成咱们常用的直流电,解决了很多日常用电的问题。
好比你买个手机,要是它一直没电,你还指望它干啥呢?但如果有了这块“充电宝”——全控三相桥式整流电路,它就能让设备稳定高效地供电。
是不是感觉有点神奇?不过啊,别被名字给吓到,真要讲清楚,没那么难。
这整流电路,看上去好像是高深莫测的东西,但它的工作原理其实挺直接。
我们知道,三相交流电,就是把三条相位差120度的电流接在一起,这样一来,就能提供持续稳定的电力。
可是问题来了,很多电子设备或者电动机,偏偏需要的是直流电,不是交流电。
所以,我们就得通过某种方法,把交流电转换成直流电。
这个“某种方法”就是整流。
听着有点像是要做个什么复杂的数学题,但其实它不过就是把交流电的“上下波动”压平,给咱们提供一个比较“温和”的电流。
说白了,就是把“波动型”的交流电,变成“平稳型”的直流电。
而全控三相桥式整流电路,它是三相整流电路中的一个“高手”。
它的结构就像一个“桥”,所以叫做桥式整流。
这里面的“全控”意思呢,就是它不光是个被动的“整流器”,还能够通过控制开关来“调控”输出电压,达到一个精确控制的效果。
嗯,听着是不是有点像神秘的“调音师”?对,没错!它就像调音师一样,通过不断控制“开关”,让电压在稳定的基础上还能有一定的调节空间,保证电路的高效、平稳工作。
就像调节手机的亮度,亮了不刺眼,暗了不费电,刚刚好。
至于驱动方式,其实是我们控制这些开关的“手段”或“方法”。
全控三相桥式整流电路的驱动方式,通常有两种比较常见的:一种是通过“脉宽调制”(PWM)来控制,一种是通过“相位控制”来调整。
你可能觉得这听起来又是“高大上”的术语,实际呢,都是为了让这些开关工作得更精确、稳定。
三相全桥不控整流电路的设计
1 三相整流的原理和参数计算
1.1 三相不控整流原理
三相桥式不控整流电路的原理图如图1-1所示。
该电路中,某一对二极管导通是,输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个,改线电压既向电容供电,也向负载供电。
当没有二极管导通时,由电容向负载供电,d u 按指数规律下降。
设二极管在距线电压过零点δ角处开始导通,并以二极管6VD 和1VD 开始同时导通的时刻为零点,则线电压为
2sin()ab u t ω+δ
在t=0时,二极管6VD 和1VD 开始导通,直流侧电压等于ab u ;下一次同时导通的一对管子是1VD 和2VD ,直流侧电压等于ac u 。
着两段导通过程之间的交替有两种情况,一种是1VD 和2VD 同时导通之前和6VD 和1VD 是关断的,交流侧向直流侧的充电电流d i 是断续的;另一种是1VD 一直导通,交替时由6VD 导通换相至2VD 导通,d i 是连续的。
介于两者之间的临界情况是,6VD 和1VD 同时导通的阶段与1VD 和2VD 同时导通的阶段在t πω+δ=2/3处恰好衔接起来,d i 恰好连续,可以确定临界条件
wRC =
当wRC >wRC <d i 断续和连续的条件。
由分析可知,当空载时,输出电压平均值最大,为222.45d U U ==。
随着负载加
重,输出电压平均值减小,至wRC =d i 连续情况后,输出电压波形成为线电压的包络线,其平均值为22.34d U U =。
可见,d U 在222.34~2.45U U 之间变化。
1.2 参数设计及计算
由设计要求输出电压为400V ,空载是输出电压平均值最大,为222.45d U U ==。
随着系统负载加重,输出电压平均值减小,至wRC =d i 连续情况后,输出电压波形成为线电压的包络线,其平均值为22.34d U U =。
取22.4d U U =,由400d U V =可知,2167U =,则线电压为290a U V =。
图1-1 三相整流原理图
如图所示,输入三相电压源,线电压290V,50Hz。
整流桥采用二极管,是不可控元件,内阻0.001欧姆。
直流滤波电容3300μF,负载为电阻。
图中的电容起到整流滤波的作用。
如图R是负载电阻,当R趋向于无穷大时,可以看作为负载为空载。
分别设电阻R为10、1和0.1欧姆以及空载。
2 建模与仿真
2.1 输出电压的仿真
如图2-1所示,建立仿真模型。
图2-1 仿真模型
2.1.1电路空载仿真
仿真模型为如图为2-2所示。
图2-2 空载仿真模型
由图2-2所知,电压平均值为410.1V。
直流电压波形如图2-3所示。
图2-3 空载电压输出波形
在空载时,电容不向外界放电,唯一的放电渠道是在整流输出电压从峰值往回降的阶段,所以得到的电压为一条直线。
2.1.2 负载电阻为10欧姆的仿真
负载为10欧姆的仿真模型为如图为2-4所示。
R=Ω的仿真模型
图2-4 10
由图中可知电压平均值为399.4V
负载10
R=Ω直流电压波形如图2-5所示。
R=Ω电压输出波形
图2-5 负载10
如果接上负载,电压会降低。
由于有电压调整,以及电容的充放电,电感的储能,会发生振荡,所以这个阶段得到的电压波形不是一条直线,是一条波动的电压曲线。
2.1.3 负载电阻为1欧姆的仿真
负载为1欧姆的仿真模型为如图为2-6所示。
R=Ω的仿真模型
图2-6 1
由图2-6可得电压平均值为390.1V。
负载1
R=Ω直流电压波形如图2-7所示。
R=Ω直流电压波形
图2-7 负载1
由图2-7比较可知,负载电阻越小,获得的电压平均值越小。
2.1.4 负载电阻为0.1欧姆的仿真
负载为0.1欧姆的仿真模型为如图为2-8所示。
R=Ω的仿真模型
图2-8 0.1
由图2-6可得电压平均值为376.6V。
负载0.1
R=Ω直流电压波形如图2-9所示。
R=Ω直流电压波形
图2-9 负载0.1
分析仿真图形和数据可以得出直流电压和负载电阻的关系:空载时,输出的直流电压波形近似为直线,负载越大电压的纹波越严重;随着电阻的增大,电压平均值越来越小。
2.2电流波形的仿真
分别仿真负载电阻为10、1时的情况。
记录直流电流和a相交流电流,并分析规律。
仿真模型如图2-10所示。
图2-10 电流仿真模型
2.2.1负载电阻为10欧姆电流仿真
a相交流电流波形,如图2-11所示:
图2-11 a相交流电流
直流电流波形如图2-12所示,
图2-12 直流电流波形
2.2.2负载电阻为1欧姆电流仿真
a相交流电流波形,如图2-13所示:
图2-13 1欧姆a相交流电流波形直流电流波形如图2-14所示,
如图2-14 1欧姆直流电流波形
随着负载的加大(10、1),直流侧的电流逐渐增大,且直流侧电流起伏逐渐增大,波纹增加。
同时,a相的电流也逐渐增大,并更接近正弦。
当负载为10时,直流侧电流为断续;负载为1.67时,直流侧电流为临界状态;负载为0.5时,直流侧电流为连续。
2.3平波电抗器的作用
直流侧加1mH电感。
分别仿真轻载10欧姆和重载0.5欧姆时的情况,记录直流和交流电流波形,并计算交流电流的THD。
仿真同样负载条件下,未加平波电抗器的情况,并加以比较分析。
2.3.1 负载10欧姆加1mH电感
图2-15为仿真模型图
图2-15 仿真模型
a相交流电流波形图为图2-16所示,
图2-16 负载10加1mH电感a相交流电流波直流电流波形如图2-17所示,
图2-17 负载10加1mH电感直流电流波形
2.3.2 负载0.1欧姆加1mH电感
a相交流电流波形图为图2-18所示,
图2-18 负载0.1加1mH电感a相交流电流波
直流电流波形如图2-19所示,
图2-19 负载0.1加1mH电感直流电流波形
分析波形和THD值,可知同样负载条件下:有平波电抗器时,直流电流明显平稳很多;有平波电抗器时,a相交流电流也平稳很多;有平波电抗器时的THD较小,即有平波电抗器可以减小整流器交流侧电流的总谐波畸变率。
取输入线电压为290V,输出的直流电压接近400V,此时负载电阻为10欧姆,电容为3300μF,电感为1mH。
3 小结与体会
通过这次的能力拓展训练,对matlab的使用更加熟悉。
这学期的几门课程设计的仿真都使用到了这款软件。
我能力拓展做的题目是三相全桥不控整流电路的设计。
整流电路我们已经接触很多了,所以对整流电路也很熟悉。
我们一般使用的是桥式整流电路。
在看到自己做的题目之后,给人的感觉就就是一个很基础的电路图。
但开始的时候有些纠结,因为题目里要求的是不控整流电路。
可能是对概念的生疏,我把不控整流的概念也忘记了。
于是找到原来学的课本,一看其实就是用不可控元件二极管组成的桥式整流电路。
电路原理图及其原理也就得以解决。
接下来就是有关于仿真的问题了。
虽说经常用matlab,但每次都会遇到新的问题。
就那这次能力拓展训练来说,老师要求横纵坐标要表明其代表的含义。
我曾记得原来好像做过,但现在早忘记了。
于是又早了了原来的资料,加上同学的帮组,这一问题才得以解决。
至于,用matlab的建模和使用simulink的仿真这一块,我想主要的就是多这款软件使用还是不够熟悉,在寻找一些部件的时候,感觉花费了很多的时间。
但等到模型建立完后,剩下的工作就相当较简单,就是一些调试的问题了。
这次的能力拓展训练,加固了自己所学的知识。
有些很基本的东西,有的忘记了,在这次训练中得以加强。
还有就是关于软件的使用。
不说自己会使用了,但比以前知道的更多了。
总之,虽然时间有点紧,但是也有收获。
4 参考文献
[1] 王兆安、刘进军.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2009
[2] 杨荫福、段善旭、朝泽云.电力电子装置及系统.北京:清华大学出版社,2006
[3] 阮毅、陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统.北京:机械工业出版社,2009
[4] 徐月华,汪仁煌. MATLAB与控制系统仿真实践.北京:北京航空航天大学出版社,2009。