三相全控桥式整流电路仿真

课程设计

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题目：三相桥式全控整流电路的仿真

指导教师：

一、背景介绍

随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。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。它是由半波整流电路发展而来的。由一组共阴极的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的晶

闸管串联而成。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。由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。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，进一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了对三相桥式全控整流电路理论的理解。

二、课程设计的目的

1、加深电力电子技术内容的理解；

2、锻炼学生的分析问题，解决问题，查阅资料，以及综合应用知识的能力；

3、学会使用MATLAB\SIMULINK软件来进行电力电子的建模与仿真；

4、培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。提高课程设计报告撰写水平。

三、三相桥式全控整流电路工作原理

1.三相桥式全控整流电路特性分析

图1是电路接线图。

三相桥式全控整流电路图是应用最为广泛的整流电路，其电路图如下：

在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是

两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。

为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。

晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。

为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。

为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。

在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为u d=u a-u b=u ab

经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为

u d=u a-u c=u ac

再经过60°，进入第(3)段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为

u d=u b-u c=u bc

余相依此类推。

2.带电阻负载时的工作情况：

(1)当a≤60度时，ud波形均连续，对于电阻负载，id

波形与ud波形形状一样，也连续

波形图：a =0度（图3a）、a =30度（图3b）、a =60度（图3c）

(2)当a>60度时，ud波形每60度中有一段为零，ud波形不能出现负值

波形图： a =90度（图3d）

(3)带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120度

3.晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示：

4. 三相桥式全控整流电路定量分析

(1)当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60度时）的平均值为：

(2)带电阻负载且a >60时，整流电压平均值为：

输出电流平均值为：Id=Ud /R

三、仿真实验

仿真接线如图所示

参数设置：三相电源电压设置为220V，频率设为50Hz，相角相互相差120度。变换器

桥设置相当于六个晶闸管，只要有适当的触发信号，便可以使变换器在对应的时刻导通。设置同步电压的频率跟脉冲宽度分别为50Hz和10%，“alpha_deg”是移相控制角信号输入端，通过设置输入信号给它的常数模块参数便可以得到不同的触发角a，从而产生给出间隔60 度的脉冲。

选择算法为ode23tb，stop time 设为0.1。 1.电阻负载仿真

设置电路负载为纯电阻性，R＝100Ω。

以下是分别在a=0 度，30 度，60 度,90度120度时的仿真结果

0度时的各参数波形图

30度时各参数波形图

60度时各参数波形图

90度时各参数波形图

120度时各参数波形图

2.阻感负载仿真

设置电路负载为阻感性，R＝100Ω，L＝1H。

以下是分别在a=0 度，30 度，60 度,90度120度时的仿真结果

0度时的各参数波形图