基于MatlabSimulink的三相桥式全控整流电路的建模与仿真设计

1、.专业整理 .南湖学院电力电子技术题 目： 基于 Matlab/Simulink 的三相桥式 全控整流电路的建模与仿真系 部： 南湖学院机电系专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： N 机自四班 07-4F姓 名：学 号：序 号： 292010 年 6 月 25 日. 学习帮手 .专业整理 .基于 Matlab/Simulink 的三相桥式全控整流电路的建模与仿真摘要 本文在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上， 建立了基于 Simulink 的三相桥式 全控整流电路的仿真模型， 并对其带电阻负载时的工作情况进行了仿真分析与研究。 通过仿 真分析也验证了本文所建模型的正确性。关键词 Sim

2、ulink 建模 仿真 三相桥式全控整流对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载，可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。故在负载容量较大的场合，通常采用三相或多相整流电路。三 相或多相电源可控整流电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小、控制响 应快，因此被广泛应用于众多工业场合。本文在 Simulink 仿真环境下，运用 PowerSystemBlockset 的各种元件模型建立三相桥 式全控整流电路的仿真模型，并对其进行仿真研究。1. 三相桥式全控整流电路的工作原理三相桥式全控整流原理电路结构如图 1 所示。三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整 流电路，完整的三

3、相桥式整流电路由整流变压器、 6 个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和 同步环节组成（见图 1-1 ）。 6 个晶闸管以次相隔 60度触发，将电源交流电整流为直流电。 三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式， 以保证在每一瞬时都有两个晶闸 管同时导通 （上桥臂和下桥臂各一个） 。整流变压器采用三角形 / 星形联结是为了减少 3 的整 倍次谐波电流对电源的影响。元件的有序控制， 即共阴极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为 VT、VT。它们可构成电源系 统对负载供电的 6 条整流回路，各整流回

4、路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。图 1-1 三相桥式全控整流原理电路2. 基于 Simulink 三相桥式全控整流电路的建模三相桥式全控整流电路在 Simulink 环境下，运用 PowerSystemBlockset 的各种元件模 型建立了三相桥式全控整流电路的仿真模型，仿真结构如图 2-1 所示：. 学习帮手 .专业整理 .图 2-1 三相桥式全控整流电路的仿真模型 在模型的整流变压器和整流桥之间接入一个三相电压- 电流测量单元 V-I 是为了观测方便。整流器的输出电压和电流是通过多路测量器测量负载的电压和电流来实现的， 当然也 可以用电压和电流测量单元直接检测整流器输出单位和

5、电流。 在整流器工作中保证触发脉冲 与主电路同步很重要， 仿真使用的 6 脉冲发生器是在同步电压过零时作为控制角 a=0 的位置， 因此在整流变压器采用 /Y-11 联结时，同步变压器也可以采用 /Y-11 联结，同步信号的 连接如图 2-1 所示。 在同步信号关系难以确定时， 可以发挥仿真的特点， 将三相同步信号以 不同的顺序连接到 6 脉冲发生器的 AB、BC、CA3个同步输入端，然后运行该模型， 观察整流 器输出电压波形， 如果电压波形在一周期中 6 个波头连续规则， 则该整流器的同步是正确的。 负载和控制角可以按需要设定。3. 设置模型参数三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V，整

6、流器输出电压为 100V(相电压)，观察整流器在不同负载，不同触发角时整流器输出电压、电流波形，测量其平均值。1、电阻负载( R的值为 5欧姆、 a=30)(1)设置模型参数如下：1)电源参数设置：三相电源的电压峰值380V，频率为 50HZ，相位分别为 0、-120 、-240.2 )整流器变压器参数设置：一次绕组联结(wingding 1 connection )选择Delta(D11), 线电压为 380V；二次绕组联结 ( wingding 2 connection)选择 Y，线电压为173v，在要求不高时变压器容量、互感等其他参数可以保持默认值不变。3 )同步变压器参数设置：一次绕组

7、联结(wingding 1 connection )选择Delta(D11), 线电压为 380V；二次绕组联结 ( wingding 2 connection)选择 Y，线电压为15v，其他参数可以保持默认值不变。. 学习帮手 .专业整理 .4) 三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。5) RLC负载参数设置： R的值为 5 欧姆， C的值为 inf 。6) 6 脉冲发生器设置：频率为 50HZ，脉冲宽度取 1，选择双脉冲触发方式。7) 触发角设置：给定 alph 设置为 30.4. 仿真并观察结果设置的仿真参数如下： 仿真时间为 0.06S ，数值算法采用 ode15。仿真参数设置完成后

8、即可启动仿真，得到的仿真的如图 4-14-6 图所示。. 学习帮手 .专业整理 .图 4-2 整流器输出的电压波形以及电阻负载时整流器输出的电流波形. 学习帮手 .专业整理 . 学习帮手 .专业整理 .和电流波形 （图下部） 相比较， 整流后的电压是直流， 而且波形与三相输入电压波形相对应。. 学习帮手 .专业整理 .整流电压平均值（见图 4-3 ）与计算值 Ud=2.34*100cos30V=202.6V 相符。因为是电阻负载， 整流后的电压和电流波形相同， 但 Y 轴坐标不同。 图 4-4 到图 4-6 所示分别为整流器交流侧 的电流波形。改变控制角可以观察在不同控制角下整流器的工作情况。

9、1. 电阻电感负载（ R的值为 5欧姆、 L的值为 0.01h 、a=60）在图 2-1 中修改负载 RLC参数， R的值为 5欧姆， L的值为 0.01H，C的值为 inf ，同 时将触发角设置为 60. 为了观察整流器输入电流和输出电压的谐波，在仿真模型中增加了傅立叶（ Fourier ）分析模块，修改后的仿真模型如图 4-7 所示。图 4-7 三相桥式整流电路电阻电感负载（ a=60）在仿真参数中设置仿真时间为 0.16S ，重新启动仿真，即可得到阻感负载时整流器 输出电压和电流，如图 4-8a 、4-8b 、 4-8c 所示：. 学习帮手 .专业整理 .图 4-8a a=60 时整流器

10、输出电压. 学习帮手 .专业整理 .图 4-8c 整流器输出电流分析观察到的结果： 由于电感是储能元件， 电感中电流 （见图 4-8c ）有以上升的过程， 在启动仿真 0.01s 以后电流进入稳定状态，电流的脉动很少。5. 结论本文在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上，利用 MATLAB面向对象的设计思想和电气元件的仿真系统，建立了基于 Simulink 的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对 其进行了仿真研究。 在对三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况进行仿真分析的基 础上，验证了当触发角为 30 度时 ，负载电流是连续的；当触发角为 60 度时时，负载电流 不连续。这与当触发角

11、0a60 时 ，负载电流是连续；当触发角大于等于 60 度时 ，负载电 流是不连续相符。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。通过仿真和分析， 可知三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角 和负载特性的影 响，文中应用 Matlab 的可视化仿真工具 simulink 对三相桥式全控整流电路的仿真结果进行 了详细分析， 并与相关文献中采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较， 进一 步验证了仿真结果的正确性。采用 Matlab Simulink 对三相桥式全控整流电路进行仿真分 析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程， 得到了一种直观、 快捷分析整流电路的 新方法。应用 Mat

12、lab Simulink 进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能 直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。应用 Matlab 对整流电路故障仿真研究时，可以 判断出不同桥臂晶闸管发生故障时产生的波形现象， 为分析三相桥式整流电路打下较好的基. 学习帮手 .专业整理 .础，是一种值得进一步应用推广的功能强大的仿真软件， 同进也是电力电子技术实验较好辅 助工具。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， 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 Simtlink 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， 既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论， 同时也为现代电力电子 实验教学奠定良好的实验基础。