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设计目的
、把从电力电子技术及其它先修课程〔电工根底、电子技术、电机学等〕中所学到的理论和实践学问，在课程设计实践中全面综合的加以运用，使这些学问得到稳固、提高，并使理论学问与实践技能亲热结合起来。
初步树立起正确的设计思想，把握一般电力电子电路设计的根本方法和技能，培育观看、分析和解决问题及独立设计的力量，训练设计构思和创力量。
培育具有查阅参考文献和技术资料的力量，能生疏或较生疏地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进展必需的根本技能和根本素养训练。
2、设计任务
依据设计题目要求正确选择掌握方案，查阅参考资料〔注： 具体的题目设计要求见各设计题〕；
绘制电气掌握原理图，包括主电路图及触发电路图(或驱动电路图)，正确选择或设计元器件，订列元器件名目清单；
设计局部工艺图纸〔电气掌握图，电器元件布置图，安装接线图〕；
编制完整的设计说明书。
设计要求
由三相沟通电源供电的电路，简称三相电路。三相沟通电源指能够供给 3 个频率一样而相位不同的电压或电流的电源，最常用的是三相沟通发电机。三相发电机的各相电压的相位互差 120°。它们之间各相电压超前或滞后的次序称为相序。三相电动机在正序电压供电时正转，改为负序电压供电时则反转。因此，使用三相电源时必需留意其相序。一些需要正反转的生产设备可通过转变供电相序来掌握三相电动机的正反转[1]。
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电力电子技术课程设计〔报告〕
在对三相沟通调压电路工作原理分析的根底上，建立了基于MATL AB 的三相沟通调压电路的仿真模型，修改相应的参数，并对其进展了仿真分析和争论。通过仿真分析和参数的修改，验证所建模型的正确性，加深对三相沟通调压电路理解。并对三相沟通调压电路输入电流的谐涉及功率因素进展简洁的计算。最终，对仿真试验进展总结。
三相沟通调压器的触发信号应与电源电压同步，其掌握角是从各
自的相电压过零点开头算起的。三个正向晶闸管VT1、VT 3 、VT 5 的触 发信号应互差120 °，三个反向晶闸管VT 2 、VT 4 、VT 6 的触发信号也应互差120° ，同一相的两个触发信号应互差180° 。总的触发挨次是VT1、VT 2 、VT 3 、VT 4 、VT 5 、VT 6 ，其触发信号依次各差60° 。Y 联接时三相中由 于没有中线，所以在工作时假设要负载电流流通，至少要有两相构成通路。为保证启动时两个晶闸管同时导通，及在感性负载与掌握角较大时仍能保证不同相的正反向两个晶闸管同时导通，要求承受大于60° 的宽脉冲(或脉冲列)或承受间隔为60 °双窄脉冲触发电路[2] 。
方案设计
根本元器件的选择及连接方式
沟通调压电路：输入的是沟通电压，而输出电压波形是沟通电源电压波形的一局部，并且是可调的，这样输出电压的有效值就成为可调。一般沟通调压电路承受的是可控硅掌握，其触发方式有二种：过零触发和移相触发。
可控硅过零触发是对可控硅过零的通——断掌握。可控硅导通时， 沟通电源与负载接通，输出假设干个周波电压以后，可控硅被关断，停 止沟通电压输出；经过肯定周波数后，再使可控硅通，如此重复进展。通过转变导通时间对固定重复周期的比值，从而转变输出电压有效值 的大小。
可控硅的移相触发是对可控硅的导通角掌握。在沟通电压的正、负半周都以肯定的延迟角去触发可控硅的导通，经过转变可控硅的导通角到达输出电压可调的目的。可控硅的移相触发往往在可控硅导通的瞬间使电网电压消灭畸变，带来高次谐波，给电网中的其它用电设备和通讯系统的工作带来不良影响，并且对于电阻性负载在可控硅导通时有较大的冲击电流。
可控硅过零触发方式是把可控硅导通的起始点限制在电源电压过零处，它能很好的抑制移相触发所产生的高次谐波和避开因较大冲击电流引起的电压瞬时大幅度下降。一般的三相沟通可控硅过零触发开
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关电路由同步电路、检零电路等组成，构造简单，牢靠性低，承受分别元件故障率高。本文介绍一种用集成元件构成的三相沟通可控硅过零触发调压电路。三相电源连接方式：常用的有星形连接(即 Y 形)和三角形连接(即△形)。从电源的 3 个始端引出的三条线称为端线(俗称火线〕。任意两根端线之间的电压称为线电压。星形连接时线电压为相电压的根号 3 倍；3 个线电压间的相位差仍为 120°，它们比3 个相电压各超前 30°。星形连接有一个公共点，称为中性点。三角形连接时线电压与相电压相等，且 3 个电源形成一个回路，只有三相电源对称且连接正确时，电源内部才没有环流。
三相负载：按三相阻抗是否相等分为对称三相负载和不对称三相
负载。三相电动机、三相电炉等属前者；一些由单相电工设备接成的 三相负载(如生活用电及照明用电负载)，通常是取一条端线和由中性点引出的中线(俗称地线)供给一相用户，取另一端线和中线给另一相 用户。这类接法三条端线上负载不行能完全相等，属不对称三相负载。三相负载的连接方式也有星形与三角形之分。
沟通调压技术大都承受工作在“沟通开关状态”的晶闸管，其实
质是在恒定沟通电源与负载之间接入晶闸管作为沟通电压掌握器。晶闸管的掌握方式有两种：一是相位掌握，即通过掌握晶闸管的导通角来调压；二是周波掌握，在肯定的时间内，掌握晶闸管导通的工频周期数来到达调压的目的。承受掌握晶闸管通断周波比调压方式的缺点是：难以实现连续调压，不易找到适宜的调压比。这种调压方式在实际应用中受到肯定的限制。所以沟通调压大多以相位掌握方式为主， 该方式是作为开关的晶闸管在每个电源电压波形周期的选定时刻将负载与电源接通，依据选定时刻的不同可得到不同的输出负载电压，从而起到调压作用。
承受晶闸管组成的沟通调压器及可控整流装置等，以其设备体积小、损耗小、电路及掌握较简洁、响应快、价格低廉、牢靠性高、使用和维护便利等优点，而被广泛应用于工业及日常生活电气设备中， 取代了笨重、价高和性能差的调压变压器或串接饱和电抗器等。本文在 MATLAB 仿真环境下，运用 SIMULINK 电力系统工具箱的各种元件模型建立三相沟通调压电路的仿真模型，并对其进展仿真争论。
承受晶闸管组成的沟通调压电路广泛地用于加热装置的功率控 制、灯光调整、异步电机的启动和调速，以及电力系统的调相设备。电路中的晶闸管通常有两种掌握方式：通断掌握及相位掌握。通断控
制通常承受过零触发方式，其网侧高次谐波含量较小，功率因数高[3]。当承受相位掌握方式时，由于输出电压不是正弦波，因而，输入电流中的谐波重量较大，而且存在相位滞后，使系统的功率因素较低。常用的三相沟通调压电路的主要形式如图 2-1 所示。
当沟通调压器负载为阻感性质时，晶闸管的工作状况与整流时阻感负载相像，即在电源电压反向过零时，由于电感产生的感应电势阻碍电流的变化，晶闸管不能马上关断，而使其导电时间延长。此时， 晶闸管的导通角不但与掌握角a 有关，而且与负载的功率因数中有关， 假设a 调整不当，就会产生直流磁化而危及负载，同时直流磁化产生的直流重量对电网运行也带来不利影响。所以本文重点对 Y 形三相三线交
流调压电路，电阻负载V进T1行仿真分析与争论。
A
R1 L1
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B
VT3
VT4
R2 L2
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C
VT5
VT6
R3 L3
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VT2
图 2-1
Y 形三相三线沟通调压原理图
三相电源的选择方式
三相电源的星形联接
把三个电压源的尾端X、Y、Z 连在一起，形成一个节点，称为电源的中性点，用 N 表示。由三个电源的首端 A、B、C 和中性点分别引出四根线对外供电。首端引出三根线称为相线，中性点引出的称为中性线。
三相电源的三角形联接
把三个电压源的始末端依次相连，构成一个闭合回路，连接点各引出一条线。承受三相三线制供电。
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电路的工作原理
变压器是一种静止的电器，具有变换电压、电流和变换阻抗的作用，应用较广泛。由于应用的领域不同，变压器种类繁多，但其工作原理都是以电磁感应原理为根底的，它们的根本构造主要由铁心和线圈〔又称变压器的绕组〕两局部组成。通常将接到沟通电源的绕组称为一次绕组〔又称原绕组、初级〕，而将接到负载的绕组称为二次绕组
〔又称副绕组、次级〕。变压器的一次二次绕组之间有磁耦合，当一次
绕组外加沟通电压后，由于电磁感应作用，使二次绕组产生沟通电压， 而原一次二次绕组之间在电路上没有连接，是相互隔离的。
变压器的变压比〔简称变比〕规定为变压器二次侧开路〔即空载〕 时，变压器的一次绕组与二次绕组电压之比，用字母来表示
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1
1
k = U = N
U N
〔2-1〕
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2O 2
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式中U
为一次侧所加的电压， U
1
为二次侧的开路电压， N 、N 分
2O 1 2
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别为一次、二次绕组的匝数。变压比 k 是变压器的一个重要参数。当
变压器一次侧接通电源，二次侧接通负载后，电路中就会产生电流， 变压器成为负载运行状态。此时变压器一次、二次电流有效值的关系为
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N
I = 2
1 N
1
I = 1 I 〔2-2〕
2 k 2
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变压器的铭牌数据主要是额定电压、额定电流和额定容量，它指
导用户安全、合理地使用。变压器的额定电压是指变压器空载时，各绕组的电压；额定电流是以其额定容量除以额定电压计算得出；额定容量又称额定视在功率，其值等于变压器额定电压与额定电流的乘积。
图 2-1 中由于没有中线，假设要负载上流过电流，至少要有两相构成通路，即在三相电路中，至少要有一相正向晶闸管与另一相的反向晶闸管同时导通。为了保证在电路工作时能使两个晶闸管同时导通， 要求承受大于60 °的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路；为保证输出电压三相对称并有肯定的调整范围，要求晶闸管的触发信号除了必需与相应的沟通电源有全都的相序外，各触发信号之间还必需严格地保持肯定
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变压器的铭牌数据主要是额定电压、额定电流和额定容量，它指
导用户安全、合理地使用。变压器的额定电压是指变压器空载时，各绕组的电压；额定电流是以其额定容量除以额定电压计算得出；额定容量又称额定视在功率，其值等于变压器额定电压与额定电流的乘积。
图 2-1 中由于没有中线，假设要负载上流过电流，至少要有两相构成通路，即在三相电路中，至少要有一相正向晶闸管与另一相的反向晶闸管同时导通。为了保证在电路工作时能使两个晶闸管同时导通， 要求承受大于60 °的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路；为保证输出电压三相对称并有肯定的调整范围，要求晶闸管的触发信号除了必需与相应的沟通电源有全都的相序外，各触发信号之间还必需严格地保持肯定
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的相位关系。对图 2-1 的调压电路，要求 A、B、C 三相电路中正向晶闸管VT1、VT 3 、VT 5 的触发信号相位互差120° ，反向晶闸管VT 4 、VT 6 、VT 2 的触发信号相位也互差120° ，而同一相中反并联的两个正、反向晶闸管的触发脉冲相位应互差180° ，即各晶闸管触发脉冲的序列应按VT1、VT 2 、VT 3 、VT 4 、VT 5 、VT 6 的次序，相邻两个晶闸管的触发信号相位差为60° 。为使负载上能得到全电压，晶闸管应能全导通，因此应选用电源相应波形起始点作为掌握角a = 0° 的时刻，该点作为触发角a 的基准点(如图 2-1 所示)。当a 为其它角度时，会消灭有时三相均有晶闸管导通，有时只两相晶闸管导通。对于三相导通的状况，导通相负载上电压为各相电压。对于两相导通的状况，导通的两相每相负载上的电压为其线电压的一半，不导通相的负载电压为零[4]。
w t
a
1
a
2
图 2-2 掌握角a 的基准点
u
0
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三相沟通调压电路的理论分析
电路工作状态分析
在三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，而线电压超前相电压30° ，因此a 角的移相范围是0° -150° 。在任意时刻可能是三相中各有一个晶闸管导通，这时负载电压就是电源相电压；也可能两相中各有一个晶闸管导通，另一个不导通，这时导通相的负载相电压就是电源线电压的一半。在 MATLAB 仿真环境下，运用 SIMULINK 电力系统工具箱的各种元件模型建立三相沟通调压电路的仿真模型，如图2-2 所示。以 A 相电源电压过零点为时间零点，由于是纯阻性负载，所以触发角Α的移相范围为0° -150° 。并可将150° 的范围分为三段。
(1) 0° £ a < 60°
在这个范围内，电路交替处于三只闸管和两只晶闸管导通的状态，
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因而输的A 相负载电压波形由u 、u
a ab
/ 2 、u
ac
/ 2 交替构成，每只晶闸管
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导通角度为150° - a 。但a = 0° 时是一种特别状况，始终是三个晶闸管导
通。
(2) 60° £ a < 90°
在这个范围内，任一时刻电路有两只晶闸管导通，每只晶闸管导
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通角度为120 °。输出A 相负载电压波形由u
ab
(3) 90° £ a < 150°
/ 2 、u
ac
/ 2 交替构成。
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在这个范围内，电路处于两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角度为300° - 2a ，而且这个导通角度被分割为不连续的两局部，在半周波内形成两个连续的波头，各占150° - a 。输出
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A 相负载电压波形由u
ab
相负载电压都为零。
/ 2 、u
ac
/ 2 和 0 交替构成。三相都不通时，则三
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(4)a ³ 150° 时，触发脉冲不起作用，晶闸管不导通。所以三相沟通调压电路电阻负载时触发角最大移相角范围为150° 。
由以上分析可得出结论：沟通调压所得的负载电压和电流波形都不是正弦波，且随着a 角增大，负载电压相应变小，负载电流开头消灭断续。当负载为电感性时，沟通调压输出的波形就不仅与a 有关，也与负载的阻抗角j 有关，这时负载电流和电压波形也不再同相了，其移相角范围为j - 150° 。由于三相沟通调压带阻感性负载的工作状况比较简单，很难理论上给出定量的分析，所以在本文后面将结合其仿真波形
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进展分析。
沟通调压电路谐波和功率因数分析
沟通调压电路承受的是相位掌握方式，使电路中消灭缺角正弦波形，因此它不行避开地包含高次谐波电流并导致电源波形畸变。在电力电子技术中有功功率、无功功率、功率因数的计算和正弦电路中一样。即：有功功率为瞬时功率在一个周期内的平均值；视在功率指的是电气设备电压有效值和电流有效值的乘积；那么功率因数则为两者之比值。在沟通调压电路中，输入电压为正弦电压，而电流为非正弦波，可以分解成一系列傅立叶级数形式，所以功率因数如式(3-1)所示。
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P UI
l = = 1
cosj I
=
1
cosj = u cosj
(3-1)
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S UI I
式(3-1)中，u 为基波因数， cos j 为位移因数，也称为基波功率因
数。
电阻负载时三相调压电路输入电流基波和各次谐波的含量与掌握角a 关系曲线图如图 2-2 所示；功率因数与掌握角a 的关系曲线图如图2-2 所示，其中I * 为各次谐波电流有效值的标么值[5]。可通过分析得
N
出其下结论：
电阻性负载或纯电感性负载时，谐波电流仅含N = 6K ± 1次谐波成分，谐波的含量随谐波次数的增高而降低；
随掌握角a 的增大，由于电流有效值的减小，基波和谐波都减小。但基波减小得快，因而有消灭谐波成分多于基波成分；
阻感性负载时，各次谐波的谐波电流含量均比电阻负载时要小，基波因数要高。
仿真设计步骤
晶闸管沟通调压电路仿真模型的搭建
MATLAB 的 SIMULINK 电力系统工具箱是以 SIMULINK 为运行环境， 涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等学科中常用的根本元件和系统的仿真模型。
它由以下 6 个子模块库构成：电源模块库(E-lectric Sources)、根本元件模块库(Elements)、电力电子模块库(Power Electronics)、电机模块库(Machines) 、连接模块库 (Connectors)、测量模块库
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