三相晶闸管交流调压电路的设计与仿真.docx
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三相晶闸管交流调压电路的设计与仿真
三相晶闸管交流调压电路的设计与仿真
1设计任务及分析
1.1电路设计任务
（1）用simulink设计系统仿真模型；能够正常运行得到仿真结果。
（2）比较理论分析结果与仿真结果异同，总结规律。
（3）设计出主电路结构图和控制电路结构图。
（4）根据结构图设计出主电路图和控制电路图，对主要器件进行选型。
1.2电路设计的目的
电力电子装置及控制是我们大三下学期学的一门很重要的专业课，课本上讲了很多电路，比如各种单相可控整流电路，斩波电路，电压型逆变电路，三相整流电路，三相逆变电路，等各种电路，通过对这些电路的学习，让我们知道了如何将交流变为直流，又如何将直流变为交流。
并且通过可控整流调节输出电压的有效值，以达到我们的目的。
而本次三相交流调压电路的设计与仿真，我们需要用晶闸管的触发电路来实现调节输入电压的有效值，然后加到负载上。
本次课程设计期间，我们自己通过老师提供的Matlab仿真技术的资料和我们在网上搜索相关的资料，到图书馆查阅书籍，以及同学之间的相互帮助，让我们学到了很多知识。
通过对主电路的设计与分析，对晶闸管触发电路的设计与分析，了解了他们的工作原理，知道了该电路是如何实现所要实现的功能的，把课堂所学知识运用起来，使我更能深刻理解所学知识，这让我受益匪浅。
通过写课程设计报告，电路的设计，提高了我的能力，为我以后的毕业设计以及今后的工作打下了坚实的基础。
2主电路的设计
2.1主电路的原理分析
根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路句有多种形式。
本次仿真主要是对星形联结电路的工作原理和特性进行分析。
通过对三星三相三线负载星型联结交流调压电路图分析可得，任一相在导通时必须和另一相构成回路。
因此和三相桥式全控整流电路一样，电流流通路径中有两个晶闸管，所以应采用双脉冲或宽脉冲触发。
三相的触发脉冲应依次相差120°，同意向的两个反并联的晶闸管触发脉冲应相差180°。
因此和三相桥式全控整流电路一样，触发脉冲顺序也是VT1~VT6，依次相差60°。
图1三相三线负载星型联结交流调压电路
2.2主电路器件的选择
三相交流调压器的主电路中所用到得器件主要有220V三相交流电源，6个反并联的晶闸管，还有三个电阻负载。
其中6个反并联的晶闸管可用三个双相晶闸管代替，也可以用一个串联谐振代替2个反并联的晶闸管。
晶闸管的选择：
1选择正反向电压
可控硅在门极无信号，控制电流Ig为0时，在阳（A）一一阴（K）极之间加正向电压，（J2）处于反向偏置，所以，器件呈高阻抗状态，称为正向阻断状态，若
增大而达到一定值
，可控硅由阻断突然转为导通，这个
值称为正向转折电压，这种导通是非正常导通，会减短器件的寿命。
所以必须选择足够正向重复阻断峰值电压
。
在阳一一阴极之间加上反向电压时，器件的第一和第三PN结（J1和J3）处于反向偏置，呈阻断状态。
当加大反向电压达到一定值
时可控硅的反向从阻断突然转变为导通状态，此时是反向击穿，器件会被损坏。
而且
和
值随电压的重复施加而变小。
在感性负载的情况下，如磁选设备的整流装置。
在关断的时候会产生很高的电压（∈=-Ldi/dt），如果电路上未有良好的吸收回路，此电压将会损坏可控硅器件。
因此，器件也必须有足够的反向重复峰值电压
。
可控硅在变流器（如电机车）中工作时，必须能够以电源频率重复地经受一定的过电压而不影响其工作，所以正反向峰值电压参数
、
应保证在正常使用电压峰值的2-3倍以上，考虑到一些可能会出现的浪涌电压因素，在选择代用参数的时候,只能向高一档的参数选取。
2选择额定工作电流参数
可控硅的额定电流是在一定条件的最大通态平均电流
，即在环境温度为+40℃和规定冷却条件，器件在阻性负载的单相工频正弦半波，导通角不少于l70℃的电路中，当稳定的额定结温时所允许的最大通态平均电流。
而一般变流器工作时，各臂的可控硅有不均流因素。
可控硅在多数的情况也不可能在170℃导通角上工作，通常是少于这一角度。
这样就必须选用可控硅的额定电流稍大一些，一般应为其正常电流平均值的1.5-2.0倍。
3选择门极（控制级）参数
可控硅门极施加控制信号使它由阻断变成导通需经历一段时间，这段时问称开通时间
，它是由延迟时间
和上升时间
组成。
从门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%，这段时间称为延时时间
；tr是阳极电流从l0％上升到稳态值的90％所经历的时间。
可见开通时间
与可控硅门极的可触发电压、电流有关，与可控硅结温，开通前阳极电压、开通后阳极电流有关，普
通可控硅的
在10μs以下。
在外电路回路电感较大时可达几十甚至几百μs以上（阳极电流的上升慢）。
在选用可控硅时，特别是在有串并联使用时，应尽量选择门极触发特征接近的可控硅用在同一设备上，特别是用在同一臂的串或并联位置上，这样可以提高设备运行的可靠性和使用寿命。
如果触发特性相差太大的可控硅在串联运行时将引起正向电压无法平均分配，使
较长的可控硅管受损，并联运行时
较短的可控硅管将分配更大的电流而受损，这对可控硅器件是不利的，所以同一臂上串或并联的可控硅触发电压、触发电流要尽量一致，也就是配对使用。
在不允许可控硅有受干扰而误导通的设备中，如电机调速等，可选择门极触发电压、电流稍大一些的管子（如可触发电压
>2V，可触发电流
>150mA）以保证不出现误导通，在触发脉冲功率强的电路中也可选择触发电压、电流稍大一点的管。
在磁选矿设备中，特别是旧的窄脉冲触发电路中，可选择一些
、
低一些的管子，如
<1.5V、
在≤100mA以下。
可减少触发不通而出现缺相运行。
以上所述说明在某些情况下应对
和
参数进行选择。
（以上举例对500A的可控硅参考参数）
4选择关断时间（tg）
可控硅在阳极电流减少为0以后，如果马上就加上正向阳极电压，即使无门极信号，它也会再次导通，假如在再次加上正向阳极电压之前使器件承受一定时间的反向偏置电压，也不会误导通，这说明可控硅关断后需要一定的时间恢复其阻断能力。
从电流过0到器件能阻断重加正向电压的瞬间为止的最小时闻间隔是可控硅的关断时间
，由反向恢复时间
和门极恢复时间
构成，普通可控硅的
约150-200μs，通常能满足一般工频下变流器的使用，但在大感性负载的情况下可作一些选择。
在中频逆转应用，如中频装置、电机车斩波器，变频调速等情况中使用，一定要对关断时间参数作选择，一般快速可控硅（即kk型晶闸管）的关断时间在10-50μs，其工作频率可达到1K-4KHZ；中速可控硅（即KPK型晶闸管）的关断时间在60-100μs，其工作频率可达几百至lKHZ，即电机车的变频频率。
3MATLAB建模与仿真
3.1仿真电路图
图2仿真电路图
图3三相交流调压电路电阻负载仿真模型子系统
3.2参数设置
1．模型参数设置
1）三相电源。
对称正弦交流电，幅值为√2*220V，频率为50Hz，Ua,Ub,Uc初始相位分别为0°，-120°，120°。
2）晶闸管,电压测量，与实时数字显示等均采用默认设置。
3）常量输入模块。
常量值，输入设置为0，输入端Block是触发器模型的使能端，只有当此端置“0”时，才能输出脉冲。
Alpha为相移控制角给定信号，单位为（°）。
这个值根据仿真需要进行设置。
4）三项测量模块V-IMeasurement。
电压测量设置为phase-to-phase，即线电压。
电流测量设置为yes。
5）三相负载模块。
R=1Ω。
6）同步6脉冲发生器。
频率设置为50Hz，脉冲宽度设置为10°，并选择用双脉冲。
7）仿真参数设置。
仿真开始时间为0s，停止时间为0.06s。
数值算法采用ode23tb，其它采用默认参数。
3.3仿真结果及分析
设置好各参数后，启动仿真，仿真结果如下。
图4α=30°波形
图5α=60°波形
在任一时刻，可能是三相中各有一个晶闸管导通，这时负载相电压就是电源相电压;也可能两相中各有一个晶闸管导通，另一相不导通，这时导通相的负载相电压是电源线电压的一半。
图6三相电源电压波形
总结
这次课程设计，我重新用到我们相关一章的课本知识，同时SIMULINK仿真有了新的认识。
SIMULINK提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量编写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
适应面广、结构和流程清晰、仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。
SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。
在电路进行仿真的过程中，经常遇到这样那样的问题。
如：
线路连接错误、参数设置等。
这次课设增强了自己的设计和理论联系实际的能力，加深对MATLAB软件功能的理解，学会了如何用MATLAB设计三相交流调压器，学会分析理论与实际之间的误差，为以后理论在实践中的应用打下一个很好的基础。
其次懂得了各个课程知识不是孤立的，而是相互之间联系的，我们要学会综合理解知识点以及运用各知识。
这次课程设计涉及到了电力电子技术、电路、数学，控制等众多知识面，因而我们需要把把各个学科之间的知识融合起来，形成一个整体，提升了自己的综合知识素养。
参考文献
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[5]刘叔军.MATLAB7.0控制系统应用于实例.机械工业出版社.2006年1月
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