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1、电力电子仿真实验报告一、课程设计名称单相桥式全控整流电路反电动势负载MATLAB仿真二、设计任务及条件1.设计条件：1）电源电压：交流IoOv/50HZ2）输出功率：IKW3）移相范围:30。T50。4）反电势:E=70V2.要求完成的主要任务；（1）主电路设计（包括整流元件定额的选择和计算等），讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。2）触发电路设计：触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的产生。（3）晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计，计算保护元件参数并选择保护元件型号。4）利用仿真软件分析电路的工作过程。三、设计原理1.主电路原理图三21单1日忻武全控整流电ft接质电动监电咱员
2、敕b)图2-2$融电压、电流波形工作原理：当整流电压的瞬时值Ud小于反电势E时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，ud=u2,id=udER,晶闸管关断时，ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度6停止导电，8称作停止导电角。=arcsinE2U2若时，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，保证当晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样,相当于触发角被推迟，即=8o四、保护电路的设计在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压、过电流、du/dt保护和di/dt保护
3、也是必要的。4.1过电压保护以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。图4-1过电压抑制措施及配置位置F%避雷器D%变压器静电屏蔽层C%静电感应过电压抑制电容RC；%阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RCT阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路R%E敏电阻过电压抑制器RC3%阀器件换相过电压抑制用RC电路RCD判阀器件关断过电压抑制用RCD电路(1)交流侧过电压保护可采用阻容保护或压敏电阻保护。a.阻容保护(即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护)单相阻容保护的计算公式如下：C26*iO%*SU22(F)R2.3*U22S*uK96iO(Q)S：变压器
4、每相平均计算容量(VA)；U2:变压器副边相电压有效值(V)；i%;变压器激磁电流百分值；U%：变压器的短路电压百分值。当变压器的容量在(IOToOO)KVA里面取值时i0X=(4T0)在里面取值，Uk%=(5T0)里面取值。电容C的单位为F,电阻的单位为o电容C的交流耐压L5U,.正常工作时阻容两端交流电压有效值。根据公式算得电容值为2.3F,交流耐压为150V,电阻值为27.04,在设计中我们取电容为3F,电阻值为28Q。b.压敏电阻保护Ulm=132U2=l.32100=183.85V选MYG-40D210K型压敏电阻(允许偏差+10%)作交流侧浪涌过电压保护。(2)直流侧过电压保护直流
5、侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成diIdt加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。UlO62(1.8-2)UDE=(1.8-2.2)X101.31=182.36-222.88V选MYGYOD210K型压敏电阻(允许偏差+1096)作直流侧过压保护。4.2过电流保护图4-2过电流保护措施及酉语位整路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。与晶闸管串联的快速熔
6、断器的选用一般遵循以下几条原则：(1)快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值。(2)快速熔断器的额定电流Ikg是指电流有效值，晶闸管额定电流是指电流平均值(通态电流平均值)。选用时要求快速熔断器的熔体额定电流Ikg小于被保护晶闸管额定电流所对应的有效值的1.571(xv),同时要大于正常运行时线路中流过该元件实际电流有效值I+。即1.57IT(AV)IKRIT式中Ir(xv)一一晶闸管通态电流平均值IkK一一快速熔断器的熔体额定电流Ir一一流过晶闸管的电流有效值(3)熔断器(安装熔体的外壳)的额定电流应大于或等于熔体额定电流值。接电阻-反电动势负载的单相全控桥电路，通过晶闸管的有效
7、值IT=8.05,Ir(av)=10.25A,那么选择IRR=IOA比较合适。选取RLS-IO快速熔断器，熔体额定电流IOAo4.3电流上升率di/dt的抑制晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密很大，然后以0.lmmS的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如图4T所示。S4-3串映电感抑制回路4. 4电压上升率du/dt的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率du/dt也应有所限制，如果du/dt过大，由于du/dt晶闸管结电容的存
8、在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制du/dt的作用，可以在晶闸管两端并联RY阻容吸收回路。如图4-4所示。五、系统MATLAB仿真5.1软件介绍本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB,使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法有两种，一是以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。另外一种是面向控制系统电气原理结构图，使用PowerSystem工具箱进行调速系统仿真的新方法。本次系统仿真采用后一种方法。5. 2系统建模与参数设置单相全控桥
9、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、电阻-反电动势负载、测量等部分组成。采用MATLAB面向电气原理结构图方法构成的单相全控桥式整流电路仿真模型。5. 3相应的参数设置：、交流电压源参数；U=100V,f=50Hz;图5-2交流电压源参数设置、晶闸管参数Rn=0.001Q,Lon=OH,Vf=O.8V,Rs=500,Cs=250e-9F;负载参数R=3.7Q,E=70V;(3)、脉冲发生器触发信号1、2的振幅为3V,周期为0.02s(即频率为50Hz),脉冲宽度为2。当触发角为30。时，设置触发信号1的初相位为(0.01/180)+30(即30。),触发信号2的初相位为0
10、.01(0.01/180)*3OS(即210);图5-3触发角为30时，触发信号参数设置当触发角为60时，设置触发信号1的初相位为(0.01/180)*60s(即60),触发信号2的初相位为0.01+(0.01/180)*6OS(即240。),当触发角为90时,设置触发信号1的初相位为(0.01/180)*90s(即90。),触发信号2的初相位为0.01+(0.01/180)*9OS(即270。)；当触发角为120。时，设置触发信号1的初相位为(0.01/180)*120s(BP120),触发信号2的初相位为0.01+(0.01/180)*120s(即300)；(4)示波器相关参数的设定“Mu
11、mberofaxes”设置为8,Timerange”设置为auto,“Ticklabels”设置为bottomaxisonly,“saInPling”设置为DeCilnation1。(5)本系统选择的仿真算法为ode45,仿真Starttime设为0,Stoptime设为0.06so5. 3系统仿真结果及分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图5-4是单相全控桥式整流电路仿真模型在触发角分别为60。、30。、90。、120。、150时的输出曲线叶孑7+ysj.;zc-7y?-f:c-：clTimeoffset:图5-4b触发角为60OffMt图5-4c触发用为90*3IIIII-zII
12、fII-FN一用卜f11F-11i11HFHC-Ciii111：1iHl_11UcJI-:-+-j-W-&-Y-Z-N-4-改三N-NTMfy!_NLJV；NJJ_：人L-IV；卜3NiiiiiiiiiWIvOIlflllillH-1-A，、_-1-+T20DI1IPl1IIr*lIO一.II-II,-IlII-ICTjrrJXJrsJfJ-ryJ7:11Z:IZ:V:IZ图54d触发角为120TeofeTF1、由图5Yabcd知，在电源电压正半周期，当u2E时，晶闸管TV1（和TV4）承受正向电压可以导通，在分别等于30。，60。，90。，120。时施加触发信号CFl,使晶闸管TVI（和TV
13、4）导通，则电源电压通过TVl和TV4加至负载上,晶闸管TVl两端的电压近视为0（忽略管压降），Ua跟踪u2变化，因为是电阻负载，负载电UdU2流波形和负载电压一样。当电源电压u2E时，由于反电动势的存在，TVI（和TV4）将截止导通，负载电流为零，负载电压Ud=E在电源电压负半周期，分析结果与上述大致相同，只是由晶闸管TV2（和TV3）来导通和关断。结果和正半周期一致。2、由图5Ye可知，当触发角a=150。，ud,id近似为0,因为停止导电角6=29.67。，在a=150.33。时就相当于停止导电，所以a=150近似没有导通。六、总结经过不懈的努力我终于顺利的完成了此次单相桥式全控整流电路
14、反电动势负载MTLB仿真实训，其中遇到了许多的问题和困难但是也学到了很多的知识。1.遇到的问题和困难：（1）由于事先理论知识预习的不够充分，所以很多计算问题困难重重，再次花费大量时间去研究,造成实验进度大大减速，效率降低。（2）选取实验元器件时，由于缺乏实际操作经验，常常出现用错元器件，造成实验数据误差很大，重复实验多次。（3）在用MATLAB软件仿真是遇到了许多操作上的问题，致使仿真花费的很多时间才达到有效效果。2.学到的知识：（1）通过这次课程设计我夯实了电力电子的基础知识。（2）对直流斩波有了更深层次的理解。（3）对MTLB软件和电路原理图的设计有了初步了解。课程设计成绩:项目出勤及平时表现（10%）（百分制记分）设计内容成绩（50%）（百分制记分）答辩成绩（20%）（百分制记分）设计报告成绩（20%）（百制记分）注:教师按学生实际成绩（平时成绩和业务考核成绩）登记并录入教务MlS系统，由系统自动转化为“优秀（90IOo分）、良好（8089分）、中等（70
