三相半波可控整流.docx
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三相半波可控整流
一、实验目的
1、了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻性负载和电感性负载时的工作情况。
2、不同负载时，三相半波可控整流电路的结构、工作原理、波形分析。
二、实验内容
1、三相半波可控整流电路（电阻性负载）
1.1电路结构
为了得到零线变压器二次侧接成星形得到零线，为了给三次谐波电流提供通路，减少高次谐波的影响，变压器一次绕组接成三角形，为△/Y接法。
三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法。
图2-1三相半波可控整流电路结构图2-2α=0°时的波形
工作原理：
1）在ωt1-ωt2区间，有Ua＞Ub，Ua＞Uc，A相电压最高，VT1承受正向电压,在ωt1时刻触发VT1导通，导通角θ=120°,输出电压Ud=Ua。
其他两个晶闸管承受反向电压而不能导通。
VT1通过的电流It1与变压器二次侧A相电流波形相同，大小相等，可在负载电阻R两端测试。
2）在ωt2-ωt3区间，有Ub＞Uc，Ub＞Ua，B相电压最高，VT2承受正向电压，在ωt2时刻触发VT2导通，Ud=Ub。
VT1两端电压Ut1=Ua-Ub=Uab＜0，晶闸管VT1承受反向电压关断。
3）在ωt3-ωt4区间，有Uc＞Ua，Uc＞Ub，C相电压最高，VT3承受正向电压，在ωt3时刻触发VT3导通，Ud=Uc。
VT2两端电压Ut2=Ub-Uc=Ubc＜0，晶闸管VT2承受反向电压关断。
在VT3导通期间VT1两端电压Ut1=Ua-Uc=Uac＜0。
这样在一个周期内，VT1只导通120°，在其余240°时间承受反向电压而处于关断状态。
1.2仿真建模及参数设置
根据原理图用matalb软件画出正确的三相半波可控整流电路（电阻性负载）仿真电路图如图2-3所示：
2-3三相半波可控整流电路仿真电路图
脉冲参数：
振幅为5V，周期为0.02s，占空比为5%，相位延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。
电源参数：
频率为50Hz，电压为100V，其相角分别为0°、-120°、120°。
负载参数：
电阻为1欧姆。
1.3仿真波形测试
设置触发延迟角α分别为0°、30°、60°、90°、150°，分别得到各角度对应的三相电源电压Vabc、三相晶闸管触发脉冲信号Ug、直流输出电压Ud、整流输出电流Id、A相晶闸管电流Ia、A相晶闸管电压VT1的波形。
波形分别如图所示：
图2-4α=0°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图
图2-5α=30°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图
图2-6α=60°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图
图2-7α=90°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图
图2-8α=150°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图
1.4小结
α=0°时的工作原理分析：
晶闸管的电压波形，由3段组成:
第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为UT1=0。
第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，UT1=Ua-Ub=Uab，为一段线电压。
第3段，在VT3导通期间，UT1=Ua-Uc=Uac,为另一段线电压。
α=30°时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电120。
α>30°的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于120°。
当α继续增大，整流电压将越来越小，α=150°时，整流电压输出为0。
所以电阻负载时α的移相范围是0°到150°。
2.三相半波可控整流电路（阻-感性负载）
2.1电路结构
为了得到零线变压器二次侧接成星形得到零线，为了给三次谐波电流提供通路，减少高次谐波的影响，变压器一次绕组接成三角形，为△/Y接法。
三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法。
图2-9三相半波可控整流电路结构图2-10α=60°时的波形
工作原理:
当α小于等于30°时相邻两项的换流是在原导通相的交流电压过负之前，其工作情况与电阻性负载相同，输出电压Ud波形，Ut波形也相同。
由于负载电感的储能作用，输出电流Id是近乎平直的直流波形，晶闸管中分别流过幅度Id，宽度120°的矩形波电流，导通角为120°。
当α大于30°时，假设α=60°,VT1导通，在A相交流电压过零变负后，由于未达到VT2的触发时刻，VT2未导通，VT1在负载电感产生的感应电动势作用下继续导通，输出电压Ud小于0，直到VT2被触发导通，VT1承受反向电压而关断，输出电压Ud小于Ua，然后重复A相的过程。
2.2仿真建模及参数设置
根据原理图用matalb软件画出正确的三相半波可控整流电路（阻-感性负载）仿真电路图如图2-3所示（同电阻负载波形一样）。
脉冲参数：
振幅为5V，周期为0.02s，占空比为5%，相位延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。
电源参数：
频率为50Hz，电压为100V，其相角分别为0°、-120°、120°。
负载参数：
电阻为1欧姆，电感为0.05亨特。
2.3仿真波形测试
设置触发延迟角α分别为0°、30°、60°、90°，分别得到各角度对应的三相电源电压Vabc、三相晶闸管触发脉冲信号Ug、直流输出电压Ud、整流输出电流Id、A相晶闸管电流Ia、A相晶闸管电压VT1的波形。
波形分别如图所示：
图2-11α=0°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图
图2-12α=30°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图
图2-13α=60°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图
图2-14α=90°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图
2.4小结
α≤30°时，整流电压波形与电阻负载时相同。
α>30°时，Ua过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断，因此Ud波形中会出现负的部分。
Id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将Id近似为一条水平线。
α继续增大，Ud波形中负的部分将增多，当α=90°时，Ud波形中正负面积将相等，Ud的平均值为0，所以阻感负载时的移相范围为0°到90°。
3.三相半波可控整流电路（反电动势负载）
3.1仿真建模及参数设置
根据原理图用matalb软件画出正确的三相半波可控整流电路（反电动势负载）仿真电路图如图2-3所示（同电阻负载波形相似）。
脉冲参数：
振幅为5V，周期为0.02s，占空比为5%，相位延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。
电源参数：
频率为50Hz，电压为100V，其相角分别为0°、-120°、120°。
反电动势为20V。
停止导电角为30°。
负载参数：
电阻为1欧姆，电感为0.001亨特。
3.2仿真波形测试
设置触发延迟角α分别为30°，得到对应的三相电源电压Vabc、三相晶闸管触发脉冲信号Ug、直流输出电压Ud、整流输出电流Id、A相晶闸管电流Ia、A相晶闸管电压VT1的波形。
波形如图所示：
图2-15α=30°三相半波可控整流电路原理图（反电动势负载）波形图
4.三相半波可控整流电路（有源逆变）
4.1仿真建模及参数设置
根据原理图用matalb软件画出正确的三相半波可控整流电路（有源逆变）仿真电路图如图2-3所示（同电阻负载波形相似）。
脉冲参数：
振幅为5V，周期为0.02s，占空比为5%，相位延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。
电源参数：
频率为50Hz，电压为100V，其相角分别为0°、-120°、120°。
直流电源电压为200V。
负载参数：
电阻为1欧姆，电感为0.001亨特。
4.2仿真波形测试
设置触发延迟角α分别为120°，得到对应的三相电源电压Vabc、三相晶闸管触发脉冲信号Ug、直流输出电压Ud、整流输出电流Id、A相晶闸管电流Ia、A相晶闸管电压VT1的波形。
波形如图所示：
图2-16α=120°三相半波可控整流电路原理图（有源逆变）波形图
5.谐波分析
5.1阻感负载α=30°时直流侧谐波分析
图2-17直流侧电压谐波波形图
图2-18直流侧电流谐波波形图
5.2阻感负载α=30°时交流侧谐波分析
图2-19交流侧电压谐波波形图
三、仿真问题分析
（1）仿真时遇到的第一个问题是三相电压的相位问题，一开始A、B、C三相电压相位依次设为0°、120°、240°，对应的各相脉冲触发信号延迟按（α+30）/360*0.02、（α+120+30）/360*0.02、（α+240+30）/360*0.02计算，仿真结果总是与预期严重偏差；改变三相电压的相位，设为0°、-120°、120°之后，仿真结果正确。
（2）第二个问题是阻感性模型仿真时，电感的取值较大，负载电流连续，脉动较小，但是稳态的时间变长；较小时，电流可能会出现断续的情况；仿真的时候是根据经验对比取最优的电感值。
（3）第三个问题是在第一个触发脉冲到达之前没有波形，对比课本输出波形的连续，经过思考，得出课本是理想状态下的输出波形，实际中只能在0秒以后给出触发脉冲，导通晶闸管，从而得到触发脉冲。
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