三相桥式全控整流及逆变电路matlab仿真资料

1、电力电子技术课程设计系 别:自动化系专 业：自动化班 级：们20393小组成员：费学智（25）薛阳（43） 指导老师：凰數 日 期：2013年12月13日目录1.简要背景概述2 工作原理介绍3. 主电路设计4. simulmk仿真系统设计5仿真结果分析6.总结（收获与体会）7参考文献34571717一简要背景概述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 系统等领域的应用口益广泛。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人，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

2、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，高压情况卞实验也难顺利进行。Matlab提供的可视化仿真工具Simuhiik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Simulnik对三相桥式全控整

3、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。三相桥式全控整流电路以及三相桥式全控逆变电路在现代电力电子技术中具有很重要 的作用和很广泛的应用。这里结合全控整流电路以及全控逆变电路理论基础，采用Mat lab 的仿真工具Simulink对三相桥式全控整流电路和三相桥式全控逆变电路进行仿真，对输出 参数进行仿真及验证，进一步了解三相桥式全控整流电路和三相桥式全控逆变电路的工作原 理。二工作原理介绍一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。 一般1、3、5为共阴极，2

4、、4、6为共阳极。（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同1 相器件。（2）对触发脉冲的要求：1）按 VT1 -VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的顺序，相位依次差 60。2）共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120%3）同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4, VT3与VT6, VT5与VT2,脉 冲相差180%（3）Ud 一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲 触发一种是双脉冲触发（常用）（5）晶闸管承受的电

5、压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压 的关系也相同。三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的 串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管 是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。6个晶闸管导通的顺序是按VT6 - VT1 VT1 - VT2 一 VT2 - VT3 一 VT3 - VT4 VT4 - VT5 一 VT5 - VT6 依此循环，每隔60有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶 闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次， 两次脉冲前沿的间隔为60 o三相桥式全控整流电路用作有源逆变

6、时，就成为三相桥式逆变电路。由整流 状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须 和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶 闸管的a 90。，使U d为负值。所谓逆变，就是要求把负载(电机)吸收的直流电能转变为交流电能反馈回电网。三相桥式有源逆变电路实质上是三相桥式可控整流电路工作的一个特定状态，三相桥式 逆变。要使整流电路工作于逆变状态，必须有两个条件：(1) 变流器的输出Ud能够改变极性。因为晶闸管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为 了实现有源逆变，必须去改变Ud的电极性。只要使变流器的控制角a 90“即可。(2) 必须要有外接的

7、直流电源E,并且直流电源E也要可以改变极性，并且|E|Ud|o上述条件必须同时满足，才能实现有源逆变。三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态 转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶 闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管 的a 90。，使U d为负值三、主电路设计(1)主电路原理图设计。7a5bLfz弓源(2)主电路计算及元器件参数选型在整流电路中，分别观察触发角a为0度、30度、60度的波形图。 在逆变电路中，分别观察触发角a为90度、120度的波形图。四、Simulmk仿真系统设计(1)电路模型

8、的建立Wuhrrcruc口ubc口Uab&T-1UC3ConzoEConstanil0BO p|aulMi6 iCA日 loocSynctironized6uise Generaior图3 三相全控桥整流电路系统模型Con?UntConstantlS-Pulse Generator_LA8SCCABtocSynchronized图4 三相全控桥式逆变电路系统模型（2）各元器件的介绍图三整流电路中的元器件和图四逆变电路中的元器件基本相同，不同在于整流电路中 使用的是电阻负载或阻感负载，而逆变电路中在交流侧接入了外接电源。其余基本相同。（3）模型参数的设置整流电路中模块参数设置：三个交流电压源的峰

9、值设置、频率设置、相位设置、阻感 设置、脉冲设置等如图。图5HBlock Parameters: GTR-Universal Bridge *assk) (link)This block iaplcsxsnt c bridsc cf zaiQctcd porcx QlQtxonic: davicQS. Serios RC snubber circuits ara connectad in parallel with each zxriteh device Press Halp for zufffastad znubhar values when the sodcl z discrotizoc.

10、 For SKst aDDlications th internal induetanc Lon of diodes anc thrri&tors should be set to zeroParameters五 CancelApply列Block Parameters: Constant?-Cr s z antOutput the coastant specified by U:u Constant volus parazeter. 15 ： Constant value* is & vector end Interpret vestoias I-tf:s onj treat the son

11、stint value 22 a 1D arrar- Otharviza. output a satris Tith the ：2zq dxzcnzionz az ths constant valua.Haiirk j SimJtypes |Coimam 四1応:厂V Interpiet vectax paruetexa as XDEcaplq 七：0：OKj Malp（4）仿真参数设置：将开始时间设置为“OS终止时间设置为“0.05S算法设置为 uode23tbnoConfiguration Parameters: zhengliu/ConfigurationStop tme:Siavlat

12、ion tiaeStart t:ne: |o. 0Solver optionsVariable-step | Solver:autoRe laautoAbsoljautoUce local settingsTye：Xax step size:Min step size:Initial step size:Zero crozcin; control:ode23tb (stif:/：R-BDF2)tolerance.ie-3tolerance:auto（5）完成以上步骤后开始仿真，分别设置触发角为0度、30度、60度，观察并记 录波形图。图10逆变电路中模块参数设置：三个交流电压源的峰值设置为”2

13、20*sqrt(2)V”、频率设置为 50H乙A相E相C相 相位分别设置为0度、-120度、-240度，阻感设置1欧、0.01赫兹。 在触发角为90度、120度时进行仿真。其余参数基本与整流电路时相同，如图：Block Parameters: Constant匚onstantCutput the sonstant specified by the - Constant value* paraacter. If * Constant value- is a vector axd Intcxpret rector Faraaeters as 1-D is n. treet the constant

14、 value &s a 1-D array. Othcrxice, output a matrix with the saae diaeneions as the coaztort value.Flain | Sidata types |constant va皿：F0 :uterpret vectox paxuetexs as :-DSanpl tis-OECancelHelp图11QScope图14Scope甸ppip拥厨曙s a-spx10 5|st图152）逆变电路触发角在90度、120度时的仿真结果: Efl H S b您q的瑕目Usrc: Ua2001 I1I/X/ 0-200-1X

15、、7/11、!十/( , 0 0050010 0150 020 0250030 0350 040 0450 05Usrc: Ub200-/y/*/-、1、/0一/、/、/-200-X- - i11/ iIri0 0050010 0150 020 0250 0300350 040 045005Simulation result for: MultimeteraAle EditI仃盹rt Took Desktop Winder, HelpUsrc： Uc图17QScope- 图18QScope- D旨自QQp關凰逼臼图19五仿真结果分析通过以上Matlab仿真研究我们可以得出以下结论：1）三相全控

16、桥式整流电路中：对于纯电阻性负载，当触发角小于等于90时，Ud波 形均为正值，直流电流Id与Ud成正比，并且电阻为1欧姆，所以直流电流波形和直流电 压一样。随着触发角增人，在电压反向后管子即关断，所以晶闸管的正向导通时间减少，对 应着输出平均电压逐渐减小，并且当触发角人于60后Ud波形出现断续。而随着触发角的 持续增人，输出电压急剧减小，最后在120时几乎趋近于0。对于晶闸管来说，在整流工 作状态下其所承受的为反向阻断电压。移相范闱为0120。对于阻感性的负载，当触发角小 于60时，整流输出电压波形与纯阻性负载时基本相同，所不同的是，阻感性负载直流侧 电流由于有电感的滤波作用而不会发生急剧的变

17、化，输出波形较为平稳。而当触发角人于等 于6（T小于90“时，由于电感的作用，延长了管子的导通时间，使Ud波形出现负值，而 不会出现断续，所以直流侧输出电压会减小，但是由于正面积仍然人于负面积，这时直流平 均电压仍为正值。当触发角大于90”时，由于id太小，晶闸管无法再导通，输出几乎为0。 工作在整流状态，晶闸管所承受的电压主要为反向阻断电压。移相范I韦I为090。电感能够 使电流输出平稳；在没有续流二极管的情况卞，晶闸管的导通时间得到延长，而当加入续流 二极管后，电流通过二极管续流，二极管续流功率损耗较小，这时输出电流相对来说就较不 加续流二极管时要小，而输出电压相对来说却要大些。2）三相全

18、控桥式有源逆变电路中：（1）有源逆变是将直流电变成和电网同频率 的交流电并送回到电网中去。逆变的必备条件：a.变流器的输出Ud能够改变极 性，且控制角90a180o b.有能够改变极性的直流电源E,且E的绝对值大于 Ud的绝对值。（2）利用Matlab中smiulnik对三相桥式有源逆变电路的仿真结 果进行详细分析，并且只需改变负载参数及移相控制角范围就可实现电路的仿 真，验证仿真结果的正确性。（3）最小逆变角的确定：为保证逆变能正常工作， 使晶闸管的换相能在电压负半波换相区之内完成换相，触发脉冲必须超前一定的 角度，也就是说，逆变角B必须要有严格的限制。a. 换相重叠角丫。由于整流变压器存在漏抗，使晶闸管在换相时存在换相重叠 角丫。Y值随电路形式、工作电流大小不同而不同，一般选取15 25电 角度。b. .晶闸管关断时间Tg所对应的电角度晶闸管从导通到完全关断需要一定 的时间，这个时间Tg般由管子的参数决定，通常为200300 us,折合到 电角度约为45.4 oc. 安全余量角0。由于触发电路各元件的工作状态会发生变化，使触发脉冲的 间隔出现不均匀既不对称现象，再加上电源电压的波动，波形畸变等因素， 因此必须留有一定的