三相整流桥实验报告.docx

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三相整流桥实验报告

题目：

三相桥式整流电路仿真

摘要

1、设计目的

进一步熟悉MATLAB软件的基本仿真，掌握三相整流桥的基本原理。

2、设计任务

2.1、利用MATLAB对三相整流电路进行仿真；

2.2、分析不同触发角是负载的电压电流输出波形；

2.3、谐波含量分析。

3、课题原理

3.1主电路设计及原理

3.1.1主电路设计

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。

此外，习惯上希望晶闸管按从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。

从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。

3.1.2主电路原理说明

整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。

假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。

此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。

而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。

这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。

此时电路工作波形如图3-1所示。

α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。

由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。

在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。

从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。

直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线。

由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大，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Li，它的极性事阻止电流变化的。

当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，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，电感无穷大时趋于一条平直的直线。

为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60o，如图3-2所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。

由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。

图3-1α=0o时波形

表1三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o时晶闸管工作情

时段

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

共阴极组中

导通的晶闸管

VT1

VT1

VT3

VT3

VT5

VT5

共阳极组中

导通的晶闸管

VT6

VT2

VT2

VT4

VT4

VT6

整流输出电压ud

ua-ub

=uab

ua-uc

=uac

ub-uc

=ubc

ub-ua

=uba

uc-ua

=uca

uc-ub

=ucb

图3-2给出了α=30o时的波形。

从ωt1角开始把一个周期等分为6段，每段为60o与α＝0o时的情况相比，一周期中ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1的规律。

区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成 ud 的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低。

晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。

图中同时给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o期间，ia为正，由于大电感的作用，ia波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o期间，ia波形的形状也近似为一条直线，但为负值。

图3-2α=30o时的波形

 由以上分析可见，当α≤30o时，ud波形均连续，对于带大电感的反电动势，id波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。

当α＞60o时，如α＝90o时电阻负载情况下的工作波形如图3-4所示，ud平均值继续降低，由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使得ud的值出现负值，当电感足够大时，ud中正负面积基本相等，ud平均值近似为零。

这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的α角的移相范围为90度。

4、仿真介绍

4.1MATLAB软件

MATLAB是一个高级计算和仿真平台。

SIMULINK原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中易编程、易拓展，并且可以解决MATLAB不易解决的非线性、变系数等问题。

它能支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离散混合系统的仿真，也支持线性和非线性系统的仿真，并且支持多种采样频率（Multirate）统的仿真,也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。

因此，各科学领域根据自己的仿真需要，以MATLAB为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式都放人SIMULINK中，形成了模块库。

SIMULINK的模块库实际上就是用MATLAB基本语句编写的子程序集。

现在SIMULINK模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具箱（DSPBlocks）、通信系统工具箱（Comm）等也并行列入模块库的一级子目录，逐级打开模块库浏览器（SIMULINKLibraryBrowser）的目录，就可以看到这些模块。

从SIMULINK4．1版开始，有了电力系统模块库（PowerSystemBlockset），该模块库主要由加拿大HydroQuebec和TECSIMInternational公司共同开发。

在SIMULINK环境下用电力系统模块库的模块，可以方便地进行RLC电路、电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。

本书中电力电子电路的仿真就是在MATLAB／SIMULINK环境下，主要使用电力系统模块库和SIMULINK两个模块库进行。

通过电力电子电路的仿真，不仅展示了MATLAB／SIMULINK的强大功能，并且可以学习控制系统仿真的方法和技巧，研究电路的原理和性能。

4.2仿真电路

4.2.1带阻感性负载的仿真

启动MATLAB7.1，进入SIMLINK后新建文档，根据晶闸管三相桥式整流电路的结构，在模型窗口建立主电路仿真模型，绘制加入同步装置和脉冲触发器等的三相桥式整流系统模型如图4-1所示。

双击各模块，在建立的对话框内设置相应的参数。

图4-1三项桥式整流仿真模型

1、通用桥臂参数的设置

通用变换器桥模块是由6个功率开关元件组成的桥式通用三相变换器模块。

功率电子元件的类别和变换器的结构可以通过对话框进行选择。

功率电子元件和变换器的类型有diode桥、thyristor桥、mosfet-diode桥、igbt-diode桥、ideal-switch桥，桥的结构有单相、两相和三相。

仿真模块的图标、输入和输出

2、同步脉冲触发器

同步脉冲触发器模块用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给双脉冲，双脉冲间隔为60度。

触发器输出的1~6好脉冲依次送给三相全控整流桥对应标号的6个晶闸管。

如果三相整流桥模块使用SIMPOWERSYSTERMS工具箱中的电力电子库中的通用整流桥臂模块，则同步6脉冲器的输出直接和三相整流桥的脉冲输入端相连。

同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两个部分，6脉冲触发器模型是通过附加控制模块（EXTRASCONTROLBIOCKS）中的控制模块（CONTROLBLOCKS）库中的6脉冲同步触发器（SYNCHRONIZED6-PULSEGENERATOR）来实现的，它包括5个输入端和1个输出端，各部分功能如下所示，其6脉冲触发器模型如图所示;

Alpha_deg:

此端子为移相控制角信号的输入端，单位是度。

AB、BC、CA：

三相电源的三线电压输入，同步线电压就是整流桥的三相交流电压的线电压。

BLOCK：

触发器控制端，输入为0时，开放触发器，输入大于0时，则锁存触发器。

故用于与触发器模块的开通与封锁操作。

PLUSE：

6脉冲输出信号。

3、常数模块参数的设置

常数模块的图标如图所示；

该模块只有一个输出端，所以只要改变参数对话框的数值的大小，即可改变触发信号的控制角。

4.3仿真结果

1、当R=2.L=0.01时

a=30°、60°、90°、120°、150°时的波形及谐波分析图分别如下

2、当R=2，L=0.1时

a=30°、60°、90°、120°、150°时的波形及谐波分析图分别如下

3、当R=20，L=0.01时

a=30°、60°、90°、120°、150°时的波形及谐波分析图分别如下

仿真波形分析：

我们做的是三相桥式全控整流及逆变电路（阻感性负载）仿真，由于电感的作用，负载电流波形稳定为平直，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。

而当电阻负载过大起主要作用时，负载电流的波形则近似与负载电压波形相似。

当a=30°、60°时，变流装置工作在整流状态，负载电压虽然波动，但为正值；当a=90°时，变流装置工作在中间状态，负载电压波形以横坐标为轴，上下对称波动，平均值为0，可以看出阻感性负载时三相桥式全控整流电路的移相范围0~90°；当a=120°、150°时，变流装置工作在逆变状态，负载电压为负值波动；负载电流方向不变，负载电压方向的变化致使能量传递方向的改变。

5、结论

通过对电力电子的仿真和分析，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，在应用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MatlabSimulink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。

在仿真过程中又必须的时时细心，无论是最初的方案的选取还是后来的参数设置。

6、参考文献

1.王兆安黄俊电力电子技术（第4版）机械工业出版社

2.黄忠霖黄京电力电子技术的MATLAB实践国防工业出版社

3.李维波MATLAB在电气工程中的应用实例中国电力出版社

4.林飞杜欣电力电子用用技术的MATLAB仿真中国电力出版社