三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真Word文件下载.doc
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王新嘉
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张艺
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于亮
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2015年1月14日
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1.概述 1
1.1设计目的 1
1.2设计目标及设计要求 1
1.3设计进度 1
1.4分工 2
2.系统方案及主电路设计 2
2.1方案的选择 2
2.2系统流程框图 2
2.3主电路设计 3
3．控制、驱动电路设计 6
3.1触发电路简介 6
3.2触发电力设计要求 7
3.3过电压保护 8
3.4过电流保护 10
4．系统MATLAB仿真 12
4.1MATLAB软件介绍 12
4.2系统建模与参数设置 12
4.3系统仿真结果及分析 19
5．设计体会 19
6．参考文献 20
1.概述
1.1设计目的
三相桥式全控整流电路在现代电力电子技术中具有很重要的作用和很广泛的应用。
这里结合全控整流电路理论基础，采用Matlab的仿真工具Simulink对三相桥式全控整流电路进行仿真，对输出参数进行仿真及验证，进一步了解三相桥式全控整流电路的工作原理。
1.2设计目标及要求设计要求
2.1设计任务
设计一个三相可控整流电路使其输入电压:
（1）三相交流380伏、频率为50赫兹、
（2）输出功率2KW、负载为阻感性负载。
（3）移相范围：
0°
~90°
2.2设计要求
（1）设计出总体结构框图，以说明本课题由哪些相对独立的部分组成，并以文字对原理作辅助说明；
（2）设计各个部分的电路图，并加上原理说明；
（3）MATLAB仿真实验。
1.3设计进度
（1）1月14日—1月15日对实验进行理论分析、论证；
（2）1月15日—1月16日进行主电路、触发电路、保护电路的设计及理论分析；
（3）1月19日—1月21日用MATLAB软件对实验进行建模仿真并对仿真结果进行分析；
（4）1月22日—1月23日对本次实验进行分析总结，分享实验心得体会。
1.4分工
（1）系统方案选择及主电路设计：
范铮、张艺；
（2）控制、驱动电路设计：
崔少东、于亮；
（3）系统MATLAB仿真：
家登辉、李昂、王新嘉。
2.系统方案及主电路设计
2.1方案的选择
三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。
变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。
保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。
采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。
结构框图如图1-1所示。
整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。
框图中没有表明保护电路。
当接通电源时，三相桥式全控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过整流后的直流电通给直流电动机，使之工作。
2.2系统流程框图
电源
三相桥式全控整流电路
直流电动机
同步电路
集成触发器
触发信号
触发模块
图1-1三相桥式全控整流电路结构图
2.3主电路设计
图2-1主电路原理图
2.3.1主电路原理分析
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。
2.3.2三相全桥工作特点
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，给分析带来了方便；
当α=O时，输出电压一周期内的波形是6个线电压的包络线。
所以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，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，各晶闸管导通小于2π／3。
当α=π／3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。
2．3.3阻感负载时的波形分析
三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，因为带反电动势阻感负载的情况，与带阻感负载的情况基本相同。
当α≤60度时，波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。
区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同，电阻负载时波形与id的波形形状一样。
而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。
图2-2和图2-3分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0度和α=30度的波形。
图2-2中除给出波形和id波形外，还给出了晶闸管VT1电流iVT1的波形，可与带电阻负载时的情况进行比较。
由波形图可见，在晶闸管VT1导通段，iVT1波形由负载电流id波形决定，和波形不同。
图2-3中除给出波形和id波形外，还给出了变压器二次侧a相电流的波形，在此不做具体分析。
图2-2触发角为0度时的波形图图2-3触发角为30时的波形图
当α＞60度时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，波形会出现负的部分。
图2-4给出了α=90度时的波形。
若电感L值足够大，中正负面积将基本相等，平均值近似为零。
这说明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的α角移相范围为90度。
图2-4触发角为90时的波形图
2.3.4定量分析
在以上的分析中已经说明，整流输出的波形在一周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。
此外，以线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载α≤60o时）的平均值为：
电阻负载且α>
60o时，整流电压平均值为：
输出电流平均值为:
当整流变压器为图2-1中所示采用星形联结，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图中所示，为正负半周各宽120o、前沿相差180o的矩形波，其有效值为：
晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。
3．控制、驱动电路设计
3.1触发电路简介
电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。
采用良好的性能的驱动电路。
可以使电力电子器件工作在比较理想的开关状态，缩短开关时间，对装置的运行效率，可靠性和安全性都有很大的意义。
对于相控电路这样使用晶闸管的场合，在晶闸管阳极加上正向电压后，还必须在门极与阴极之间加上触发电压，晶闸管才能从截止转变为导通，习惯上称为触发控制。
提供这个触发电压的电路称为晶闸管的触发电路。
它决定每一个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中不可缺少的一个重要组成部分。
晶闸管相控整流电路，通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始位来控制输出电压的大小，为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证触发角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。
3.2触发电路设计要求
晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
晶闸管具有下面的特性：
1）当晶闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。
2）晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。
3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何变化，晶闸管都保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
4）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
根据晶闸管的这种特性，通过控制晶闸管的导通和关断时刻，就能控制整流电路的触发角的大小。
在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。
在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲。
即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60o，脉宽一般为20o~30o，称为双脉冲触发。
双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。
触发电路如图3-1所示。
图3-1双脉冲触发电路
双脉冲信号的形成与控制用KJ041六路双脉冲形成器完成，KJ041是三相全控桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。
实用块有电子开关控制的KJ041电路组成逻辑控制，适用于正反组可逆系统。
如图3-1所示，KJ041的1-6脚管为单脉冲信号输入。
把单脉冲信号由10-15脚管两两同时输出形成双脉冲信号，10-15脚管两两同时输出对应输送给VT6-VT1晶闸管。
（1）假设在t1时刻15脚管开始给VT1晶闸管输送脉冲信号，则经过60度后14脚管开始给VT2晶闸管双脉冲信号，即只有15脚管和14脚管有信号输出，其他脚管没信号输出，则此时VT1和VT2同时导通；
（2）再过60度后，15脚管停止输出信号，而13脚管开始给VT3输出信号，即只有14脚管和13脚管有信号输出，其他脚管没信号输出，此时VT2和VT3同时导通；
（3）再过60度后，14脚管停止输出信号，而12脚管开始给VT4输出信号，即只有13脚管和12脚管有信号输出，其他脚
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