三相桥式全控整流电路仿真.docx

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三相桥式全控整流电路仿真

三相桥式全控整流电路仿真

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摘要：

三相桥式全控整流电路在现代电力电子技术中具有非常重要的作用。

本文在研究全控整流电路理论基础上,采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立三相桥式全控整流电路的仿真模型,对三相电源电压、电流以及负载特性进行了动态仿真与研究，并且对三相电源电流以及负载电流、电压进行FFT分析。

仿真结果表明建模的正确性,并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点,从而为电力电子技术课程实验提供了一种较好的辅助工具。

关键词:

Matlab；整流电路；动态仿真；建模

三相桥式全控整流电路分析（电阻负载）

1主电路结构及工作原理

原理图

图1三相桥式全控整流电路原理图（电阻负载）

工作原理

三相桥式全控整流电路原理图如图1所示。

三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的,它由三相半波共阴极接法（VT1,VT3,VT5）和三相半波共阳极接法（VT4,VT6,VT2）的串联组合。

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VT1,VT3,VT5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=0°时,输出电压Ud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1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。

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0~2π/3;当0≤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,每个晶闸管导通小于2π/3。

α=π/3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。

2三相桥式全控整流电路建模仿真

建模

根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink内的模块建立仿真模型如下图所示,设置三个交流电压源Va,Vb,Vc相位角依次相差120°,得到整流桥的三相电源。

用6个GTO构成整流桥,实现交流电压到直流电压的转换。

pulsegenerator产生整流桥的触发脉冲,且从上到下分别给1~6号晶闸管触发脉冲。

图2三相桥式全控整流电路仿真电路

模型参数设置

（1）三相电源UA、UB和UC仿真参数设置：

电压峰值为380V，频率为50Hz，相位分别为0°、－120°、120°。

（2）三相晶闸管整流器参数使用默认值。

（3）RLC负载仿真参数设置：

R=10Ω。

（4）脉冲发生器仿真参数设置：

频率50Hz，脉冲宽度取10°，选择双脉冲触发方式。

（5）控制角仿真参数设置：

设置为0°、30°、60°、75°、90°。

另外，仿真时间可以按需要设置，是任意的，时间长观察到的波形多，计算花费的时间也多。

一般电阻负载2个电源周期后电路已进入稳态，电感负载因为电流有上升时间，仿真时间也需要长一些，本例设为。

仿真算法采用ode23tb。

3仿真结果及其分析

a.触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下

图3α=0°三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）

b.触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下

图4α=30°三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）

c.触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下

图5α=60°三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）

d.触发角α=75°，MATLAB仿真波形如下

图6α=75°三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）

e.触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下

图7α=90°三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）

4小结

本文在对三相桥式全控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的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其进行了仿真研究。

在对三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况进行仿真分析的基础上，验证了当触发角0°≤α≤60°，负载电流是连续的；当α≥60°时，负载电流不连续；同时也验证了三相桥式全控整流电路触发角α的移相范围是0°~120°。

通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。

5FFT分析

当触发角α=0°时，三相电源电流Ia、Ib、Ic及负载电流Id和负载电压Vd的FFT分析

a．触发角α=0°，a相电流FFT分析如下

图8α=0°三相电源电流IaFFT分析结果（电阻性负载）

b．触发角α=0°，b相电流FFT分析如下

图9α=0°三相电源电流IbFFT分析结果（电阻性负载）

c.触发角α=0°，c相电流FFT分析如下

图10α=0°三相电源电流IcFFT分析结果（电阻性负载）

d.触发角α=0°，负载电流IdFFT分析如下

图11α=0°负载电流IdFFT分析结果（电阻性负载）

e.触发角α=0°，负载电压VdFFT分析如下

图12α=0°负载电压VdFFT分析结果（电阻性负载）

当触发角α=75°时，三相电源电流Ia、Ib、Ic及负载电流Id和负载电压Vd的FFT分析

a．触发角α=75°，a相电流FFT分析如下

图13α=75°三相电源电流IaFFT分析结果（电阻性负载）

b．触发角α=75°，b相电流FFT分析如下

图14α=75°三相电源电流IbFFT分析结果（电阻性负载）

c．触发角α=75°，c相电流FFT分析如下

图15α=75°三相电源电流IcFFT分析结果（电阻性负载）

d．触发角α=75°，负载电流IdFFT分析如下

图16α=75°负载电流IdFFT分析结果（电阻性负载）

e．触发角α=75°，负载电压VdFFT分析如下

图17α=75°负载电压VdFFT分析结果（电阻性负载）

三相桥式全控整流电路分析（阻感负载）

1主电路结构及工作原理

原理图

图18三相桥式全控整流电路原理图（阻感负载）

工作原理

三相桥式全控整流电路原理图如图1所示。

三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的,它由三相半波共阴极接法（VT1,VT3,VT5）和三相半波共阳极接法（VT4,VT6,VT2）的串联组合。

2三相桥式全控整流电路建模仿真

建模

根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink内的模块建立仿真模型如下图所示,设置三个交流电压源Va,Vb,Vc相位角依次相差120°,得到整流桥的三相电源。

用6个GTO构成整流桥,实现交流电压到直流电压的转换。

pulsegenerator产生整流桥的触发脉冲,且从上到下分别给1~6号晶闸管触发脉冲。

图19三相桥式全控整流电路仿真电路

模型参数设置

（1）三相电源UA、UB和UC仿真参数设置：

电压峰值为380V，频率为50Hz，相位分别为0°、－120°、120°

（2）三相晶闸管整流器参数使用默认值。

（3）RLC负载仿真参数设置：

R=10Ω、L=。

（4）脉冲发生器仿真参数设置：

频率50Hz，脉冲宽度取10°，选择双脉冲触发方式。

（5）控制角仿真参数设置：

设置为0°、30°、45°、60°、75°、90°。

另外，仿真时间可以按需要设置，是任意的，时间长观察到的波形多，计算花费的时间也多。

一般电阻负载2个电源周期后电路已进入稳态，电感负载因为电流有上升时间，仿真时间也需要长一些，本例设为。

仿真算法采用ode23tb。

3仿真结果及其分析

a.触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下

图20α=0°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

b.触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下

图21α=30°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

c.触发角α=45°，MATLAB仿真波形如下

图22α=45°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

d.触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下

图23α=60°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

e.触发角α=75°，MATLAB仿真波形如下

图24α=75°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

f.触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下

图25α=90°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

4小结

本文对三相桥式全控整流电路进行了理论分析，利用MATLAB面向对象的设计思想和自带的电力系统工具箱，建立了基于MATLAB-simulink的三相桥式全控整流电路仿真模型，并对其进行比较研究。

对于电路带阻感性负载时的工作情况，验证了当触发角为0°≤α≤60°时，负载电流连续；当α＞60°时，负载电流不连续且出现负的部分；同时验证了触发角α的移相范围是0°~90°。

通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。

5FFT分析

当触发角α=0°时，三相电源电流Ia、Ib、Ic及负载电流Id和负载电压Vd的FFT分析

a．触发角α=0°，a相电流FFT分析如下

图26α=0°三相电源电流IaFFT分析结果（阻感性负载）

b．触发角α=0°，b相电流FFT分析如下

图27α=0°三相电源电流IbFFT分析结果（阻感性负载）

c．触发角α=0°，c相电流FFT分析如下

图28α=0°三相电源电流IcFFT分析结果（阻感性负载）

d．触发角α=0°，负载电流IdFFT分析如下

图29α=0°负载电流IdFFT分析结果（阻感性负载）

e．触发角α=0°，负载电压VdFFT分析如下

图30α=0°负载电压VdFFT分析结果（阻感性负载）

当触发角α=75°时，三相电源电流Ia、Ib、Ic及负载电流Id和负载电压Vd的FFT分析

a.触发角α=75°，a相电流FFT分析如下

图31α=75°三相电源电流IaFFT分析结果（阻感性负载）

b.触发角α=75°，b相电流FFT分析如下

图32α=75°三相电源电流IbFFT分析结果（阻感性负载）

c.触发角α=75°，c相电流FFT分析如下

图33α=75°三相电源电流IcFFT分析结果（阻感性负载）

d.触发角α=75°，负载电流IdFFT分析如下

图34α=0°负载电流IdFFT分析结果（阻感性负载）

e.触发角α=75°，负载电压VdFFT分析如下

图35α=0°负载电压VdFFT分析结果（阻感性负载）

6谐波分析

当忽略三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，延迟触发角a为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为：

由以上公式可得以下结论：

电流中含6K±1（k为正整数）次谐波，即5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。

7参考文献

[1]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的Matlab仿真[M].北京：

机械工业出版社，2006.

[3]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:

机械工业出版社，2009.