三相桥式整流电路的matlab仿真

五邑大学

电力电子技术课程设计报告

题目：三相桥式整流电路的MATLAB仿真

院系信息工程学院

专业轨道交通自动化

学号11071339

学生姓名唐伟轩

指导教师张建民

一、题目的要求和意义

利用MATLAB软件中的SIMULINK对三相桥式整流电路进行建模、仿真，设置参数，采集波形。具体要求如下：输入三相电压源，线电压取380V，50Hz，内阻0.002欧姆。利用六个晶闸管搭建三相桥式整流电路的模型。当负载为纯电

阻负载与阻感负载时，利用示波器查看仿真波形，并将U

d 、I

d

、U

VT1

波形记录下

来。并画出电路的移相特性曲线U

d

=f(α)。故障波形的采集：当触发角为30度

时，将其中某一个晶闸管断开，查看电阻或阻感负载下的输出电压U

d 、U

VT1

的波

形，记录下来，并分析故障现象。

整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，不仅应用于一般工业领域，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域。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。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。利用matlab对三相桥式全控整流电路仿真，可以让我们进一步深入了解三相整流电路工作的每一个步骤，充分掌握三相整流电路，而对故障波形的采集与分析，锻炼我们解决电路出现问题时的能力，以使我们在实际工作中也能足够的理论知识去排除及解决各种电路故障，具有十分重要的意义。

二、方案的论证与设计

三相桥式全控整流电路由一组共阴极的和一组共阳极接法的晶闸管串联而成。其中阴极连在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组，阳极连在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组，如图1所示。

图1中a相电源的初相角是0，c相电源初相角是120度，b相电源的初相角是-120度。三相半波整流时，在一个周期内，相电压最高值会交换三次，而三相全桥时，负载相当于接在两相的线电压上，而线电压的最高值每个周期会交换六次，线电压波峰的交点叫自然交换点，这就意味，当触发角α=0时，就能整流出一个周期内有六个波峰的直流电，它们的电压波形如图2

α=0 Ua Ub Uc

Uab Uac Ubc Uba Uca Ucb Uab Uac

三相电压和线电压关系（图2）

这样只要六个晶闸管按照VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的导通顺序，每个晶闸管导通60度，即可把三相交流电源整流为直流电。每个晶闸管的导通顺序如下表1所示

时段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ

共阴极组中导通

的晶闸管

VT1VT1VT3VT3VT5VT5

共阳极组中导通

的晶闸管

VT6VT2VT2VT4VT4VT6

整流输出电压ud ua-ub=u

ab ua-uc=u

ac

ub-uc=u

bc

ub-ua=u

ba

uc-ua=u

ca

uc-ub=u

cb

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。以线电压的过零点为时间坐标的零点，当负载为纯电阻负载是，只要触发角少于60°，负载电流就能连续。当为阻感负载时，此时负载电压连续，而负载电流的波动幅度的大小取决于电感的大小，当电感值比较大时，负载电流波动将会很小，

当α>60°，即使线电压过零为负值时，相应的晶闸管仍会导通，即电流仍然是连续的。当α=90° 时，线电压为正的导通部分与为负时的面积相等，则在一个周期内，负载电压为零，故阻感负载时，触发角不能大于90°。可得当整流输出电压连续时的平均值为（阻感负载α≤90°或电阻负载α≤60°时）：

()αωωπ

απ

α

π

cos 34.2sin 63

1

2323

2U t td U U d ==

⎰++ 式 2.1

带电阻负载且α＞60°时，此时的负载电压和电流都不连续，整流电压平均值为：

()⎥⎦⎤

⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++==

⎰

+απωωπ

π

α

π

3cos 134.2sin 63

23

2U t td U U d 式2.2

三、 纯阻性负载仿真

仿真电路图如下图3所示：

纯电阻负载电路（图3）

三相电源的相电压有效值为220V ，频率为50HZ ，电源内阻设为0.002Ω，负载为纯电阻负载，电阻取1Ω， 由于仿真时，matlab 内每个晶闸管的触发角是按坐

标Y轴处算起的，而我们定义的触发角是按线电压的自然交换点算的，它们之间差了30°，所以即使在α=0°时，每个晶闸管都要的导通延时都要加上30°。仿真时，我设定触发角为30°，根据表1的各个晶闸管的导通关系，可以得到每个晶闸管的导通延时为：

VT1延时：0.02*(30+0)/360

VT2延时：0.02*(30+60)/360

VT3延时：0.02*(30+120)/360

VT4延时：0.02*(30+180)/360

VT5延时：0.02*(30+240)/360

VT6延时：0.02*(30+300)/360

设置好每个参数，得到VT1的电压波形为下图4所示：

纯电阻负载VT1电压（图4）

由图可以看出，在自然换相点后的30°内，VT1仍然要承受一正向电压，这是因为此时a相的电压最高，b相电压最低，但是VT1的触发脉冲还没有来，即VT1还没有导通，故会有一正电压加在VT1上。在VT1导通后，电压立即变为0，而后来b、c、相电压高于a相时，VT1就要承受反向电压。