电力电子技术课程设计任务书
1． 题目
单相桥式整流电路整流电压谐波的计算
2． 任务
a） 编写计算整流电路电压谐波的程序，然后对电路的谐波含量进行分析（20次以内，α＝0）；
b） 计算波纹因数γv（α＝0）；
c） 分析控制角α与最低3次谐波的电压特性（用曲线表示）。
3． 要求
课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括编写程序、计算结果分析、生成曲线。
目录
一、单相桥式整流电路基本原理... 4
二、整流输出电压的谐波分析原理... 4
三、运用MATLAB/simulink仿真... 6
四、电路的电压谐波含量分析... 7
五、α＝0时电压纹波因数... 9
六、控制角α与最低3次谐波的电压特性... 10
七、总结与收获... 11
参考文献... 11
一、单相桥式整流电路基本原理
（1）在u2正半波的（0～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则Ut1/4= Ut2/3=1/2*u2。
（2）在u2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。
（3）在u2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。
（4）在u2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。
（5）直流输出电压平均值Ud=0.9U2(1+cosα)/2,随着控制角a增大，Ud减小，该电路中VT的 a移相范围为0到180度，通过控制触发脉冲的相位来可以控制直流输出电压大小。
二、整流输出电压的谐波分析原理
整流电路的输出电压是周期性的非正弦函数，其中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。 当a=0°时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析
整流电压表达式为
a=0° 时，m脉波整流电路的整流电压波形如图2所示：
图1 - a=0° 时，m脉波整流电路的整流电压波形
对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：
式中，k=1，2，3…；且：
电压纹波因数
其中
联立求解以上方程，得：
三、运用MATLAB/simulink仿真
1、建立仿真模型
采用MATLAB的Simulink模块进行仿真，首先是建立系统的模型，Simulink采用模块化的元件，需要利用模块搭建电路，同时用示波器观察电路响应、分析电路特性。仿真模型如下图所示：
图2 - Simulink仿真模型图
2、模型参数设置
⑴ 交流电源：电压幅值141.42V，频率为50Hz，初始相位为0°。
⑵ 晶闸管：默认参数。
⑶ 负载电阻：电阻性负载，将R保留默认值20欧姆，
⑷ 观察周期：设定为0.06s，即显示三个周期波形。
⑸ 触发角α=0°时，脉冲设定振幅为1，周期为0.02s，占空比为10%，连接VT1/VT4脉冲设定触发延迟角为0°，VT2/VT3脉冲触发延迟设定为180°
3、仿真结果
参数设置完毕后，进行Simulink仿真，各组波形图如下:
图3 – 仿真波形图
依次为两个触发脉冲、直流侧电流Id、电压Ud的波形、交流侧电压U2、
四、电路的电压谐波含量分析
1、对谐波含量进行分析（20次以内，α＝0）
运用Powergui FFT Analysis Tool 进行电压谐波分析，电压波形如图：
α＝0，各次电压谐波数值分别为：
图4 – 电压谐波分析
由上图分析：
（1）奇次谐波接近0，偶次谐波随着次数增大而减少。即2脉波整流电压的谐波次数为2k（k=2,4,6，…），与书本结论相符；
（2）随着谐波次数的增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次谐波(2次)是最主要的，其他次数的谐波相对较少。
五、α＝0时电压纹波因数
整流器的输出电压是脉动的，其中除了主要的直流分量外，还有一定的交流谐波成分。定义整流电路的输出电压的交流纹波有效值与直流平均值之比为电压纹波因数，即
其中
由上图4可知：
直流电压平均值
= 88.19 V
由于1~20次谐波电压数值，可计算出交流纹波有效值
= 42.70V
由此可得在α＝0的情况下，电压纹波因数为
γv = 0.4842
分析：
α＝0，由仿真数据计算得，单相桥式整流电路的纹波因数
γv = 0.4842，与书本m=2时电压纹波因数值0.482相近。
六、控制角α与最低3次谐波的电压特性
分析最低三次谐波，即2,4,6次谐波
运用FFT Analysis进行电压谐波分析时，为便于分析，控制角α取值分别为：0,15,30,45,60,75,90,105,120,135,150,165,180度。记录最低3次谐波的数值，即2,4,6次谐波幅值。仿真结果如下表：
图5 - 控制角α与最低3次谐波的电压特性
分析：由上图可见，当控制角α变化时：
2次谐波电压的幅值先增大后减小，约α=60°时谐波幅值最大；4次谐波的幅值在约105°时达到最大；6次谐波变化较小，如图。
七、总结与收获
本文在对单相桥式整流电路理论分析的基础上，利用MATLAB面向对象的设计思想和电气元件的仿真系统，建立了基于Simulink的单相桥式整流电路的仿真模型，完成α=0时整流电压谐波含量分析、波纹因数的计算，分析了控制角α与最低3次谐波的电压特性。
文中应用Matlab的可视化仿真工具simulink对单相桥式整流电路的仿真结果进行了详细分析，并与相关文献中采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
采用Matlab／Simulink对整流电路进行仿真分析，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果变化情况直观性强，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法，是一种值得进一步应用推广的功能强大的仿真软件，同进也是电力电子技术教学中很好的辅助工具。
参考文献
［1］ 王兆安，刘进军.电力电子技术.第5版.北京：机械工业出版社，2009.5
［2］ 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与运用.2版.北京：清华大学出版社，2011.2
第二篇：电力电子课程设计任务书及报告规范要求
电力
一种交流高频荧光灯电子镇流器的设计
指导教师： 杨祖元
学 生：
学 号： 专 业： 自 动 化
班 级： 2009 级 6 班
设计日期： 2011.12.26—2011.12.30
重庆大学自动化学院
20xx年12月
课程设计指导教师评定成绩表
指导教师评定成绩：
指导教师签名： 年 月 日
自动化学院2009级自动化专业
电力电子技术课程设计任务书
一、课程设计的教学目的和任务
电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术，实现对电能的控制、变换和传输的科学，其在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具有广泛的应用。电力电子技术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。因此，提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教学计划中必不可少的重要一环。
通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的：
1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Inter网检索需要的文献资料。
2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。
4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力。
5、提高学生课程设计报告撰写水平。
二、课程设计的基本要求
1. 教师确定方向，在教师的指导下，学生自立题目
注意事项：
① 所立题目必须是某一电力电子装置或电路的设计，题目难度和工作量要适应在一周内完成，题目要结合工程实际。学生也可以选择规定题目方向外的其他电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS电源等，但不允许选择其他班题目方向的内容设计（复合变换除外）。
② 通过图书馆和Inter网广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计题目。自立题目后，首先要明确自己课程设计的设计内容。要给出所要设计装置（或电路）的主要技术数据（如输入技术数据，输出技术数据，装置容量的大小以及装置要具有哪些功能）。如：
直流电动机调压调速可控整流电源设计
主要技术数据
输入交流电源：
三相380V?10% f=50Hz
直流输出电压：
0~220V
50~220V范围内，直流输出电流额定值100A
直流输出电流连续的最小值为10A
I
设计内容：
整流电路的选择
整流变压器额定参数的计算
晶闸管电流、电压额定的选择
平波电抗器电感值的计算
保护电路的设计
触发电路的设计
画出完整的主电路原理图和控制电路原理图
列出主电路和控制电路所用元器件的明细表
2. 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力。要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。（注意：所确定的主电路方案如果没有论证说明，成绩不能得优；设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引注，否则也不能得优）。
3. 在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路和控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型），严禁抄袭。
4. 课程设计的主要内容是主电路的设计，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。
5. 课程设计报告要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。
6. 课程设计报告字数要求为6000字左右。（A4纸打印8页左右）
三、课程设计的工作计划
课程设计时间5天。第1天上午，指导教师向学生讲授课程设计的目的、任务、设
计方法和注意事项。第1天下午和第2天学生到图书馆和Inter网上按照指导教师的要求查找所需要的文献，并在阅读分析中确定自己的研究题目、技术数据和设计内容，交指导教师审阅。第3天学生的主要任务是确定方案。第4天和第5天，学生的任务是综合所学知识，进行主电路和控制电路的设计，撰写课程设计报告。
II
四、各班的题目方向
6班题目方向：相控整流技术的工程应用 7班题目方向：斩波技术的工程应用 8班题目方向：交流调压的工程应用
III
目 录
1．引言 .......................................................................................................................... 1
一种交流高频荧光灯电子镇流器的设计
1 引言
（应用场合及功能特点、目前存在的问题、解决问题的方法、具体设计包含的内容、主要技术数据）
1
一种交流高频荧光灯电子镇流器的设计
2 主电路的设计
2.1整流电路的选择
画出完整的主电路原理图，论证说明
2.1整流变压器额定参数的计算
2.3晶闸管电流、电压额定的选择
2.4平波电抗器电感值的计算
2
一种交流高频荧光灯电子镇流器的设计
3 保护电路的设计
3
一种交流高频荧光灯电子镇流器的设计
4 触发电路的设计
画出完整的主电路原理图和控制电路原理图
4
一种交流高频荧光灯电子镇流器的设计
附 录
注意事项（完成之后删除）：
1、 原理图必须用绘图软件绘制，采用复制、粘贴的方式，禁止截图粘贴，公式必须用公式编辑器输入
2、 没有做仿真的，禁止出现仿真结果 重要日期:
周四上午8:00 审阅 研究题目、技术数据和设计内容 8:00~10:00 6班 10:00~11:30 7班 14:30~15:00 7班 15:00~17:00 8班
未完成的，19:30 继续
地点：5教2楼教师休息室
周五下午5:00前交课程设计报告 （主教2109）
5