一．课程设计目的

《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

《电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。

熟悉三相半波可控整流电路带电阻负载和三相半波可控整流电路带电阻电感负载的工作原理。研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作状态。通过设计培养我们对电子线路的分析与应用能力；电子器件的应用能力；

二.设计方案论证

设计题目：三相半波可控整流电路设计

2.1 下图分别为三相半波可控整流电路带电阻负载和三相半波可控整流电路带电阻电感负载的电路图

图一                                    图二

课程设计说明书                 NO.2

2.2设计指标

输入电压：三相交流380伏、50赫兹。

输出功率：2KW；输出电压：DC100V

用集成电路芯片或分立元件组成触发电路。

负载性质：电阻(10Ω)、电阻(10Ω)电感(10mH)。

2.3设计任务

 当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，

2.3.1三相半波可控整流电路带电阻负载

为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波电流流入电网。三个晶闸管分别接入a,b,c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有共端连接方便假设将电路中的晶闸管换作二极管并用VD表示，该电路就成为三相半波不可控整流电路，以下首先分析其工作情况。此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值较大，则该相对应的二级管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相的相电压。

在一个周期中，器件工作情况如下：在wt1～wt2期间，a相电压最高，VD1导通;在wt2～wt3期间，b相电压最高，VD2导通，在wt3～w t4期间，c相电压最高，VD3导通。此后，在下一周期相当于wt1的位置即 wt4的时刻，VD1又导通，如此重复前一周期的工作情况 。因此，一周中 VD1，VD2，VD3轮流导通。每管各导通120°。在相电压的交点wt1，wt2，wt3处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角α的起点，即α=0°，要改变触发角只能在此基础上增大，即沿时间坐标轴右移。若在自然换相点处触发相应的晶闸管导通，则电路的工作情况与以上分析的二极管整流工作情况一样。

当α=0°时，变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形如图所示，另两相电流波形形状相同，相位依次滞后120°，可见变压器二次绕组电流有直流分量。增大α的值，将脉冲后移，整流电路的工作情况发生相应的变化。对于aα=30°的波形，从输出电压电流的波形可以看出，这时负载电流处于连接和断续的临界状态，各相仍导电120°。

课程设计说明书                 NO.3

若α角继续增大，整流电压将越来越小，α=150°时，整流输出电压为零。固电阻负载时α角的移相范围为 150°。

  当输出电压过高时,稳压管被击穿,触发晶闸管导通,把输出端短路,造成过电流,通过保险丝或电路保护器将输入切断,保护了负载。这种电路的响应时间相当于晶闸管的开通时间，约为5～10μs。它的缺点是动作电压是固定的，温度系数大，动作点不稳定。另外，稳压管存在着参数的离散性，型号相同但过电压起动值却各不相同，给调试带来了困难。图5是改进后的电路。其中R1、R2是取样电路，Vz是基准电压。

   输出电压Esc突然升高，晶体管V1、V2导通，晶闸管就导通。基准电压Vz由式 

     Esc=(R1＋R2)(Vz＋UBEI)/R1 

来确定，UBE1为V1的发射结（BE）电压降。本电路的动作电压可变，并且动作点相当稳定。当稳压管为7V时，其温度系数和晶体管V1的发射结（BE）电压的温度系数可以抵消，能使温度系数降得很低。但是对于输出为5～5.5V的直流开关稳压器来说，其常用的动作电压是5.5～6V。那么稳压管电压必在3.5V以下，此电压附近的稳压管的温度变化系数是－20～－30mV/℃。因此,温度变化大的场合保护电路还会发生误动作。采用集成电路电压比较器来检测开关稳压器的输出电压，是目前较为常用的方法，利用比较器的输出状态的改变跟相应的逻辑电路配合，构成过电压保护电路，这种电路既灵敏又稳定。 

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图四 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时α=30°的波形

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图四 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时α=30°的波形

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2.3.2阻感负载

如果负载为阻感负载，且L值很大，则整流电路Id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。

α≤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。α﹥30°时，例如α=60°时的波形如图，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，若α增大，Ud波形中负的部分将增多，至α=90°。

  Ud/ U2与成余弦关系，如果负载中的电感量不是很大，则当α﹥30°后，与电感量足够大的情U2况相比较，Ud中负的部分将会减少，整流电压平均值Ud略为增加，Ud/ U2与α的关系将发生变化。

图六

三相半波可控整流电路共阴极接法电阻电感负载时α=60°的波形

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三参数计算

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2.3.2阻感负载

如果负载为阻感负载，且L值很大，则整流电路Id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。

α≤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。α﹥30°时，例如α=60°时的波形如图，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，若α增大，Ud波形中负的部分将增多，至α=90°。

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2.3.2阻感负载

如果负载为阻感负载，且L值很大，则整流电路Id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。

整流电压平均值计算分两种情况：

1）α≤30°时，负载电流连续，有Ud=1.17 U2 cosα 

当α=0°时，Ud最大，为 Ud=1.17 U2。

2）当α﹥30°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有

 Ud=0.675 U2 ［1+ cos（ 30°+α）］

Ud/ U2随α的变化而变化。

负载电流平均值为

Id=Ud∕R

从晶闸管承受的最大反相电压，不难看出变压器二次线电压峰值，即URM=2.45 U2 

由于晶闸管阴极与零线间的电压即为整流输出电压Ud，其最小值为零，而晶闸管阳极与零线间的最高电压等于变压器二次侧的峰值，因此晶闸管与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即

UFM=1.41 U2

由于负载电流连续，

Ud=1.17 U2 cosα

变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为

I2=IVT=0.577Id

由此可求出晶闸管的额定电流为

IVT(AV)=0.368Id

晶闸管的两端电压波形如图所示，由于负载电流连续，因此晶闸管最大正反相电压峰值均变为变压器二次侧峰值电压，即

UFM= URM=2.45 U2

图中所给Id波形有一定的脉动，与分析单相整流电路阻感负载时所示的Id波形有所不同。这是电路工作的实际情况，因为负载中电感量不可能也不必非常大，往往只要能保证负载电流连续即可，这样Id实际上是有波动的，不是完全平直的水平线。通常为简化分析及定量计算，可以将Id近似为一条水平线，这样近似对分析和计算的准确性并不产生很大影响。

3．电路设计：单元电路的设计；参数计算

 器件选择；绘制电路原理图；

4．撰写课程设计报告（说明书）。

实验内容

整流电路广泛应用于工业中。它可按照以下几种方法分类：1.按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；2.按电路结构可分为桥式电路和零式电路；3.按交流输入相数分为单相电路和多相电路；4.按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。一般当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路等。

二．方案的经济论证

三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过1—2kw的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。另外由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少。而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。当功率超过4KW时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。

三．整流器件的选择及型号的确定

晶闸管SCR为双极型器件，它具有电子和空穴两种载流子的导电功能。晶闸管正常工作时的特性为：

（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

......1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻

2．设计方案论证

包括设计思路、设计方法、有关计算、图表或程序等。

3．设计结果与分析

4．设计体会

1）简述

三相半波整流电路是电力电子电路的常用电路之一，主要由主电路、触发电路和保护电路等几大部分组成，电路见参考资料1的51页。

2）设计的任务、指标内容及要求

1．输入电压：三相交流380伏、50赫兹。

2．输出功率：2kw

3．用集成电路组成触发电路。

4．负载性质：电阻、电阻电感。

5．对电路进行设计、计算与说明。

6．计算所用元器件型号参数。

3）思考题

1、每只晶闸管承受的正反向电压是否相同。

2、电阻负载和电阻电感负载时，触发角的移项范围是多少。

3、电阻电感负载,R由大变小电流脉动情况如何变化，为什么？

五、课程设计的总体要求

⑴熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。

⑵掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。

⑶能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。

⑷按时参加课程设计指导，定期汇报课程设计进展情况。

广泛收集相关技术资料。

思考、刻苦钻研、严禁抄袭。

按时完成课程设计任务，认真、正确地书写课程设计报告。

培养实事求是、严谨的工作态度和认真的工作作风。

六、课程设计的内容

明确设计任务，对所要设计的任务进行具体分析，

充分了解系统性能、指标内容及要求。

制定设计方案

进行具体设计

单元电路的设计

参数计算

器件选择

绘制电路原理图

课程设计报告的主要内容如下：

课题名称

设计的任务、指标内容及要求，应完成的任务。

设计方案选择及论证。

总体电路的功能框图及其说明。

功能块及单元电路的设计、计算与说明。

总体电路原理图及其说明。

所用的全部元器件型号参数等。

收获、体会及改进想法等。

主要参考文献。

九、参考书目：

1．王兆安主编，电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社、2004年1月

2.王云亮主编，电力电子技术.第一版.北京：电子工业出版社、2004年8月

3．梁廷贵主编，现代集成电路实用手册可控硅触发电路分册.北京：科学技术文献出版社、2002年2月

撰写课程设计报告（说明书）：

课程设计报告是对设计全过程的系统总结，也是培养综合科研素质的一个重要环节。

2）参考文献要列出5篇以上，格式如下：

[1] 谢宋和, 甘  勇. 单片机模糊控制系统设计与应用实例[M]. 北京: 电子工业出版社, 1999.5

（参考书或专著格式为:

著者. 书名[M]. 版本(第1版不注). 出版地:出版者, 出版年月：引文所在页码）

[2] 潘新民, 王燕芳. 微型计算机控制技术[M], 第2版. 北京: 电子工业出版社, 2003.4

（1本书只能作为1篇参考文献，不能将1本书列为多个参考文献）

[3] 范立南, 谢子殿. 单片机原理及应用教程[M]. 北京: 北京大学出版社, 2006.1

[4] Newman W M, Sbroull R F. Principles of Interactive Computer Graphics[M]. New York: McGraw Hill, 1979.10

[5]卜小明, 龙全求. 一种薄板弯曲问题的四边形位移单元[J]. 力学学报, 1991,23(1)

（参考期刊杂志格式为: 

作者. 论文题目[J]. 期刊名, 出版年, 卷号(期号): 页码）（期刊名前不写出版地）

[6] Mastri A R. Neuropathy of diabetic neurogenic bladder[J]. Ann Intern Med, 1980, 92(2)

[7] 范立南, 韩晓微, 王忠石等. 基于多结构元的噪声污染灰度图像边缘检测研究[J]. 武汉大学学报(工学版), 2003，49(3)

注：[M]表示参考的是书籍；[J]表示参考的是学术期刊的论文；如果参考会议论文集中的论文用[C]。

自动化机械设备常用的双制式开关器件。在电路未接通时，有的开关点处于导通状态，而另外的开关点则处于关闭状态。当电路接通时，原处于导通状态的开关则转变为关闭状态，处于关闭状态的开关则转变为导通状态。这就是我们在电工原理中所说的常开常闭器件的工作原理。下载本文