整流电路及其仿真分析

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本文首先介绍三相全桥整流电路、12脉波整流电路的工作原理,构建两种整流电路的仿真模型,并进行对比。通过MATLAB的仿真,分析2种整流电路的输出波形、输入电流波形的畸变,仿真结果与理论相一致。本文构造的模型灵活、方便,能加深对整流电路的理解和设计。1.引言

整流电路运用比较广泛。在交通运输中、交流机车传动系统的直流部分是通过整流来提供的;在电力输电系统中,从电网中输出的是三相交流电,随着距离、容量、等级等的增加,高压直流输电更具优势;家用电器,采用直流电,也是通过AC/DC的转换得到的。研究整流电路具有一定的意义,本文对三相全控整流电路、12脉波整流电路进行分析。

整流电路包含输入交流电、输出直流电、控制回路的触发脉冲,包含多种电气元件,电路分析复杂。并且整流桥的使用会产生谐波,谐波会对电网造成谐波电流污染。在分析整流电路时,不但要分析触发脉冲、负载对输出波形的影响,还要分析输入电流的畸变。Matlab/Simulink 仿真软件有电力系统模块,通过原理图构造Simulink模型进行仿真。本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路、12脉波整流电路建模,进行仿真分析。2.整流电路工作原理

2.1 三相全控整流电路工作原理

三相全控整流电路如图1所示,由VT1、VT3、VT5共阴极接法和VT2、VT4、VT6共阳极接法共同构成,包含6个晶闸管,共阴极组中与U、V、W三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5,共阴极组中与U、V、W三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。每一时刻都有一个共阴极接法晶闸管和一个共阴极晶闸管,处于导通状态。晶闸管按从1到6的顺序导通,VT1、VT2脉冲相位差为60°,VT1、

整流电路及其仿真分析

南京航空航天大学金城学院 张明霞 李红霞

VT3脉冲相位差为120°,输出电压一周期脉动6次,所以也称为6脉波整流电路。2.2 12脉波整流电路工作原理

2个三相全控整流电路进行串联或者并联形成12脉波整流电路。在该电路中一个三相全控整流电路输入变压器采用星型接法,另一个三相全控整流电路输入变压器采用三角型接法,从而使2个整流桥输入交流电相位相差30°,从而使整流输出电压一个周期脉动12次。移相变压器二次侧绕组△型接法的匝数是Y型接法的倍,因此副边上两组绕组对应的线电压是一样的。12脉波整流电路与三相全控整流电路相比较由于采用移相变压器,将输入电压进行移相,增加整流电路相数,减小整流系统产生的电流谐波,因此12脉波整流电路应用广泛。

3.整流电路仿真分析

3.1 三相全控整流电路仿真分析

图2所示为三相全控整流电路仿真模型,MATLAB算法选择ode23t,图中输入三相交流电

图1 三相全控整流电路图

图2 三相全控整流电路仿真模型

DOI:10.19353/ki.dzsj.2019.04.053

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流波形的正弦度较高。图7所示为示波器scope2整流电路输出电压波形,输出电压在580V,一个周期有12个脉动.。通过图6与图3的比较可见,12脉波整流电路比三相全桥整流电路输入电流的正弦度有很大提高,移相变压器能够很好的抑制谐波。4.结论

利用Matlab/Simulink仿真软件,构造三相全桥整流电路、12脉波整流电路的仿真模型,仿真整流电路的输出电压、分析整流电路的谐波。通过Matlab/Simulink仿真软件构造的仿真模型具有灵活性、方便性,对进一步加深整流电路的理论知识和电气设计有一定的意义。

参考:冷增祥,徐以荣,电力电子技术基础:东南大学出版社,2012;陈中,基于MATLAB的电力电子技术和交直流调速系统仿真:清华大学出版社,2014;李永东.现代电力电子学原理及应用:电子工业出版社,2011。

作者简介:

张明霞(1978—),女,四川人,工学硕士,讲师,主要从事电力电子、电机等教学方面的研究工作。

李红霞(1980—),女,河北人,工学硕士,讲师,主要从事单片机、电气等教学方面的研究工作。

相电压有效值为220V、频率50Hz、相位别为0°、120°、-120°。为了仿真收敛,整流桥前方,加入1mH滤波电感、0.01Ω电阻,负载电阻取值为50Ω。示波器scope1中显示了输入电压与输入电流波形,为了观察方便将电压波形进行了幅度缩小,如图3所示,从图3中可以观察到输入电流波形发生了畸变,不再是标准的正弦波。图4所示为整流电路输出电压波形,为示波器scope2显示波形,输出电压为515V,一个周期有6个脉动.,与理论相一致。3.2 12脉波整流电路仿真分析

图5所示为12脉波整流电路仿真模型,MATLAB算法选择ode23t,图中输入三相交流电相电压有效值为220V、频率50Hz、相位分别为0°、120°、-120°。移相变压器采用Yg/Y 联结和Yg/△连接,移相变压器三个绕组的电压分别为380V、220V、220V。输入电压经过移相变压器后,得到了互差30°的六相对称电压。示波器scope1中显示了输入电压与输入电

流波形,如图6所示,为了观察方便将电流波形进行了幅度缩小,从图6中可以看到输入电

图3 三相全控整流电路输入电流、输入电压仿真波形图4 三相全控整流电路输出电压仿真波形图7 12脉波整流电路输出电压仿真波形

图6 12脉波整流电路输入电流、输入电压仿真波形

图5 12脉波整流电路仿真模型

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