三相桥式全控整流电路的计算机仿真.docx
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三相桥式全控整流电路的计算机仿真
《电力电子电路的计算机仿真》
综合训练报告
班级
姓名
学号
专业
指导教师陈伟
2011年12月26日
目录
任务书3
摘要4
1概述5
1.1研究背景5
1.2方案论证5
2三相桥式全控整流电路设计6
2.1主电路设计6
2.2对触发脉冲的要求6
3三相桥式整流电路工作原理7
3.1工作原理7
3.2带阻感性负载时的工作情况8
3.3三相整流电路输出电压定量分析11
4仿真模块建立及各模块参数设置12
4.1仿真软件MATLAB的简介12
4.2带阻感性负载的三相桥式整流电路仿真13
4.3各模块参数设置13
5仿真结果分析13
5.1晶闸管触发角α=0º时的仿真图（负载电阻R=10
电感L=10H）13
5.2晶闸管触发角α=30º时的仿真图（负载电阻不变，改变负载电感）13
5.3晶闸管触发角α=45º时的仿真图（负载电感不变，改变负载电阻值）13
5.4晶闸管触发角α=60º时的仿真图（负载电阻不变，改变负载电感）13
5.5晶闸管触发角α=90º时的仿真图（负载电阻不变，改变负载电感值）13
6心得体会13
7参考文献13
任务书
摘要
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的进行仿真，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。
关键词：
simulink三相桥式全控整流仿真
1概述
1.1研究背景
随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。
常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路。
三相全控整流电路的整流负载容量较大,输出直流电压脉动较小,是目前应用最为广泛的整流电路。
它是由半波整流电路发展而来的。
由一组共阴极的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的晶闸管串联而成。
六个晶闸管分别由按一定规律的脉冲触发导通，来实现对三相交流电的整流，当改变晶闸管的触发角时，相应的输出电压平均值也会改变，从而得到不同的输出。
由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。
Matlab提供的可视化仿真工具Simulink可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。
本文利用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，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。
1.2方案论证
三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角α和负载特性的影响，文中应用Matlab的可视化仿真工具simulink对三相桥式全控整流电路的仿真结果进行了详细分析，并与相关文献中采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
采用Matlab／Simulink对三相桥式全控整流电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法。
应用Matlab／Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。
应用Matlab对整流电路故障仿真研究时，可以判断出不同桥臂晶闸管发生故障时产生的波形现象，为分析三相桥式整流电路打下较好的基础，是一种值得进一步应用推广的功能强大的仿真软件，同进也是电力电子技术实验较好辅助
2三相桥式全控整流电路设计
2.1主电路设计
三相桥式全控整流电路原理图如图1所示。
将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。
图1三相桥式全控整流电路原理图
2.2对触发脉冲的要求
三相桥式全控整流电路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，如图1所示。
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，这样给分析带来了方便。
3三相桥式整流电路工作原理
3.1工作原理
为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。
为了方便，将一个周期分为6等分，如图3-1。
图3-1晶闸管导通的6个周期
在第Ⅰ段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管VTI被触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管VT6被触发导通。
这时电流由a相经KP1流向负载，再经VT6流入b相。
变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。
加在负载上的整流电压为
Ud=Ua-Ub=Uab
经过60°后进入第Ⅱ段时期。
这时a相电位仍然最高，晶闸管VTl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管VT2，电流即从b相换到c相，VT6承受反向电压而关断。
这时电流由a相流出经VTl、负载、VT2流回电源c相。
变压器a、c两相工作。
这时a相电流为正，c相电流为负。
在负载上的电压为
Ud=Ua-Uc=Uac
再经过60°，进入第Ⅲ段时期。
这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管VT3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管VT2因电位仍然最低而继续导通。
此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为
Ud=Ub-Uc=Ubc
其余的依此类推可得到Uba，Uca，Ucb的电压。
于是得到晶闸管的导通情况及输出整流电压的情况如表1所示：
表1晶闸管的导通情况及输出整流电压
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
3.2带阻感性负载时的工作情况
整流电路的负载为阻感负载。
由于负载端接得有电感且电感L=10H，电感对电流变化有抗拒作用。
流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势，它的极性是阻止电流变化的。
当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小，它的极性反过来阻止电流减小。
电感的这种作用使得电流波形变得平直，而当电感为无穷大的时候，使得负载电流近似为一条直线。
阻感性负载桥式整流电路移相范围是0º～90º。
（1）触发角α=0º
图3-2触发角α=0º
（2）触发角α=30º
图3-3触发角α=30º
（3）触发角α=60º
图3-4触发角α=60º
（4）触发角α=90º
图3-5触发角α=90º
3.3三相整流电路输出电压定量分析
当整流输出电压连续时（即带阻感负载时）的平均值为
式中，U2为相电压有效值。
4仿真模块建立及各模块参数设置
工业上广泛应用的三相桥式全控整流电路，是由两组三相半波可控整流电路串联而成的，一组为共阳极接线，一组为共阴极接线。
其完成的功能是三相交流电源通过三相可控整流桥臂转换成为平均值可以控制改变的直流电源，而平均值的大小改变是通过同步六相脉冲触发器控制三组晶闸管的控制角的大小来实现的。
同时电路的输出情况与负载的性能有关。
4.1仿真软件MATLAB的简介
MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
主要有以下特点：
（1）友好的工作平台和编程环境
MATLAB由一系列工具组成。
这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。
（2）简单易用的程序语言
Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。
用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。
（3）强大的科学计算机数据处理能力
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。
MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵、特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。
（4）出色的图形处理功能
MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。
新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，表现了出色的处理能力。
（5）应用广泛的模块集合工具箱
MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。
诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。
（6）实用的程序接口和发布平台
新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。
MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。
（7）应用软件开发
在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等。
在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括
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