三相全桥不控整流电路的设计..

三相全桥不控整流电路的设计

1 三相整流的原理和参数计算

1.1 三相不控整流原理

三相桥式不控整流电路的原理图如图1-1所示。该电路中，某一对二极管导通是，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，改线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载供电，d u 按指数规律下降。

设二极管在距线电压过零点δ角处开始导通，并以二极管6VD 和1VD 开始同时导通的时刻为零点，则线电压为

2sin()ab u t ω+δ

在t=0时，二极管6VD 和1VD 开始导通，直流侧电压等于ab u ；下一次同时导通的一对管子是1VD 和2VD ，直流侧电压等于ac u 。着两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是1VD 和2VD 同时导通之前和6VD 和1VD 是关断的，交流侧向直流侧的充电电流d i 是断续的；另一种是1VD 一直导通，交替时由6VD 导通换相至2VD 导通，d i 是连续的。介于两者之间的临界情况是，6VD 和1VD 同时导通的阶段与1VD 和2VD 同时导通的阶段在t πω+δ=2/3处恰好衔接起来，d i 恰好连续，可以确定临界条件

wRC =

当wRC >wRC

由分析可知，当空载时，输出电压平均值最大，为222.45d U U ==。随着负载加

重，输出电压平均值减小，至wRC =d i 连续情况后，输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为22.34d U U =。可见，d U 在222.34~2.45U U 之间变化。

1.2 参数设计及计算

由设计要求输出电压为400V ，空载是输出电压平均值最大，为222.45d U U ==。

随着系统负载加重，输出电压平均值减小，至wRC =d i 连续情况后，输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为22.34d U U =。取22.4d U U =,由400d U V =可知，2167U =，则线电压为290a U V =。

图1-1 三相整流原理图

如图所示，输入三相电压源，线电压290V，50Hz。整流桥采用二极管，是不可控元件，内阻0.001欧姆。直流滤波电容3300μF，负载为电阻。图中的电容起到整流滤波的作用。

如图R是负载电阻，当R趋向于无穷大时，可以看作为负载为空载。分别设电阻R为10、1和0.1欧姆以及空载。

2 建模与仿真

2.1 输出电压的仿真

如图2-1所示，建立仿真模型。

图2-1 仿真模型

2.1.1电路空载仿真

仿真模型为如图为2-2所示。

图2-2 空载仿真模型

由图2-2所知，电压平均值为410.1V。

直流电压波形如图2-3所示。

图2-3 空载电压输出波形

在空载时，电容不向外界放电，唯一的放电渠道是在整流输出电压从峰值往回降的阶段，所以得到的电压为一条直线。

2.1.2 负载电阻为10欧姆的仿真

负载为10欧姆的仿真模型为如图为2-4所示。

R=Ω的仿真模型

图2-4 10

由图中可知电压平均值为399.4V

负载10

R=Ω直流电压波形如图2-5所示。

R=Ω电压输出波形

图2-5 负载10

如果接上负载，电压会降低。由于有电压调整，以及电容的充放电，电感的储能，会发生振荡，所以这个阶段得到的电压波形不是一条直线，是一条波动的电压曲线。

2.1.3 负载电阻为1欧姆的仿真

负载为1欧姆的仿真模型为如图为2-6所示。

R=Ω的仿真模型

图2-6 1

由图2-6可得电压平均值为390.1V。

负载1

R=Ω直流电压波形如图2-7所示。

R=Ω直流电压波形

图2-7 负载1

由图2-7比较可知，负载电阻越小，获得的电压平均值越小。

2.1.4 负载电阻为0.1欧姆的仿真

负载为0.1欧姆的仿真模型为如图为2-8所示。

R=Ω的仿真模型

图2-8 0.1

由图2-6可得电压平均值为376.6V。

负载0.1

R=Ω直流电压波形如图2-9所示。

R=Ω直流电压波形

图2-9 负载0.1

分析仿真图形和数据可以得出直流电压和负载电阻的关系：空载时，输出的直流电压波形近似为直线，负载越大电压的纹波越严重；随着电阻的增大，电压平均值越来越小。

2.2电流波形的仿真

分别仿真负载电阻为10、1时的情况。

记录直流电流和a相交流电流，并分析规律。仿真模型如图2-10所示。

图2-10 电流仿真模型

2.2.1负载电阻为10欧姆电流仿真

a相交流电流波形，如图2-11所示：

图2-11 a相交流电流

直流电流波形如图2-12所示，

图2-12 直流电流波形

2.2.2负载电阻为1欧姆电流仿真

a相交流电流波形，如图2-13所示：

图2-13 1欧姆a相交流电流波形直流电流波形如图2-14所示，

如图2-14 1欧姆直流电流波形

随着负载的加大（10、1），直流侧的电流逐渐增大，且直流侧电流起伏逐渐增大，波纹增加。同时，a相的电流也逐渐增大，并更接近正弦。当负载为10时，直流侧电流为断续；负载为1.67时，直流侧电流为临界状态；负载为0.5时，直流侧电流为连续。

2.3平波电抗器的作用

直流侧加1mH电感。分别仿真轻载10欧姆和重载0.5欧姆时的情况，记录直流和交流电流波形，并计算交流电流的THD。仿真同样负载条件下，未加平波电抗器的情况，并加以比较分析。

2.3.1 负载10欧姆加1mH电感

图2-15为仿真模型图

图2-15 仿真模型