三相桥式全控整流电路仿真..

1、LANZHOU JIAOTONG UNIVERSITY三相桥式全控整流电路仿真专业：班级：姓名：学号：指导教师：摘要 ：三相桥式全控整流电路在现代电力电子技术中具有非常重要的作用。本文在研究全控整流电路理论基础上, 采用 Matlab 的可视化仿真工具Simulink 建立三相桥式全控整流电路的仿真模型, 对三相电源电压、电流以及负载特性进行了动态仿真与研究，并且对三相电源电流以及负载电流、电压进行FFT分析。 仿真结果表明建模的正确性, 并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点 , 从而为电力电子技术课程实验提供了一种较好的辅助工具。关键词 :Matlab ；整流电路；动态仿真；

2、建模三相桥式全控整流电路分析(电阻负载)1 主电路结构及工作原理1.1 原理图1.2 工作原理三相桥式全控整流电路原理图如图1 所示。 三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的, 它由三相半波共阴极接法(VT1,VT3,VT5) 和三相半波共阳极接法(VT4,VT6,VT2)的串联组合。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 /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

3、/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VT1,VT3,VT5的脉冲依次相差2 /3; 同一, 即 VT1和 VT4,VT3和 VT6,VT5和 VT2的脉冲相差 , 给分析带; 当 =0时, 输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线, 所以6倍 , 比三相半波电路高1 倍 ,脉动减小, 而, 故该电路又可称为6 脉动整流电路。 0时,Ud 的, 随着 角的增大 , 缺口增大 , 输出电压平均值降低。当 =2 /3 时 , 所以电

4、阻性负载时, 的移相范围是02 /3; 当 0 /3 时 , 每个晶闸管导通2 /3; 当 /3 2 /3 时 , 电流断续 , 每个晶闸管2 /3 。 = /3 是电阻性负载电流连续和断续的分界点。2 三相桥式全控整流电路建模仿真2.1 建模根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink 内的模块建立仿真模, 设置三个交流电压源Va,Vb,Vc 相位角依次相差120 , 得到整流用 6 个 GTO构成整流桥, 实现交流电压到直流电压的转换。pulsegenerator 产生整流桥的触发脉冲, 且从上到下分别给16 号晶闸管触发脉冲。2 三相桥式全控整流电路仿真电路2.2 模型参数设置

5、（ 1） 三相电源UA、 UB和 UC仿真参数设置：电压峰值为380V， 频率为50Hz，相位分别为0、120、120。（ 2）三相晶闸管整流器参数使用默认值。（ 3） RLC负载仿真参数设置：R=10 。（ 4）脉冲发生器仿真参数设置：频率50Hz，脉冲宽度取10，选择双脉冲触发方式。（ 5）控制角仿真参数设置：设置为0、30、60、75、90。另外，仿真时间可以按需要设置，是任意的，时间长观察到的波形多，计算花费的时间也多。一般电阻负载2 个电源周期后电路已进入稳态，电感负载因为电流有上升时间，仿真时间也需要长一些，本例设为0.06s 。仿真算法采用ode23tb 。3 仿真结果及其分析a

6、. 触发角 =0，MATLAB仿真波形如下图 3 =0三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）19b. 触发角 =30，MATLAB仿真波形如下三相电压图 4 =30三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）c. 触发角 =60，MATLAB仿真波形如下三相电压1000图 5 =60三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）d. 触发角 =75，MATLAB仿真波形如下三相电压脉冲信号图 6 =75三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）e. 触发角 =90，MATLAB仿真波形如下三相电压图 7 =90三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）4 小结本文在对三相桥式全控整流电路理论分析

7、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0 60 ，负载电流是连续的；当 60时，负载电流不连续；同时也验证了三相桥式全控整流电路触发角 的移相范围是0 120。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。5 FFT 分析Ic 及负载电流Id 和5.1 当触发角 =0时， 三相电源电流Ia、 Ib、Vd 的 FFT 分析a触发角 =0，a 相电流FFT分析如下图 8 =0三相电源电流Ia FFT 分析结果（

8、电阻性负载）b触发角 =0，b 相电流FFT分析如下图 9 =0三相电源电流Ib FFT 分析结果（电阻性负载）c. 触发角 =0，c 相电流 FFT分析如下d. 触发角Id FFT 分析如下=0，负载电流Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 1 cycles20Fundamental (50Hz) = 0.06328 , THD= 6657.26%800060004000M2000Harmonic order0.03Time (s)图 10 =0三相电源电流Ic FFT 分析结果（电阻性负载）atnemadnuFfo%(g10000图

9、 11 =0负载电流Id FFT 分析结果（电阻性负载）Vd FFT分析如下=0，负载电压Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 1 cycles600400200Fundamental (50Hz) = 0.6328 , THD= 6657.26%100008000600040002000Harmonic order=0负载电压Vd FFT 分析结果（电阻性负载）图 120.03Time (s)e. 触发角f o(% ga Mta ne m a5.2 当触发角 =75时，三相电源电流Ia、 Ib、 Ic 及负载电流IdVd 的 FFT

10、分析a触发角 =75，a 相电流FFT分析如下100图 13 =75三相电源电流Ia FFT 分析结果（电阻性负载）Fundamental (50Hz) = 18.75 , THD= 101.58%b触发角 =75，b 相电流 FFT分析如下图 14 =75三相电源电流Ib FFT 分析结果（电阻性负载）c触发角 =75，c 相电流FFT分析如下图 15 =75三相电源电流Ic FFT 分析结果（电阻性负载）d触发角 =75，负载电流Id FFT 分析如下Fundamental (50Hz) = 11.7 , THD= 221.67% 20020Harmonic order150 100 50

11、atnemadnuFfo %(gaM图 16 =75负载电流 Id FFT 分析结果（电阻性负载）e触发角=75，负载电压Vd FFT分析如下图 17 =75负载电压 Vd FFT 分析结果（电阻性负载）1 主电路结构及工作原理1.1 原理图三相桥式全控整流电路分析(阻感负载)VT1VT3VT5 d1iaTnidLRudVT4VT6VT2 d2图 18 三相桥式全控整流电路原理图(阻感负载)1.2 工作原理三相桥式全控整流电路原理图如图1 所示。 三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的, 它由三相半波共阴极接法(VT1,VT3,VT5) 和三相半波共阳极接法(VT4,VT6,V

12、T2)的串联组合。2 三相桥式全控整流电路建模仿真2.1 建模根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink 内的模块建立仿真模型如下图所示, 设置三个交流电压源Va,Vb,Vc 相位角依次相差120 , 得到整流桥的三相电源。用 6 个 GTO构成整流桥, 实现交流电压到直流电压的转换。pulsegenerator 产生整流桥的触发脉冲, 且从上到下分别给16 号晶闸管触发脉冲。图 19 三相桥式全控整流电路仿真电路2.2 模型参数设置（1） 三相电源UA、UB和UC仿真参数设置：电压峰值为380V，频率为50Hz，0、120、120（ 2）三相晶闸管整流器参数使用默认值。（ 3）

13、RLC负载仿真参数设置：R=10 、 L=0.01mH。（ 4）脉冲发生器仿真参数设置：频率50Hz，脉冲宽度取10，选择双脉冲（ 5）控制角仿真参数设置：设置为0、30、45、60、75、90。另外，仿真时间可以按需要设置，是任意的，时间长观察到的波形多，计算一般电阻负载2 个电源周期后电路已进入稳态，电感负载因为0.06s 。仿真算法采用ode23tb 。3 仿真结果及其分析a. 触发角 =0，MATLAB仿真波形如下21三相电压图 20 =0三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）b. 触发角 =30，MATLAB仿真波形如下三相电压1000图 21 =30 三相桥式全控整流电路仿真结

14、果（阻感性负载）c. 触发角 =45，MATLAB仿真波形如下27图 22 =45 三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）d. 触发角 =60，MATLAB仿真波形如下三相电压1000图 23 =60 三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）e. 触发角 =75，MATLAB仿真波形如下图 24 =75 三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）f. 触发角 =90，MATLAB仿真波形如下图 25 =90 三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）4 小结本文对三相桥式全控整流电路进行了理论分析，利用MATLAB面向对象的设计思想和自带的电力系统工具箱，建立了基于MATLAB-simu

15、link 的三相桥式全控整流电路仿真模型，并对其进行比较研究。对于电路带阻感性负载时的工作情况，验证了当触发角为0 60时，负载电流连续；当 60时，负载电流不连续且出现负的部分；同时验证了触发角 的移相范围是0 90。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。5 FFT 分析Ia、 Ib、 Ic 及负载电流5.1 当触发角 =0时，三相电源电流38Id 和负载电压Vd 的 FFT 分析a触发角 =0，a 相电流FFT分析如下Fundamental (50Hz) = 68.72 , THD= 31.73%图 26 =0三相电源电流Ia FFT 分析结果（阻感性负载）b触发角 =0，b 相电流F

16、FT分析如下Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 1 cycles0.036040Harmonic order(% ga Mta ne m a nuF fo图 27 =0三相电源电流Ib FFT 分析结果（阻感性负载）Time (s)Fundamental (50Hz) = 65.31 , THD= 37.05%c触发角 =0，c 相电流FFT分析如下图 28 =0三相电源电流Ic FFT 分析结果（阻感性负载）d触发角 =0，负载电流Id FFT 分析如下图 29 =0负载电流Id FFT 分析结果（阻感性负载）Fundamental

17、 (50Hz) = 3.78 , THD= 289.32%Harmonic ordere触发角 =0，负载电压Vd FFT分析如下Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 1 cycles图 30 =0负载电压Vd FFT 分析结果（阻感性负载）5.2 当触发角 =75时，三相电源电流 Ia、 Ib、 Ic 及负载电流Id和负载电压Vd 的 FFT 分析a. 触发角 =75，a 相电流 FFT分析如下图 31 =75三相电源电流Ia FFT 分析结果（阻感性负载）b. 触发角 =75，b 相电流FFT分析如下Fundamental (50H

18、z) = 39.9 , THD= 61.99%图 32 =75三相电源电流Ib FFT 分析结果（阻感性负载）c. 触发角 =75，c 相电流FFT分析如下Fundamental (50Hz) = 40.75 , THD= 42.28%100051015202530Harmonic order3540000642 )latnemadnuFfo %(gaM图 33 =75三相电源电流Ic FFT 分析结果（阻感性负载）d. 触发角 =75，负载电流Id FFT 分析如下图 34 =0负载电流Id FFT 分析结果（阻感性负载）e. 触发角 =75，负载电压Vd FFT分析如下180160140120100fo80604020005Harmonic order(% g aMta ne m adFundamental (50Hz) = 123.8 , THD= 237.77%图 35