电力电子课程设计-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电气化班级学号学生姓名指导教师完成时间2016年11 月17 日三相桥式整流电路的MATLAB仿真一、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0.004欧姆。

利用六个晶闸管搭建三相桥式整流电路的模型。

当负载分别为纯电阻负载和阻感负载时设置相关参数利用示波器查看仿真波形，并将ud、id、uVT1波形记录下来。

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、基本原理三相桥式整流电路习惯将其阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT2、VT6、VT2）称为阳极组，如图1所示、图1 三相桥式整流电路原理图图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图2 三相桥式整流电路带电阻（阻感负载）α=0°时的波形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所示表1 晶闸管的导通顺序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）αωωπαπαπcos 34.2)(sin 63122323U t td U U d ==⎰++ 式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：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==⎰+)3cos(134.2)(sin 63223απωωππαπU t td U U d 式2三、 纯电阻和阻感负载仿真模型1、 纯电阻负载（1）仿真电路图如下图3所示图3 三相桥式整流电路纯电阻负载仿真电路图（2）参数设计①三相电压源：线电压取380V ，50Hz ，内阻0.004欧姆 ②负载为纯电阻负载，电阻取10欧姆，仿真时间取0.10s③脉冲信号发生器：脉冲宽度为20%的电源周期，触发角为60°及90，特殊触发角为55° 由上述参数，得出纯电阻负载时得u d 、i d 、u VT1仿真波形如下图图4 α=60°时u d （红色曲线）与i d （黄色曲线）的波形（纯电阻负载）由图4知 α=60°时u d 出现波形为零的点u d 与i d 波形形状一样，且连续。

由于电阻为10欧姆所以电压的峰值为电流峰值的10倍。

()VU U U 4.25760cos 22034.2cos 34.2t td sin 63122323d=︒⨯⨯===⎰++αωωπαπαπ式 3A A R U Id d74.25104.257=== 式 4图5 α=60°时 u VT1（红色曲线）的仿真波形（纯电阻负载）图6 α=90°时u d （红色曲线）与i d （黄色曲线）的仿真波形（纯电阻负载）由图6知α=90°时电阻负载情况下的工作波形，此时Ud 波形每60°中有30°为零，这是因为电阻负载时Id 波形与Ud 波形一致，一旦Ud 降至零，Id 也降至零，通过将闸管的电流即降至零，晶闸管关断，输出整流电压Ud 为零，因此Ud 波形不能出现负值。

()Vt td U U d 6923cos 134.2sin 6323=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++==⎰+ππωωππαπ式 5A A R U Id d9.61069=== 式 6图7 α=90°时 u VT1（红色曲线）的仿真波形（纯电阻负载）图8 α=55°时u d（红色曲线）与i d（黄色曲线）的仿真波形（纯电阻负载）图9 α=55°时u VT1（红色曲线）的仿真波形（纯电阻负载）2、阻感负载（1）仿真电路图如下图10所示图10 三相桥式整流电路阻感负载仿真电路图（2）参数设计①三相电压源：线电压取380V，50Hz，内阻0.004欧姆②负载为阻感负载，电阻取1欧姆，电感15mH，仿真时间取0.10s③脉冲信号发生器：脉冲宽度为20%的电源周期，触发角为60°及90°，特殊触发角为55°由上述参数，得出纯电阻负载时得u d、i d、u VT1仿真波形如下图图11α=60°时u d（红色曲线）与i d（黄色曲线）的仿真波形（阻感负载）由图11知当α=60°，Ud波形均连续，电路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Ud 的波形，晶闸管承受的电压波形等都一样，区别在于由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流Id 波形不同，电阻负载时Id 波形与Ud 波形的形状是一样。

而阻感负载时，由于电感的作用使的负载电流波形变的平直，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。

()VU U U4.25760cos 22034.2cos 34.2t td sin 63122323d=︒⨯⨯===⎰++αωωπαπαπ式 7A A RU I d 4.25714.257d === 式 8图12 α=60°时u VT1（红色曲线）的仿真波形（阻感负载）图13 α=90°时 u d （红色曲线）与i d （黄色曲线）的仿真波形（阻感负载）由图13知当α=90°时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时的不同，电阻负载时Ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时由于电感L 的作用Ud 波形会出现负的部分。

()Vt td U U d 6923cos 134.2sin 6323=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++==⎰+ππωωππαπ式 9A A R U Id d69169=== 式 10图14 α=90°时u VT1（红色曲线）的仿真波形（阻感负载）图15 α=55°时u d （红色曲线）与i d （黄色曲线）的仿真波形（阻感负载）图16 α=55°时 u VT1（红色曲线）的仿真波形（阻感负载）四、 故障仿真模型（1）仿真电路图如下图17所示图17 断开第二个晶闸管仿真电路图（2）参数设计当触发角为60度时，将第2个晶闸管断开其他参数不变，查看纯电阻负载下的输出电压Ud的波形（3）故障波形图18 断开第二个晶闸管的故障波形（4）故障波形的分析当触发角为60度时，我们选择断开了第二个晶闸管与电路的连接，导致出现图14的情况，因为VT2的缺失，使电路a-VT1-R-VT2-c和b-VT3-R-VT2-c的电路无法形成回路，导致图18中每个周期连续少了两个波头，两个波头为120°。

由图18可知是第一个和第二个波形缺失。

五、课程设计体会通过这次的课程设计，使我对三项桥时整流电路有了更多的认识和了解，对MATLAB 的操作也熟悉了许多。

在使用MATLAB时，也出现了许多问题，通过与组员的讨论和请教同学，使问题也迎刃而解。

我感觉使用MATLAB进行仿真能比较直观快捷地反映出输出结果，操作简单，便于我们观察和了解各种触发角和不同负载的条件下的仿真结果。

六、参考文献[1] 王兆安.刘进军.电力电子技术[M].北京.机械工业出版社，2009.5[2] 李传琦.电力电子技术计算机仿真实验[M].北京：电子工业出版社，2006[3]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的Matlab仿真[M].北京:机械工业出版社,2006.[4]徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京:机械工业出版社,2005。