单相桥式整流电纯电阻负载课程设计.docVIP

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,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 2.1.1 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）： 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(处给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(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： 图（2） 2.1.2 参数计算 1）晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 。 2）整流电压平均值为： α=0时，Ud= Ud0=0.9U2。α=180(时，Ud=0。可见，α角的移相范围为180(。 3）向负载输出的直流电流平均值为： 4）流过晶闸管的电流平均值 ： 5）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： 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： 由上两式可见 不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2=141.4V，考虑安全余量，则晶闸管额定电压UN=（2~3）=283~424V ⅰ）所选晶闸管电流有效值ITn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（1.5~2）倍的安全余量。即 ITn=1.57IT（AV）=（1.5~2）ITM IT（AV）≥（1.5~2）ITM／1.57 5）当α=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，则ID=（1.5~2）IT =4.725~6.3A。 6）晶闸管VT1和VT4触发角α脉冲延迟时间t=αT／360°=0.0017s VT2和VT3触发角α脉冲延迟时间