三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真

中北大学朔州校区电力电子技术

课程设计说明书

电气工程及其自动:

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三相桥式全控整流电路的设计与仿真（阻感负载牛慧1227034136

组长姓名李学

学号组员姓名：

1227034138 范铮学号组员姓名：

1227034139 组员姓名：崔少东学号

1227034129 学号王新嘉组员姓名：

1227034144 学号组员姓名：张艺

1227034153

学号于亮组员姓名：

日年 2015 14 月 1

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1. 概述 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2 设计目标及设计要求 (1)

1.3 设计进度 (1)

1.4 分工 (1)

2. 系统方案及主电路设计 (2)

2.1方案的选择 (2)

2.2 系统流程框图 (2)

2.3 主电路设计 (3)

3．控制、驱动电路设计 (6)

3.1触发电路简介 (6)

3.2触发电力设计要求 (7)

3.3过电压保护 (8)

3.4过电流保护 (10)

4．系统MATLAB仿真 (12)

4.1MATLAB软件介绍 (12)

4.2系统建模与参数设置 (12)

4.3系统仿真结果及分析 (19)

5．设计体会 (12)

6．参考文献 (120)

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1. 概述

1.1 设计目的

三相桥式全控整流电路在现代电力电子技术中具有很重要的作用和很广泛的应用。这里结合全控整流电路理论基础，采用Matlab的仿真工具Simulink对三相桥式全控整流电路进行仿真，对输出参数进行仿真及验证，进一步了解三相桥式全控整流电路的工作原理。

1.2 设计目标及要求设计要求

2.1设计任务

设计一个三相可控整流电路使其输入电压:

（1）三相交流380伏、频率为50赫兹、

（2）输出功率2KW、负载为阻感性负载。

（3）移相范围：0°~ 90°

2.2 设计要求

（1）设计出总体结构框图，以说明本课题由哪些相对独立的部分组成，并以文字对原理作辅助说明；

（2）设计各个部分的电路图，并加上原理说明；

（3）MATLAB仿真实验。

1.3 设计进度

（1） 1月14日—1月15日对实验进行理论分析、论证；

（2） 1月15日—1月16日进行主电路、触发电路、保护电路的设计及理论分析；

（3） 1月19日—1月21日用MATLAB软件对实验进行建模仿真并对仿真结果进行分析；

（4） 1月22日—1月23日对本次实验进行分析总结，分享实验心得体会。

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1.4 分工

（1）系统方案选择及主电路设计：范铮、张艺；

（2）控制、驱动电路设计：崔少东、于亮；

（3）系统MATLAB仿真：家登辉、李昂、王新嘉。

2. 系统方案及主电路设计

2.1 方案的选择

三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。

结构框图如图1-1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。框图中没有

表明保护电路。当接通电源时，三相桥式全控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过整流后的直流电通给直流电动机，使之工作。

2.2 系统流程框图

2

直流电动电三相桥式全控整流电触发同步电路信触号发模块集成触发器

三相桥式全控整流电路结构图图1-1

主电路设计2.3

2-1 主电路原理图图主电路原理分析2.3.1

的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中6 晶闸管按从1至、、bVT5、，共阳极组中与aVT1ca与、b、三相电源相接的3个晶闸管分别为、VT3。编号如图示，晶闸管的导通顺序VT2、VT6、VT4c三相电源相接的3个晶闸管分别为－VT5VT6。－－－－为 VT1VT2VT3VT4 三相全桥工作特点2.3.2

其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因

3

此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π／3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π／3；同一

相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3U一周时，输出电压α=O和VT2的脉冲相差π，给分析带来了方便；当VT5和VT6，d期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6U的波形时，α>0脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。d 出现缺口，随着α角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当α=2π／3时，输出电压为零，所以电阻性负载时，α的移相范围是O～2π／3；当O≤α≤π／3时，电流连续，每个晶闸管导通2π／3；当π／3≤α≤2π／3时，电流断续，各晶闸管导通小于2π／3。当α=π／3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。

2．3.3 阻感负载时的波形分析

三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，因为带反电动势阻感负载的情况，与带阻感负载的情况基本相同。

U波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶60度时，当α≤d U波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于闸管的通断情况、输出整流电压d负载不同时，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U波形与 id 负载时的波形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载d电流波形变得平直，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。图2-2和图2-3分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0度和α=30度的波形。

U波形和id波形外，还给出了晶闸管VT1电流2-2图中除给出 iVT1 的波形，d可与带电阻负载时的情况进行比较。由波形图可见，在晶闸管VT1导通段，iVT1波形U波形不同。波形决定，和由负载电流 id d 4

U I的a相电流2-3中除给出波形和 id 波形外，还给出了变压器二次侧图a d波形，在此不做具体分析。