三相整流桥实验报告.docx

题目：三相桥式整流电路仿真 摘要1、 设计目的进一步熟悉MATLAB软件的基本仿真，掌握三相整流桥的基本原理。2、 设计任务2.1、利用MATLAB对三相整流电路进行仿真；2.2、 分析不同触发角是负载的电压电流输出波形；2.3、 谐波含量分析。3、 课题原理3.1主电路设计及原理3.1.1 主电路设计将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3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3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。3.1.2 主电路原理说明整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图3-1所示。=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压 ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud = ud1ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压 ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线。由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大，电感对电流变化有抗拒作用。流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势Li，它的极性事阻止电流变化的。当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小。电感的这种作用使得电流波形变得平直，电感无穷大时趋于一条平直的直线。为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60o，如图3-2所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1VT2VT3VT4VT5VT6。图3-1 =0o时波形表1 三相桥式全控整流电路电阻负载=0o时晶闸管工作情时 段共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub- uc=ubcub- ua=ubauc- ua=ucauc-ub=ucb图3-2给出了=30o时的波形。从t1角开始把一个周期等分为6段，每段为60o与0o时的情况相比，一周期中ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成ud的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低。晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。图中同时给出了变压器二次侧a相电流ia的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o期间，ia为正，由于大电感的作用，ia波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o期间，ia波形的形状也近似为一条直线，但为负值。 图3-2 =30o时的波形由以上分析可见，当30o时，ud波形均连续，对于带大电感的反电动势，id波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当60o时，如90o时电阻负载情况下的工作波形如图3-4所示，ud平均值继续降低，由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使得ud的值出现负值，当电感足够大时，ud中正负面积基本相等，ud平均值近似为零。这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的角的移相范围为90度。4、 仿真介绍4.1 MATLAB软件MATLAB是一个高级计算和仿真平台。 SIMULINK 原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中易编程、易拓展，并且可以解决 MATLAB 不易解决的非线性、变系数等问题。它能支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离散混合系统的仿真，也支持线性和非线性系统的仿真，并且支持多种采样频率(Multirate)统的仿真,也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。因此，各科学领域根据自己的仿真需要，以 MATLAB 为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式都放人 SIMULINK 中，形成了模块库。SIMULINK 的模块库实际上就是用 MATLAB 基本语句编写的子程序集。现在 SIMULINK 模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了 SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具箱(DSPBlocks)、通信 系 统 工 具 箱 (Comm) 等 也 并 行 列 入 模 块 库 的 一 级 子 目 录 ， 逐 级 打 开 模 块 库 浏 览 器 (SIMULINKLibraryBrowser)的目录，就可以看到这些模块。从 SIMULINK41 版开始，有了电力系统模块库(Power System Blockset)，该模块库主要由加拿大 HydroQuebec 和 TECSIMInternational 公司共同开发。在 SIMULINK 环境下用电力系统模块库的模块，可以方便地进行 RLC 电路、电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。本书中电力电子电路的仿真就是在 MATLABSIMULINK 环境下，主要使用电力系统模块库和 SIMULINK两个模块库进行。通过电力电子电路的仿真，不仅展示了 MATLABSIMULINK 的强大功能，并且可以学习控制系统仿真的方法和技巧，研究电路的原理和性能。4.2 仿真电路4.2.1带阻感性负载的仿真 启动MATLAB7.1，进入SIMLINK后新建文档，根据晶闸管三相桥式整流电路的结构，在模型窗口建立主电路仿真模型，绘制加入同步装置和脉冲触发器等的三相桥式整流系统模型如图4-1所示。双击各模块，在建立的对话框内设置相应的参数。图4-1 三项桥式整流仿真模型1、通用桥臂参数的设置通用变换器桥模块是由6个功率开关元件组成的桥式通用三相变换器模块。功率电子元件的类别和变换器的结构可以通过对话框进行选择。功率电子元件和变换器的类型有diode桥、thyristor桥、mosfet-diode桥、igbt-diode桥、ideal-switch桥，桥的结构有单相、两相和三相。仿真模块的图标、输入和输出2、同步脉冲触发器同步脉冲触发器模块用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给双脉冲，双脉冲间隔为60度。触发器输出的16好脉冲依次送给三相全控整流桥对应标号的6个晶闸管。如果三相整流桥模块使用SIMPOWERSYSTERMS工具箱中的电力电子库中的通用整流桥臂模块，则同步6脉冲器的输出直接和三相整流桥的脉冲输入端相连。同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两个部分，6脉冲触发器模型是通过附加控制模块(EXTRAS CONTROL BIOCKS)中的控制模块(CONTROL BLOCKS)库中的6脉冲同步触发器（SYNCHRONIZED 6-PULSE GENERATOR）来实现的，它包括5个输入端和1个输出端，各部分功能如下所示，其6脉冲触发器模型如图所示;Alpha_deg:此端子为移相控制角信号的输入端，单位是度。 AB、BC、CA：三相电源的三线电压输入，同步线电压就是整流桥的三相交流电压的线电压。 BLOCK：触发器控制端，输入为0时，开放触发器，输入大于0时，则锁存触发器。故用于与触发器模块的开通与封锁操作。 PLUSE：6脉冲输出信号。3、常数模块参数的设置常数模块的图标如图所示；该模块只有一个输出端，所以只要改变参数对话框的数值的大小，即可改变触发信号的控制角。4.3 仿真结果1、当R=2.L=0.01时a=30、60、90、120、150时的波形及谐波分析图分别如下2、当R=2，L=0.1时a=30、60、90、120、150时的波形及谐波分析图分别如下3、当R=20，L=0.01时a=30、60、90、120、150时的波形及谐波分析图分别如下仿真波形分析：我们做的是三相桥式全控整流及逆变电路（阻感性负载）仿真，由于电感的作用，负载电流波形稳定为平直，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。而当电阻负载过大起主要作用时，负载电流的波形则近似与负载电压波形相似。当a=30、60时，变流装置工作在整流状态，负载电压虽然波动，但为正值；当a=90时，变流装置工作在中间状态，负载电压波形以横坐标为轴，上下对称波动，平均值为0，可以看出阻感性负载时三相桥式全控整流电路的移相范围090；当a=120、150时，变流装置工作在逆变状态，负载电压为负值波动；负载电流方向不变，负载电压方向的变化致使能量传递方向的改变。5、 结论通过对电力电子的仿真和分析，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，在应用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MatlabS