三相桥式全控整流电路Word格式.docx

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变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。

整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。

设计一种以三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真及其故障分析。

以三相桥式全控整流电路为分析对象，利用Matlab/Simulink环境下的SimPowerSystems仿真采集功率器件在开路时的各种波形，根据输出波形分析整流器件发生故障的种类，判断故障发生类型，确定发生故障的晶闸管，实现进一步故障诊断。

运用matlab中的电气系统库可以快速完成对三相整流电路故障仿真，通过分析可以对故障类型给予初步判断，对电力电子设备的开发、运用以及维修有极大的现实意义。

关键词：

Matlab；

三相整流桥；

电力电子故障

Abstract

RectifiercircuitistoconvertACpowertoDCpowercircuits.Mostoftherectifiercircuitbythetransformer,Suchasrectifyingthemaincircuitandfilter.Itiswidelyusedinthegovernor,excitationregulatorgenerator,electrolysis,electroplatingandotherareasofDCmotor.Rectifiercircuitusuallyconsistsofamaincircuit,afilterandatransformer.Afterthe1970s,themaincircuitcomposedbymulti-rectifierdiodesandthyristors.Afilterconnectedbetweenthemaincircuitandtheload,forfilteringthepulsatingDCvoltageoftheACcomponent.Transformerssetornot,asthecasemaybe.TransformeractionistoachieveelectricalisolationACinputmatchingcircuitandtheACmainsvoltagerectifierandDCoutputvoltagebetweenbetween（toreduceinterferenceandfailureaffectingthecircuitbetweentheelectricalgrid）.Therearemanytypesofrectifiercircuit,thereisahalf-waverectifiercircuit,single-phasehalf-bridgerectifiercircuit,single-phasebridgerectifiercircuitfull-controlled,three-phasehalf-bridgerectifiercircuit,three-phasebridgecontrolledrectifiercircuit.

Designofathree-phasebridgeMATLABsimulationanalysisandfailurefullycontrolledrectifiercircuit.Fullycontrolledthree-phasebridgerectifiercircuittobeanalyzedusingSimPowerSystemsMatlab/Simulinksimulationenvironmentcollectingpowerdevicesofvariouswaveformsattheopen,accordingtotherectifieroutputwaveformanalysisofthetypeoffailure,determinethetypeoffailure,todeterminethyristorfailuretoachievefurthertroubleshooting.Theelectricalsystemusingmatlablibrarycanquicklycompletethethree-phaserectifiercircuitfaultsimulation,cangiveapreliminaryjudgmentonthefaulttypedeterminedbyanalysisofthedevelopmentofpowerelectronicdevices,useandmaintenanceofgreatpracticalsignificance.

Keywords:

Matlab;

three-phaserectifierbridge;

powerelectronicsfailure

第一章设计目的与要求

1.1设计目的

1.培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料；

2.培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力；

3.通过电力电子课程中三相桥式全控整流电路的设计，掌握三相桥式全控整流电路的工作原理，综合运用所学知识，提高三相桥式全控整流电路和系统设计的能力；

4.培养运用知识的能力和工程设计的能力；

5.提高课程设计报告撰写水平；

6.掌握用MATLAB仿真电力电子电路。

1.2设计要求

在MATLAB软件中的Simulink平台下搭建三相全桥可控整流电路，并结合书本相关内容对其工作原理、性能，以及输入输出波形进行分析。

1.制定设计方案；

主电路设计及主电路元件选择；

驱动电路和保护电路设计及参数计算；

器件选择；

绘制电路原理图；

总体电路原理图及其说明；

2.熟悉matlab/simulink/powersystem中的仿真模块用法及功能；

根据设计电路搭建仿真模型；

设置参数并进行仿真；

给出不同触发角时对应电压电流的波形；

3.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；

掌握基本电路的数据分析、处理；

描绘波形并加以判断；

能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理；

广泛收集相关技术资料。

第二章主电路设计与元件参数选型

2.1主电路原理

三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路。

完整的三项式全控整流电路由整流变压器，6个桥式连接的晶闸管，负载，触发器，和同步环节组成，三相桥式全控整流原理电路如图2-1。

图2-1三相桥式全控整流原理电路

6个晶闸管以次相隔60°

触发，将电源交流电整流为直流电。

三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或者宽脉冲触发方式，以保证在每一个瞬间都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。

整流变压器采用三角形/星形连结是为减少3的整流倍数次谐波电流对电源的影响。

晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。

编号如图示，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。

其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π／3的宽脉冲。

宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；

每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。

接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；

共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π／3；

同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差π，当α=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。

输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。

同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。

α>

0时，Ud的波形出现缺口，随着α角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。

当α=2π／3时，输出电压为零，所以电阻性负载时，α的移相范围是O～2π／3；

当O≤α≤π／3时，电流连续，每个晶闸管导通2π／3；

当π／3≤α≤2π／3时，电流断续，个晶闸管导通小于2π／3。

23α=π／3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。

2.2元件参数选型

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。

4.仿真实验

基本参数组:

整流变压器输出相电压为100V,负载R=2Ω。

输出电压为200V。

第三章系统建模与仿真

3.1元件提取

仿真模型中主要使用的元器件模块和提取路径如表3-1。

表3-1三相整流电路主要元器件

3.2MATLAB建模过程

1）打开MATLAB软件，点击图标，进入simulink编辑窗口，如图3-1：

图3-1simulink窗口

2）在simulink中选取File-New-Model新建一个仿真编辑窗口。

在simulink窗口左侧找出元件所在的元件库位置，电力系统一般在SimPowerSystems中，在里面找到所要用到的元件，如图3-2：

图3-2电力系统

另一种方法就是可以再上方直接搜索元件的名称就可以找得到。

3）按照表3-1中元件位置找到元件后，放置到仿真编辑窗口里，准备连线，放置元件后的编辑窗口如图3-3：

图3-3仿真所有元件

3.3MATLAB仿真模型

三相桥式整流电路的仿真使用MATLAB模型库中的三相桥和触发器集成模块是很方便的。

用模型库中的元器件组成的三相桥式整流电路的仿真模型连线后如图3-4所示。