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1、1 引言电力电子技术又称为功率电子技术， 他是用于电能变换和功率控制的电子技 术。电力电子技术是弱电控制强电的方法和手段， 是当代高新技术发展的重要内 容，也是支持电力系统技术革命发展的重要基础， 并节能降耗、 增产节约提高生 产效能的重要技术手段。 微电子技术、 计算机技术以及大功率电力电子技术的快 速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。电力电子器件是电力电子技术发展的基础。 正是大功率晶闸管的发明， 使得 半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。 而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明， 进一步拓展了电力电 子技术应用和
2、覆盖的领域和范围。 电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济 的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常 生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电， 小到一瓦的手机充电器， 电力电 子技术随处可见。 电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电 力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快， 控制方便， 灵活的 特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约 运行成本方面有很大潜力。随着科学技术的日益发展 ,人们对电路的要求也越来越高 ,由于在生产实际 中需要大小可调的直流电源 ,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定 ,
3、利 用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能 , 是目前获得直流电能的主要 方法,得到了广泛应用。在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网 供给用户的是交流电， 而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、 直流电动机等，需要用直流电。要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半 导体元件产生直流电。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单 向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电， 整流的基础是整流 电路。本文以单相桥式全控整流电路电阻性负载为研究对象，介绍了单相桥式全控整流电路的工作原理，并对MATLAB /SIMULINK模块中电力电子仿真所需要
4、的电力系统模块做了简要的说明，介绍了单相桥式全控整流电路的主要环节及工 作原理，并且分析了触发角为 30。的情况，在此基础上运用 MATLAB软件分 别对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。2单相桥式全控整流电路纯电阻负载2.1理论设计电路分析与工作原理单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如图（1）:U1i2 VT1 4VT3idudlAVT2VT4图（1）1）闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。2）在U2正半周（即a点电位高于b点电位）若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压U2。在触发角a处
5、给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。3） 当U2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。4 ）在U2负半周，仍在触发角a处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。5 ）到U2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形如图（2）所示：b)c)d)uVTt图（2）2.1.2参数计算TU21）晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和 2U22）整流电压平均值为:1v2U 2 sin td( t)22U 2 1 cos0.9U21cos
6、2a=0 时，Ud= Ud0=0.9U2o a=180时，Ud=0。可见，a角的移相范围为1803）向负载输出的直流电流平均值为:Ud2、一 2U 2 1 cosR 20.94R 24）流过晶闸管的电流平均值：dT1ld0.45士1cos2为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热等问题，为此需计算电流有效值。流过晶闸管的电流有效值:It:+ sin t)2d( t)n2 2R、2R ； 2变压器二次电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为:hv2U 22I I2：( R2sin t)2d( t)Js in 2R 2U2由上两式可见It不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为
7、S = U2l2晶闸管选型该电路为纯电阻负载。U2=100V时，不计控制角余量按a =30 计算1 )由 Ud=0.84U 2 得 Ud=83.97V2 )由 P=500W 得 ld=5.95V所以 R=14.11 Q3) W=220V , U2=100V变压器变比K=2.2-山4 )晶闸管承受的最大正向电压为 2=70.7V,最大反向电压为,2U2=141.4V，考虑安全余量，则晶闸管额定电压UN= (23 ) =283424Vi) 所选晶闸管电流有效值lTn大于元件在电路中可能流过的最大电流有效 值。ii) 选择是考虑(1.52 )倍的安全余量。即lTn =1.57l T (AV) = (
8、1.52 ) ItmIt(av ) (1.52 ) Itm /1.57IteRUlsin t)2d( t)U2. 1 sin22R25) 当a =30。时晶闸管流过最大电流有效值Ivt=4.94A，则晶闸管额定电 流It=4.94 / 1.57=3.15A，贝U Id= (1.52 ) It =4.7256.3A。6) 晶闸管VT1和VT4触发角a脉冲延迟时间t= aT/360 =0.0017sVT2 和 VT3 触发角 a 脉冲延迟时间 t= (a+180 ) T/360 =0.0117s7）变压器二次侧电流有效值 |2=6.984A ,贝U S=U 2|2=698.4VA3仿真实验利用MA
9、TLAB仿真软件对单相桥式全控整流电路和控制电路进行建模并仿 真。3.1单相桥式全控整流电路带电阻性负载 MATLAB建模单相桥式全控整流电路电阻性负载仿真电路图如图（3）所示：|UL-&V1E/3 側:图（3）在此电路中，输入电压的电压设置为100V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为14.11欧姆,脉冲输入的电压设置为1V,周期设置为0.02 （与输入电压致周期），占空比设置为10%，触发角设置为30。因为4个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周期应相差180 a.交流电源参数H Biotic Para mete r5： ”AC Toltaje Source (mas
10、k) (link)Ideal sinusoidal AC Voltage source.Pargjnet ersPeak ajnplitude (V)Fr&(iuency CHx):50Sample lime:图（4 ）交流电源Us的参数设定b.同步脉冲信号发生器参数图（5 ） VT1、VT4触发脉冲的设置Pulse type: Lime based.Tine (t): Use simulartion timeAmplitude:IPeriod：0. 02Fulse Width of period):10Phase de 1 ay:0-0117s Interpret vector parane
11、ters as HDOKCancelHeAppl1 -图（6） VT2、VT3触发脉冲的设置幅值均为1V，即大于晶闸管的门槛0.8V，周期为0.02s，也就是50Hz，脉宽均为10,延迟时间分别为0.0017s和0.0117s按照关系式t= ，控制角 =30，周期T=0.02s，则第一个脉冲在t1 = 36000.0017s时到来。互补的两套管在一个周期内各导通一次，所以第二个脉冲在t2=0.01+t 1=0.0117s 。C电阻的参数设置” Block Pa rameter;: RSeries KLC Branch (mask) (Link)Implemerrts a erie brsrLc
12、h of ELC elements,Ue th已Branch type3 paranet &t to add r re=move e 1 emnt s from the brancKPar ajieters图（7）电阻R的设置3.2仿真与分析当触发角a =30。时，电源电压、VT1和VT4上的脉冲信号、VT2和VT3上的脉冲信号、VT4两端的电压、VT4两端的电流、输出的平均电压 Ud、输出电流Id、VT3两端的电压、VT2两端的电流的波形图分别如图（4）所示:23D2D0-i uu13q苹图（4）4触发电路晶闸管可控整流电路是通过控制触发角 a的大小，即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小
13、的，属于相控电路。为保证相控电路正常工作，很重要的是 应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲 由于相控电路一般都使用晶闸管器件， 因此，习惯上也将实现对相控电路相位控 制的电路总称为触发电路。触发电路可分为三个基本环节： 脉冲的形成与放大、 锯齿波的形成和脉冲移 相、同步环节。电路输出为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路） 。触发电路对其产生的触发脉冲要求：1）触发脉冲应有一定的宽度。当aVS（S为停止导电角）触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导 通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当t= S时刻有晶闸管开始承受正向电压时， 触发
14、脉冲仍然存在。 这样， 相当于触发角被推迟为 3。2）在锯齿波同步的触发电路中，触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波 的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。3）触发电路的定相向晶闸管整流电路供电的交流侧电源通常来自电网， 电网电压的频率不是固 定不变的， 而是会在允许范围内有一定的波动。 触发电路除了应当保证工作频率 与主电路交流电源的频率一致外， 还应保证每个晶闸管触发脉冲与施加晶闸管的 交流电压保持固定、正确的相位关系，即触发电路的定相。5 结论这次电力电子技术课程设计， 我完成的是单相桥式全控整流电路纯电阻性负 载。通过实际仿真操作， 我明白了很多关于电力电子仿真技术方面的知识，
15、尤其 是在课本中没有完全介绍的有关 matlab 的软件知识。 要完成这次课程设计， 关 靠书本知识是远远不够的， 所以我查阅了很多关于电力电子的书籍， 并且也通过 网络查到了很多相关的知识，为这次课程设计做了很多帮助。对于课程设计的内容， 首先要做的应是对设计内容的理论理解， 在理论充分 理解的基础上，才能做好课程设计，才能设计出性能良好的电路。整流电路中， 基本元件的选择是最关键的， 开关器件和触发电路选择的好， 对整流电路的性能 指标影响很大。 在这次课程设计过程中， 碰到的难题就是对相关参数的计算， 因 为在学习中没能很好的系统的总结相关知识。 在整个课程设计中贯穿的计算过程 没能很好的把握。在今后的学习中要认真总结经验，对电力电子课
