整流逆变电路的原理与仿真 (PSIM软件)

三相整流及逆变电路仿真分析

目录

1 整流电路 (3)

1.1整流电路概述 (3)

1.2三相半波可控整流电路 (3)

1.2.1电阻性负载 (3)

1.2.2阻感性负载 (4)

1.3三相桥式全控整流电路 (5)

1.3.1电阻性负载 (5)

1.3.2阻感性负载 (6)

1.3.3 UVT1触发脉冲丢失 (7)

2 逆变电路 (8)

2.1.逆变电路概述 (8)

2.2三相有源逆变电路仿真分析 (8)

2.3 逆变失败 (9)

3 高压直流输电 (10)

3.1 十二脉冲桥式整流电路 (10)

3.1.1仿真分析 (10)

3.1.2频谱分析 (10)

3.1.3加滤波改善波形 (11)

3.2 闭环控制电路 (11)

3.2.1整流阶段 (11)

3.2.2逆变阶段 (12)

3.2简单直流输电系统 (13)

4 总结与改进 (14)

整流逆变电路分析与仿真

摘要:本文以相控整流电路为研究对象，介绍了三相整流电路、逆变电路的工作原理，基于PSIM软件搭建电路，分析了在几种常见的触发角下整流电路的工作情况，并以12脉冲整流电路为例，通过FFT比较了电路有无滤波两种情况输出电压谐波的的不同。通过负反馈的闭环控制方式使得整流电路电压、电流更加平稳。通过两个三相桥搭建出了十二脉动整流电路。最后综合了十二脉动整流、逆变电路，以及闭环控制对高压直流输电进行了仿真，并尝试将复杂电路模块化。

关键词：整流逆变电路; PSIM仿真，十二脉动，高压直流输电，闭环控制

1 整流电路

1.1整流电路概述

电力变换的基本形式包括整流（AC-DC）、逆变（DC-AC）、斩波（DC-DC）、交流电力控制（AC-AC）。整流是电力变换的基本形式之一，相控整流电路是整流电路的一种，广泛应用于电力电子系统中。由晶闸管组成，通过控制触发延迟角控制触发脉冲相位来调节输出电压。

整流电路按照电源相数可分为单相、三相、多相，按照接线形式可分为半波、桥式，按照组成器件可分为不可控、全控、半空，按照负载性质可分为电阻、阻感、反电动势整流电路。

1.2三相半波可控整流电路

1.2.1电阻性负载

三相半波整流仿真电路图如下：

①a=0°时的工作情况：

由电路分析可知三个晶闸管采用共阴极接法，当某一个晶闸管阳极所对应的电压值最大，则触发其导通，自然换向点就是各相电压正向的交点，并且总是换到相电压最高的一相上去。三个晶闸管分别在一个周期内各导通120°。

将阻感原件电感调低到可以忽略不计，触发延迟角设置为0°，仿真波形如下：

由图可知，整流电压输出的波形为三相交流电压正半周的包络线，是一个周期内3次脉动的直流电压。

②a=30°时的工作情况：

由电路分析可知，当经过自然换向点时，触发脉冲未到，因此晶闸管不能导通，上一状态导通的晶闸管继续导通，直到a=30°时脉冲到来对应的晶闸管导通，上一状态的晶闸管承受反压而关断，负载电流换相。以后各相依次轮流导通。

触发延迟角设置为30°，波形如下：

③触发延迟角设置为60°，图像如下：

由图可见，当a>30°时输出电压和电流出现断续。这是因为前一相的晶闸管由于交流电压过零变负而关断，后一相的晶闸管未到触发时刻，此时晶闸管都不导通，输出电压为零，直到后一相的晶闸管被触发导通，输出电压为一相电压，此时晶闸管的导通角小于120°。

总结：

1.单相半波可控整流电路带电阻性负载时，a=30°时输出电流和输出电压处于连续和

断续的临界点。

2.当a<30°时每个晶闸管的导通角为120°，当当a>30°发生断续后，每个晶闸管的

导通角为（120-a）°。

3.当a=150°时输出电压为0，所以三相半波可控整流电路带电阻性负载时的移相范围

为0~150°。

4.由仿真结果可知当a增大时，输出电压逐渐减小。

1.2.2阻感性负载

三相半波整流电路带阻感性负载时，电感的存在使得电流不能突变，当电感足够大时，会使整流电路稳态时基本平直，电感储能使得晶闸管在电源电压由零变负时依然导

通，直至承受反压为止，不同于电阻性负载，整流电压不会断续，但会进入负值，当a=90°时整流电压正负部分抵消，平均电压为0。所以阻感性负载移相范围为0~90°.下图为a=60°的仿真波形。

1.3三相桥式全控整流电路

1.3.1电阻性负载

原理图如下：

①α=0°时，仿真结果如下：

②α=60°时，仿真结果如下：

③α=90°时，仿真结果如下：

④α=120°时，理想的输出电压应为0，但实际上还有波形，但此时的波形幅值很小，在实际情况中可认为其为0.

三相桥式整流电路6只晶闸管的导通顺序为V1- V2- V3- V4- V5- V6，且a=60°为输出电压波形断续的临界点。任何时刻都有两只管子导通，构成回路。带电阻性负载的工作特点为：

1、为保证电路启动或者断续后能正常导通，触发脉冲的宽度应大于60。

2、6只晶闸管每30°换相一次；

3、输出脉动直流电压频率为电源频率的6倍，移相范围为0到120°，且随着a的增大，输出电压平均值减小；

4、a=60°是电阻性负载电流连续和断续的分界点；

5、和三相半波可控整流相比，变压器二次侧流过正负对称的交变电流，避免磁化，提高变压器的利用率。

1.3.2阻感性负载

①α=0°时，仿真结果如下：

②α=30°时，仿真结果如下：

此时阻感性负载的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压的波形、各晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于由于电感的存在，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流Id 的波形不同，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大时，负载电流的波形可近似为一条水平线。

③α=90°时，仿真结果如下：

阻感性负载的工作情况与电阻性负载时不同，电阻性负载时 Ud 波形不会出现负值，波形断续；而阻感性负载由于负载电感感应电动势的作用，Ud波形会出现负的部分。从仿真图可以看出，α=90°时Ud的波形正负对称，平均值为零。因此三相桥式全控整流电路带阻感性负载时，α的移相范围是0~90°。

1.3.3 UVT1触发脉冲丢失

仿真波形：

VT1触发脉冲丢失，大电感的存在使得之前导通的VT5，VT6不能关断，继续导通，