三相半波可控整流电路建模与仿真.docx

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三相半波可控整流电路建模与仿真

三相半波可控整流电路

建模与仿真

班级：

应电091

组号：

第1组

组员：

何俊敏王晓龙

邵建敏陈大靠

蔡泽军

2011年10月20日

一.实验目的

1）不同负载时，三相可控整流电路的结构、工作原理、波形分析。

2）在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真，并分析其波形。

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。

如图1-1

图1-1.三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）

工作原理：

1）在ωt1-ωt2区间，有Uu＞Uv，Uu＞Uw，U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=Uu。

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u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Uv＞Uu，V相电压最高，VT2承受正向电压，在ωt2时刻触发VT2导通，Ud=Uv。

VT1两端电压Ut1=Uu-Uv=Uuv＜0，晶闸管VT1承受反向电压关断。

3）在ωt3-ωt4区间，有Uw＞Uv，W相电压最高，VT3承受正向电压，在ωt3时刻触发VT3导通，Ud=Uw。

VT2两端电压Ut2=Uv-Uw=Uvw＜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=Uu-Uw=Uuw＜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1-2所示：

图1-2.三相半波可控整流电路仿真模型（电阻性负载）

脉冲参数：

振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。

如图1-3所示

图1-3.脉冲参数设置

电源参数：

频率50hz，电压100v，其相限角度分别为0°、120°、-120°如图1-4所示。

图1-4电源参数设置

1.3仿真波形测试

设置触发脉冲α分别为0°、30°、60°、90°。

与其产生的相应波形分别如图1-5、图1-6、图1-7、图1-8。

在波形图中第一列波为流过晶闸管电流波形，第二列波为流过晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形。

图1-5α=0°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图

图1-6α=30°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图

图1-7α=60°三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）波形图

图1-8α=90°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

a=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=UU-UV=Uuv，为一段线电压。

第3段，在VT3导通期间，UT1=Uu-Uw=Uuw，为另一段线电压。

a=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。

a>30的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于120。

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。

如图2-1.

图2-1.三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）

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θ=120°

当α大于30°时，假设α=60°，VT1导通，在U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Uv，然后重复U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2-2所示：

图2-2.三相半波可控整流电路仿真模型（阻-感性负载）

脉冲参数：

振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。

如图2-3所示

图2-3.脉冲参数设置

电源参数：

频率50hz，电压100v，其相限角度分别为0°、120°、-120°如图2-4所示。

图2-4电源参数设置

2.3仿真波形测试

设置触发脉冲α分别为0°、30°、60°、90°。

与其产生的相应波形分别如图2-5、图2-6、图2-7、图2-8。

在波形图中第一列波为流过晶闸管电流波形，第二列波为流过晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形。

图2-5α=0°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图

图2-6α=30°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图

图2-7α=60°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图

图2-8α=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

a≤30°时，整流电压波形与电阻负载时相同。

a>30°时，u2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。

阻感负载时的移相范围为90°。

3.三相半波共阳极可控整流电路

3.1电路结构

  三相半波可控整流电路还可以把晶闸管的三个阳极接在一起，而三个阴极分别接到三相交流电源，形成共阳极的三相半波可控整流电路，其带电感性负载的电路如图3-1所示。

由于三个阳极是接在一起的，即是等电位的，所以对于螺栓式的晶闸管来说，可以将晶闸管的阳极固定在同一块大散热器上，散热效果好安装方便。

但是，此电路的触发电路不能再像共阴极电路的触发电路那样，引出公共的一条接阴极的线，而且输出脉冲变压器二次侧绕组也不能有公共线，这就给调试和使用带来了不便。

图3-1.三相半波共阳极可控整流电路

工作原理:

   共阳极的三相半波可控整流电路的工作原理与共阴极的一致，也是要晶闸管承受正向电压即其阳极电位高于阴极电位时，才可能导通。

所以，共阳极的三只晶闸管VT2、VT4和VT6哪一只导通，要看哪一只的阴极电位低，触发脉冲应在三相交流电源相应相电压的负半周加上，而且三个管子的自然换相点在电源两相邻相电压负半周的交点，即图3-1中的2、4、6点，故2、4、6的位置分别是与w相、u相、v相相连的晶闸管VT2、VT4和VT6的

角的起始点。

从图3-1中可以看出，当

时，输出全部在电源负半周。

例如，在

时刻触发晶闸管VT2，因其阴极电位最低，满足其导通的条件，故可以被触发导通，此时在负载上得到的输出电压为

。

至

时，给VT4加触发脉冲，由于此时u相电压更负，故VT2会让位给VT4，而VT4的导通会立即使VT2承受反向的线电压

而关断。

同理，在

时刻又会换相给v相的晶闸管VT6。

由图3-1可见，共阳极接法时的整流输出电压波形形状与共阴极时一样的，只是输出电压的极性相反。

3.2仿真建模及参数设置

三相半波共阳极可控整流电路仿真电路图如图3-2所示：

图3-2三相半波共阳极可控整流电路

脉冲参数：

振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟分别为（α+120）/360*0.02，（α+240）/360*0.02，（α）/360*0.02。

如图3-3所示

图3-3脉冲参数

电源参数：

频率50hz，电压100v，其相限角度分别为0°、120°、-120°如图3-4所示。

图3-4电源参数设置

3.3仿真波形测试

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°。

与其产生的相应波形分别如图3-5、图3-6、图3-7、图3-8。

图3-5α=30°三相半波共阳极可控整流电路波形图

图3-6α=60°三相半波共阳极可控整流电路波形图

图3-7α=90°三相半波共阳极可控整流电路波形图

图3-8α=120°三相半波共阳极可控整流电路波形图

3.4小结

共阳极电路的特点是只在相电压为负时触发导通，自然换相点为三相负半波的交点。

4.三相桥式全控整流电路（电阻性负载）

4.1电路结构

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（VT1，VT6，VT2）的串联组合。

如图4-1所示：

图4-1三相桥式全控整流电路（电阻性负载）

4.2仿真建模及参数设置

三相桥式全控整流电路（电阻性负载）仿真电路图如图4-2所示：

图4-2三相桥式全控整流电路（电阻性负载）仿真图

电源参数：

电源220V.相位分别为0°,120°,-120°,频率50HZ，如图4-3所示

图4-3电源参数：

4.3仿真波形测试

设置控制脚a为0°,30°,60°,90°与其相印的波形，观察其波形，如图4-4，图4-5，图4-6，图4-7所示。

图4-4三相桥式全控整流电路（电阻性负载）a为0°

图4-5三相桥式全控整流电路（电阻性负载）a为30°

图4-6三相桥式全控整流电路（电阻性负载）a为60

图4-7三相桥式全控整流电路（电阻性负载）a为90°

4.4小结

两个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同一相器件。

同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。

5.三相桥式全控整流电路（阻感性负载）

5.1电路结构

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（VT1，VT6，VT2）的串联组合。

如图5-1所示

图5-1三相桥式全控整流电路（阻感性负载）

5.2仿真建模及参数设置

三相桥式全控整流电路（阻感性负载）仿真电路图如图5-2所示：

图5-2三相桥式全控整流电路（阻感性负载）仿真图

电源参数：

电源220V.相位分别为0°，120°,-120°,频率50HZ，如图5-3所示

图5-3电源参数

5.3仿真波形测试

设置控制脚a为0°,30°,60°,90°与其相印的波形，观察其波形，如图5-4，图5-5，图5-6，图5-7所示。

图5-4三相桥式全控整流电路（阻感性负载）a为0

图5-5三相桥式全控整流电路（阻感性负载）a为30°

图5-6三相桥式全控整流电路（阻感性负载）a为60°

图5-7三相桥式全控整流电路（阻感性负载）a为90°

5.4小结

当a≤60°时阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流Id的波形可近似为一条水平线。

a>60时，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90°

三.实验总结

我们第二个阶段的实验结束了。

对于我们组的成绩，总是有很多需要学习的地方，班里有很多优秀的同学，他们都是我的学习榜样，从他们身上散发的那种坚忍不拔的精神总是让我在松懈时能够继续努力前进。

对于自己一些没学到或者不太了解的知识点，我总会虚心地请教老师，他总是能够耐心地给我以正确的回答，学习也正是像这样一个不断汲取的过程，而被汲取的对象却总是默默无闻地毫无保留地奉献着自己的知识，这一点弥足珍贵，从老师身上学到的不仅仅是知识，还有那种精神，能够让你永远立于不败之地的精神。

在这学习的期间，也许时间并不长，但以后的道路也会从这里开始有了起点，此时的努力学习也是为我们羽翼未丰的翅膀注入更大的力量，阶段性的成功只是给了我坚定学习的信心，今后的学习生活中我会更加努力，不辜负父母和老师对我的期望，也希望我们整个班级的成绩能够在大家的努力下更上一层楼！