电力电子作业三相桥式全控整流电路的仿真.docx

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电力电子作业三相桥式全控整流电路的仿真

三相桥式全控整流电路的仿真

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

一、电路图及工作原理

图1.1三相桥式全控整流电路原理图

在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。

由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。

很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。

为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：

晶闸管VT1和VT4接a相，晶闸管VT3和VT6接b相，晶闸管VT5和VT2接c相。

晶闸管VT1、VT3、VT5组成共阴极组，而晶闸管VT2、VT4、VT6组成共阳极组。

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。

图1.1是电路接线图。

为了分析方便起见，把一个周期等分6段。

在第

（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管VT1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VT1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

（2）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（3）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 

余相依此类推。

二、建立仿真模型

图2.1桥式全控整流系统（电阻负载）的仿真模型

根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，整体模型如图所示

仿真参数：

选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3

开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.05

三.模型参数简介与设置

①交流电压源

三相交流电源通过三个频率为50Hz、幅值为220V、相位两两相差120°，A相的设置如下图所示，另外两相设置为B相相位滞后A相120°，Phase设置为-120°，C相相位超前A相120°，Phase设置为120°，测量“measurements”三相都要选Voltage，以便使用万用表测量电压。

②通用桥

输入端A,B,C为三相交流的相电压输入端子，输入端g为触发脉冲输入端子，+,-为整流器输出正负极端子。

“Numberofbridgearms”：

通用整流桥臂的相数，

“SnubberresistanceRs（ohms）”：

缓冲电阻Rs（Ω），

“SnubbercapacitanceCs（F）”：

缓冲电容Cs（F），

“PowerElectronicdevice”：

电力电子器件的种类，默认晶闸管

“Ron（Ohms）”：

器件内电阻（Ω），

“Lon（H）”：

器件内电感（H），

“ForwardvoltageVf（V）”：

整流桥门槛电压（伏）.

在测量“Measurements”选“Allvoltagesandcurrents”（全部电压和电流）以便测量桥臂内晶闸管的电压和电流，其他参数为默认值.如下图所示

③常量

三相桥式全控整流系统仿真模型要使用两个常量模块，一个提供触发角ɑ的值，一个设置为0连接同步6脉冲触发器的使能端Block，使其能正常工作。

如下图所示

④同步6脉冲触发器

输入端alpha_deg为移相控制角给定信号，

用常量模块constant输入控制角α，

输入端AB,BC,CA是同步线电压输入端，

输入端Block是触发器的使能端，当此端置0时，则输出脉冲，

输出端Pulse是触发脉冲的输出，它是一个6维向量，即6个触发脉冲

“Frequencyofsynchronisationvoltages（Hz）”：

同步电压频率（Hz）,

“Pulsewidth（degrees）”：

脉冲宽度（度）

频率设置为50Hz，脉冲用宽脉冲设置为80°，如下图所示

⑤万用表

三相桥式全控整流系统仿真模型使用了两个万用表，其中一个万用表的参数如右图所示，选中Isw1和Usw1，点击【>>】移入右侧的对话框中，分别测量iVT1，uVT1，另一个万用表选择Usrc：

A，Usrc：

B，Usrc：

C，分别测量A,B,C三相电压。

⑥示波器

三相桥式全控整流系统仿真模型使用了两三个示波器，最主要的一个设置Numberofaxes为4，显示4段波形，分别为负载电压ud，负载电流id，脉冲信号电压Ug，A,B,C三相电压，与万用表连接的示波器，设置Numberofaxes为2，显示2段波形，分别为晶闸管VT1的电压和电流，另一个示波器设置Numberofaxes为3，显示3段波形，分别为A,B,C三相的电流。

⑦电压电流测量

由于同步6脉冲触发器的AB,BC,CA端为同步线电压输入端，而三相电源提供的是相电压所以要通过三个电压表进行转换，其他电流电压测量无需设置直接使用。

⑧RLC

R=10Ω，L=0H,C=inf（无穷大）

四.仿真结果

设置触发脉冲α=0°，负载电压ud，负载电流id，脉冲信号电压Ug，A,B,C三相电压

晶闸管VT1的电压和电流

通过A,B,C三相的电流

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、110°，产生的相应波形分别如图所示，

第一列为负载电压ud波形，第二列负载电流id波形，第三列脉冲信号第四列电压Ug波形，A,B,C三相电压波形。

电阻负载触发角α=30°

电阻负载触发角α=60°

电阻负载触发角α=90°

电阻负载触发角α=110°

五、总结

通过仿真和分析，可知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，同时也是电力电子技术实验较好辅助工具。