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1、 淮南师范学院电气信息工程学院2013届自动化专业课程设计报告 成绩课程设计报告题 目： 单相桥式全控整流电路设计 阻感负载 学生姓名： 王新星 学生学号： 0808220134 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 自动化 届 别： 2013 指导教师： 胡艳丽 电气信息工程学院制2012年10月单相桥式全控整流电路设计阻感负载学生：王新星指导老师：胡艳丽电气信息工程学院自动化专业1. 课程设计目的与要求1.1 课程设计目的综合所学知识，设计电压可调功能的直流电源系统（整流电路）。掌握整流电路的工作原理和设计方法。培养自己独立思考分析，独立搜集资料，独立设计的能力。熟练和掌握分析、总结、撰写
2、课程设计的方法。1.2 课程设计要求1.单相桥式全控整流电路设计要求： 负载为阻感负载：L=0.5，R=102.技术要求电源电压：交流100V/50Hz触发角度：0901.3课程设计的研究基础电路，电力电子技术，MATLAB程序设计与应用。2.课程设计方案选择2.1 整流电路 单相相控整流电路分为单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。整流电路的负载可以概括为电阻性负载、阻感负载、电容性负载和电动势负载，负载性质的不同对于电路的影响也各不相同，输出特点不同。 电路简图如下：图1 整流电路在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，晶闸管VT2和VT3组成另一对桥臂。VT1和VT3
3、组成共阴极组，加触发脉冲后，阳极电位高者导通。VT2和VT4组成共阳极组，加触发脉冲后，阴极电位低者导通。触发脉冲每隔180触发一次，分别触发VT1、VT4和VT2、VT3。单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动很小，可近似看作直流，功率因数高，不存在直流磁化现象，输出电压的平均值为单相半波电路的2倍，相同负载下每个晶闸管流过的平均电流减小一半，波形平稳。综上所述，我选择的方案是单相桥式全控整流电路（阻感负载）。2.2 器件的选择晶闸管广泛用于大功率变换和控制的传统器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型普通晶闸管。但从广义上讲，晶闸管还包括许多类型的派生器件。晶闸管结构晶闸管是大功率器件，有三
4、个引脚，分别是阳极A，阴极K，栅极G。晶闸管导通条件阳极施加正向电压。栅极施加正向电压触发信号。晶闸管关断条件晶闸管一旦导通，栅极失去作用，若想使其关断，必须减小其电流至维持电流以下。减小维持电流的方法： 晶闸管承受反向电压或减小正向电压。增加回路电阻。3.主电路的设计3.1主电路的系统框图图2 系统框图3.2系统主体电路原理及工作说明图3 系统原理图 （1）工作原理： 假设电感L取值极大，保证负载电流的连续，近似为一条直线。 在电源电压正半周时，晶闸管VT1和VT4承受正向电压，设晶闸管在时触发，VT1和VT4导通，回路为VT1，负载VT4，电源负极。由于大电感的存在，电源由零变负时，电感上
5、的电动势使继续导通直至VT2和VT3导通。在电源电压负半周时，晶闸管VT2和VT3承受正向电压，晶闸管在时触发导通，负载电流从VT1和VT4换相至VT2和VT3。 在单相桥式整流电路（阻感负载）中，导通角。（2）参数计算1）输出电压平均值和输出电流平均值 (公式1) (公式2) 2)晶闸管的电流平均值和有效值 (公式3) (公式4) 3）输出电流有效值和变压器二次侧电流 (公式5) 4）晶闸管承受的最大正向电压和最大反向电压均为。4.系统仿真和调试 4.1 仿真软件简介Simulink于20世纪90年代初由MathWork公司开发，是MATLAB环境下对动态系统进行建模，仿真和分析的一个软件包
6、。在该软件环境下，用户可以在屏幕上调用现成的模块，并将它们适当连接起来以构成系统的模型，即所谓的可视化建模。建模以后，以该模型为对象运行Simulink中的仿真程序，可以对模型进行仿真，并可以随时观察仿真结果和干预仿真过程。Simulink由于功能强大，使用简单方便，已成为应用最广泛的动态仿真系统软件。4.2系统仿真实现 系统建模在Simulink环境下绘制出单相桥式全控整流电路（阻感负载），元器件模型在simPowerSystem中查找，建立模型。如图4。图4 仿真原理图 设置元器件模型参数1）交流电压源,电压100V,频率50Hz,初始相位。在电压设置中将电压峰值改为141.4。如图5。图
7、5 电压参数2）晶闸管使用默认参数。如图6。图6 晶闸管参数3）负载R的值为10，L的值为0.5H，C的值为inf。如图7。图7负载参数 4) 晶闸管的触发采用脉冲触发器产生，触发器周期和交流电压周期一致。晶闸管的控制角一脉冲的延时时间t来表示，,其中T为电压周期，为控制角。在设置晶闸管触发时脉冲触发器2的延迟时间比脉冲触发器1的多0.01，图8,图9给出了时的参数。 图8 脉冲触发器1参数图9脉冲触发器2参数4.3系统测试波形当控制角时，系统的仿真波形图，见图10：图10 仿真波形数据记录：的平均值为：88.4 V ，的平均值为：8.84 A；实际计算值：的平均值为：90 V ，的平均值为：
8、9.0 A当控制角，系统的仿真波形图，见图11：图11 仿真波形数据记录：的平均值为：76.23V ，的平均值为：7.634 A；实际计算值：的平均值为：77.94 V ，的平均值为：7.794 A当控制角时，系统的仿真波形图，见图12：图12 仿真波形数据记录：的平均值为：43.6 V ，的平均值为：4.34A；实际计算值：的平均值为：45 V ，的平均值为：4.5 A当控制角时，系统的仿真波形图，见图13：图13 仿真波形数据记录：的平均值为：1.96 V ，的平均值为：0.2321 A；实际计算值：的平均值为：0 V ，的平均值为：0 A4.4实验数据分析从各项数据分析可以看出，由于元器
9、件的非线性失真，仿真得到的数据和与实际计算的值有偏差。随着触发脚的增大，电压值随着减小，当触发脚时，电压值为0，整流电路不再产生作用，所以阻感负载的导通角。5.总结5.1设计小结此次的课程设计使我认识到了自己的不足，理论知识学得再好，不能和实际结合那也是无用的。在绘制仿真图形的过程中由于参数设置不对，无法进仿真，最终在同学和自己的努力下完成任务。5.2收获体会通过本次课程设计，对电力电子这门课程和MATLAB仿真有了更深的理解，期间查了不少的资料，独立完成了任务，学习能力有所提高。5.3展望这次的设计主要是针对单相整流电路，这些原理和方法的掌握，为以后三相整流电路的分析打下了坚实的基础。此次的仿真我也感受到了MATLAB的强大，MATLAB提供的可视化仿真工具Simulink可建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且可得到任意的仿真结果，我相信在今后的学习我会经常的使用这个软件。6. 参考文献参考文献1 李先允.电力电子技术.北京：中国电力出版社，20062 刘卫国.MATLAB程序设计与应用M.北京：高等教育出版社，20063 陈治明.电力电子技术基础.北京：机械工业出版社，1992 4 吴锡龙编.电路分析.北京：高等教育出版社，20045 邱关源主编.现代电路理论.北京：高等教育出版社，2001第 1 页
