三相半波整流电路设计

晶闸管三相半波整流电路的设计与

仿真说明书

学院：电信工程学院

班级：电气工程及其自动化（2）班

姓名：陈建龙

学号：09230220

指导老师 ：杨巧玲

摘要 三相整流电路有三相半波整流电路、三相桥式半控整流电路和三

相桥式全控整流电路，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及

触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常

规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。

Matlab提供的可视化仿真工具Simtlink可直接建立电路仿真模型，

随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进

一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相半波整流电路进

行建模，对不同控制角、故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深

了三相半波整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良

好的实验基础。

关键词: 三相半波整流电路、晶闸管、MATLAB仿真

目录

第一章 设计任务与设计要求..........................4

1、设计任务...................................4

2、设计要求...................................5

第二章 方案设计....................................6

第三章 系统设计....................................7

1、主电路设计.................................7

2、控制电路设计...............................9

3、保护电路设计...............................12

第四章 系统参数计算................................16

1、主电路参数计算.............................16

2、保护电路参数计算...........................17

第五章 系统仿真....................................19

1、仿真电路...................................19

2、仿真参数...................................19

3、仿真波形...................................20

设计体会...........................................29

参考文献...........................................30

第一章、设计任务及要求

一、设计题目

三相半波整流电路的负载分析。

二、设计目标及技术要求

掌握三相半波整流电路的工作原理和分析方法，设计三相半波可控整流电

路；利用MATLAB中的Simulink对三相半波整流电路进行建模，调整负载、触发

角等参数进行系统仿真，输出相关波形并分析实验结果。

三、给定仿真或实验条件

晶闸管三相半波整流电路，参数要求：

电网频率 f=50Hz

电网额定电压 U=380v

负载性质：电阻（10Ω）

电阻（10Ω）、电感（10mH）。

四、具体设计过程要求

（1）了解整流和触发电路的基本原理。

（2）掌握三相半波可控整流电路的工作原理和设计方法，制定三相半波可

控整流电路的设计方案。

（3）根据设计要求，选择合适的器件，组建整流主回路、控制回路。

（4）设计驱动电路、保护回路，并计算各器件参数。

（5）对系统进行建模、仿真，改变负载性质和负载大小，观察、绘制输出

波形，并分析实验结果。

五、仿真、实验结果分析要求等

（1）熟悉matlab/simulink/power system中的仿真模块用法及功能；

（2）根据设计电路搭建仿真模型；

（3）设置不同负载参数并进行仿真；

（4）绘制不同触发角时对应的电压电流波形。

六、设计的心得体会要求等

附主要参考书目

1、三相半波可控整流电路的负载分析

时，如果负载电感足够大，电感储能足够大，电感储能足以使晶闸管在U2过零

变负以后仍然维持导通，直到下一相的晶闸管触发导通，才发生换流，也就是说，

在a > π/6时，由于电感的作用，仍然能使各相的晶闸管触发导通2π/3，从

而保证电流的连续，在这种情况下，Ud的波形中会出现负的部分，随着a 的增

大，Ud的波形中负的部分增多，至a=π/2时，Ud波形中正负部分的面积相等，

相当于Ud的平均值为零。可见，阻感负载时触发角a的移向范围为0-π/2。

基本数量关系：

1） 整流输出电压平均值Ud为

当a=0时，Ud=1.17U2，当a=π/2时，Ud=0，可见触发角a的移向范围为

0-π/2。

2） 整流输出电压有效值U为

3 U=2π5π+α6π+α6(2u2sinωt)d(ωt)=u2232π(+cos2α) 2π32

3） 整流输出电路平均值Id=Ud/R,流过每个晶闸管电流的平均

值Idvt=Id/3。

4） 流过变压器二次绕组的电流也就是流过晶闸管的电流，其有

效值为：

I2=IVT1=Id=0.557Id 3

图3-3 典型的脉冲形成原理图

对三相半波可控整流电路,每个周期需要3个触发脉冲, 以便在每个周期相同的时间间隔中,VTH1 ,VTH2 ,VTH3 轮流导通。本设计采用集成触发芯片KJ004，设计电路如图3-4所示。对于三相半控整流电路，需要三组这样的触发脉冲即可。

同步信号 KJ004

8 16 +15v 7 12

-15v 5 11

+15v 3

4 1

-15v 9

图3-4 KJ004触发电路

如图3-5为直流供电电路：

图5-1 三相半波整流电路Matlab/Simulink电路

二、仿真参数

1、电源参数设置

三相电源a、b、c电压设为220V，频率设为50Hz，相角依次设为0、240、120。

2、触发脉冲参数设置

三相触发脉冲G1、G2、G3的触发角设置通过公式M=(π/6+α)/2π*0.02，

计算设定，其中a的范围为0-π/2，G1、G2、G3触发角互差120度。触发脉冲的幅值设置为5，脉冲宽度设置为5，脉冲周期设置为0.02s。

3、负载参数设置

通过仿真发现负载电阻和电感的值决定着负载电流和电压的大小和波形，电感太大二次侧电流波形毛刺多，负载流电流几乎平直，但电流上升速度慢，电感太小负载电流波形不平滑，甚至不连续，但上升速度快，相反电阻太大输出电流波形不平滑但上升速度快，电阻太小输出电流波形平滑，但上升速度慢。

实验波形如下图所示：

（1）、电阻R=100 不变，电感L=1或0.001变化时的波形比较： 1）、负载R=100

图5-2 负载为R=100 L=1e-3 a =

时的波形

图5-3 负载为

R=100 L=1 a =

时的波形

图5-4 负载为R=100 L=1e-3 a =30时的波形

图5-5负载为R=100 L=1 a =30时的波形

图5-6 负载为R=100 L=1e-3 a =60时的波形

图5-7负载为R=100 L=1 a =60时的波形

图5-8 负载为R=100 L=1e-3 a =90时的波形

图5-9 负载为R=100 L=1 a =90时的波形

（2）电感为L=10 R=100或1000变化时的波形比较

图5-10负载为L=10 R=100 a =0时的波形

图5-11负载为L=10 R=1000 a =0时的波形

图5-12 负载为L=10 R=100 a =30时的波形

图5-13 负载为L=10 R=1000 a =30时的波形

图5-14 负载为L=10 R=100 a =60时的波形

图5-15 负载为L=10 R=1000 a =60时的波形

图5-16 负载为L=10 R=100 a =90时的波形

图5-17 负载为L=10 R=1000 a =90时的波形

由以上波形可以看出：

a ≤30︒时，整流电压波形与电阻负载时相同。因为两种负载情况下，负载电流均连续。

a >30︒时，当U2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。这种情况下Ud波形中出现负的部分0 。

若a继续增大，Ud波形中负的部分将增多，至a=90°。

负载电流波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将负载电流波形近似为一条水平线。

阻感负载时的移相范围为90︒ 。

设计体会

这次电力电子技术课程设计，让我们有机会将课堂上所学的理论知识运用到

实际中。并通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较。从而进一步验证了所学的理论知识。指导我们在以后的学习，多动脑的同时，要善于自己去发现并解决问题。这次的课程设计，还让我知道了最重要的是心态，在你拿到题目时会觉得困难，但是只要充满信心，就肯定会完成的。

通过电力电子技术课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知识的学习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、完成一个基本的设计任务。在此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了三相半波整流电路的原理及MATLAB仿真电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一步的提高，让我对以后的工作学习有了更大的信心。通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。

除了对理论知识更深地理解，同时也培养了以下几点能力。第一，提高了自己撰写课程设计报告水平，提高了自己的书面表达能力。第二，提高了运用所学的各门知识解决问题的能力，在本次课程设计中，涉及到很多学科，学会了如何整合自己所学的知识去解决实际问题。第三，深刻理解了三相半波整流电路的原理及应用。

参考文献

[1] 张加胜, 张磊. 电力电子技术[ M] . 东营: 中国石油大学出版社, 2004. 6.

[2] 林忠岳. 电力电子变换技术[ M ] . 重庆: 重庆大学出版社,1997.

[3] 莫正康. 电力电子技术. ( 第3 版) [ M ] . 北京: 机械工业出版社, 2000.

[4] 陈坚. 电力电子学: 电力电子变换和控制技术[ M ] . 北京: 高等教育出版

社, 2002.1.

[5] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2002.

[6] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.北京：机械工业出版社，2007.

[7] 贺益康，潘再平.电力电子技术基础.浙江：浙江大学出版社，2003.

[8] 李维波.MATLAB在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社，2007.

[9] 郑亚民，蒋保臣.基于Matlab／Simulink的整流滤波电路的建模与仿真[Jl.电子技术，2002.