三相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB设计及仿真资料.docx
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三相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB设计及仿真资料
学号200925030208
中州大学
毕业设计（论文）
题目三相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB设计及仿真
学院
专业电气自动化技术年级班级普招2班
学生姓名
指导教师
时间2012/4/12
中州大学工程技术学院毕业设计（论文）任务书
专业__电气自动化技术年级09级班级普招2班指导老师路银川
学号__________200925030208___学生__孙长兴
毕业设计（论文）题目
三相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB设计及仿真
毕业设计（论文）工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法、成果形式，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页）
1、设计三相桥式全控整流电路（分别带电阻性负载和电感性负载），并对
其进行理论分析。
2、对三相桥式全控整流电路进行仿真，验证仿真结果和理论结果是否相符；
3、对三相桥式有源逆变电路（带电感性负载）进行仿真分析；
4、在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障时观测主电路的各电压波形。
成品形式：
1、论文一份
2、硬件图（零号图纸）一张
指导老师：
日期：
年月
专业（教研室）审批意见：
审批人签名：
日期：
年月
摘要
电力电子技术的应用已深入到国家经济建设，交通运输，空间技术，国防现代化，医疗，环保和人们日常生活的各个领域。
进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。
以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。
本文分析了三相有源逆变电路的工作原理以及控制方法，利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。
Abstract
The application of powerelectronics technology into the nationaleconomicconstruction, transportation,spacetechnology, the modernizationofnationaldefense, healthcare, environmentalprotectionand people'sdailylives invariousfields.Moreextensiveapplication of powerelectronicstechnology in thenewcentury.Computerasthecore ofinformationscience willbe one of the scienceandtechnology playaleadingrole in the 21stcentury,Somepeoplepredictthat, with powerelectronicsand motioncontrol, andcomputertechnology togethertobecomethe twopillars of the future science.
Thispaperanalyzesthe workingprinciple of the three-phase active invertercircuit andcontrolmethod,Using Simulink formodeling three-phasebridge full-controlled rectifiercircuit。
the simulationanalysis,Different controlangle,andthe bridge failure,Layagood experimentalbasis forthemodern powerelectronics experimentteaching.
第一章主电路设计及原理
1`.1总体框架图
图1.1总体框架图
1.2三相桥式全控整流电路的原理
一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。
一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。
（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。
（2）对触发脉冲的要求：
1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。
2）共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。
3）同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。
（3）Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：
一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）
（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。
在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。
6个晶闸管导通的顺序是按VT6–VT1→VT1–VT2→VT2–VT3→VT3–VT4→VT4–VT5→VT5–VT6依此循环，每隔60°有一个晶闸管换相。
为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为60°。
三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。
三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。
由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：
一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的a＞90°，使Ud为负值。
三相桥式全控整流电路原理图
第二章单元电路设计
2.1主电路
主电路为带电阻负载的三相桥式电路,用protel绘制如下所示:
图2.1主电路图
2.2触发电路
触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠触发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离
晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。
为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。
晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。
大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。
可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。
晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。
此处就是采用集成触发产生触发脉冲。
KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。
KJ004触发电路为模拟的触发电路,其组成为：
3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大,即可得到完整的三相全控桥触发电路,用protel绘制的完整触发电路如下所示：
图2.2完整触发电路图
2.3保护电路
我们不可能从根本上消除生产过程过电压的根源，只能设法将过电压的副值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基本思想。
抑制过电压的方法不外乎三种：
用非线性元件限制过电压的副度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。
对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。
所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。
使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。
由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。
如图3.3.1
图2.3RC吸收电路
（1）晶闸管的过电压保护
晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。
如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。
因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。
对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图如图2.4
图2.4阻容保护电路
（2）晶闸管的过电流保护
在整流中造成晶闸管过电流的主要原因是：
电网电压波动太大负载超过允许值，电路中管子误导通以及管子击穿短路等。
所以我们要设置保护措施，以避免损害管子。
常见的过电流保护有：
快速熔断器保护，过电流继电器保护，限流与脉冲移相保护，直流快速开关过电流保护。
快速熔断器保护是最有效，使用最广泛的一种保护措施；快速熔断器的接法有三种：
桥臂串快熔，这是一种最直接可靠的保护；交流侧快熔，直流侧快熔，这两种保护接法虽然简单，但保护效果不好。
过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（约几百毫秒）只有在短路电流不大时才有用。
限流与脉冲移相保护电路保护比较复杂。
直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。
总结的结果：
最佳方案是选用快速熔断器保护，并采用桥臂串快熔接法。
2.4带电阻负载的波形分析
（1）当a≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。
波形图：
a=0（图4.1）；a=30（图4.2）；a=60（图4.3）
（2）当a>60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值
波形图：
a=90（图4.4）
（3）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120
（4）晶闸管及输出整流电压的情况如表4-1所示：
表4-1
时段
共阴级组中导通的晶闸管
VT1
VT1
VT3
VT3
VT5
VT5
共阴级组中导通的晶闸管
VT6
VT2
VT2
VT4
VT4
VT6
整流输出电压
ua-ub=uab
ua-uc=uac
ub-uc=ubc
ub-ua=uba
uc-ua=uca
uc-ub=ucb
图2.4.1α=0º
图2.4.2α=30º
图2.4.3α=60º
图2.4.4α=90º
2.5三相桥式全控整流电路定量分析
1.当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60时）的平均值为：
2.带电阻负载且a>60时，整流电压平均值为：
输出电流平均值为：
Id=Ud/R
3.晶闸管额定电流、额定电压的选择：
（1）晶闸管承受最大正向电压为，为变压器二次线电压峰值，即
（2）晶闸管阳极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
（3）输出电压Ud为0~200V，负载电阻R=2
，输出负载电流为：
（4）晶闸管上流过电流为：
选用晶闸管时，额定电压要留有一定裕量通常取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。
额定电流也要留一定裕量，一般取额定电流为通态平均电流的1.5~2倍。
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