三相桥式全控整流电路仿真

1、专 班 姓 学三相桥式全控整流电路仿真业: 级: 名: 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Mat lab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；建模三相桥式全控整流电路分析(电阻负载)1主电路结构

2、及工作原理1.1理图图1三相桥式全控整流电路原理图(电阻负载)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, 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兀/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 兀/3换相一次,换相过程在

3、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-叮47157叮6;共阴极组VT1, VT3,VT5的脉冲依次相差2冗/3;同一 相的上下两个桥臂,即VT1和VT4, VT3和VT6, VT5和VT2的脉冲相差n ,给分析带 来了方便；当。二0°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 输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高1倍，脉动减小,而 且每次脉动的波形都一样,故该电路乂可称为6脉动整流电路。a >0°时,Ud的 波形出现缺口，随着a角的增大，

4、缺口增大,输出电压平均值降低。当。二2 it /3时, 输出电压为零,所以电阻性负载时，a的移相范围是02 n /3;当0W a W n /3时, 电流连续,每个晶闸管导通2 n /3;当n /3W a W2 n /3时，电流断续,每个晶闸管 导通小于2 n /3。a = n/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GT0构成整流桥,实现交流电压到直流电压的转换。pulse gen

5、erator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2三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, 相位分别为0°、-120°、120° o（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=10Q o（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，

6、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. 06so仿真算法采用 ode23tbo3仿真结果及其分析a.触发角Q=0° , MATLAB仿真波形如下图3 o=00三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）b.触发角。二30。，MATLAB仿真波形如下图4 a =30。三相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）c.触发角。二60。，MATLAB仿真波形如下图5 a =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°

7、, MATLAB仿真波形如下负15咫改0Q01901DXDOXMDXB0CC图6 a =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仿真波形如下图7 a =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° WqW600 ,负 载电流是连续的；当a

8、 2600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a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1c及负载电流Id和5.1 当触发角a =0°时，三相电源电流匕、lb、负载电压Vd的FFT分析a.触发角aR° , a相电流FFT分析如下Signd” utiy26a a»，Wd3，nrr *>>VFFTA*aUU« ugneitWtpJ! 1iFFT wvidowStettawg阿£s,ew 介 m$0"FFT I6ttir»)sOMMk

9、Sftew 结 »jR6XVK，44tHat rereadsMgmj 八 Q fCWCMC4»>图8。=0°三相电源电流la FFT分析结果（电阻性负载）b.触发角a=0° , b相电流FFT分析如下，u-<Um«-3 ItOKr) - SIM . THD- WA*abUa ugntdtfit- wtpJ! 1i-FFT wiidTwsuttaMg£s，ew .八FFT sHtjrvj®*»romrtMiRmencyH hmwc ««< M Fem?八 Pc «coC

10、MC4ft>图9 a=0°三相电源电流lb FFT分析结果（电阻性负载）c.触发角。二0° , c相电流FFT分析如下&A* w »i”yre C*M» a，w，: aa,E stidovSacWd aigrw： ScyDaa.t)nr»a|: 1 cydaamu7 );oooio.ceo.oao.<ma<»oo&Time |b>叩 ahStverut:wFFT nz,间1»wTmn>5，-o%> wFFTch" 如 UB9WXbomFFT 5t«t&#

11、187;rvjtCar qi ”RmenenH HNreno8%Mac fiMncf iHt>|b«oCM(4»><*图10 Q =00三相电源电流k FFT分析结果（电阻性负载）d.触发角。二0° ,负载电流Id FFT分析如下»“*TE3二石.EKSL-FFT 5帅”, 0«£男他Bar Cjgi “ TEErt IHMWC aXMac(HrJ图11 a =0。负载电流Id FFT分析结果（电阻性负载）e.触发角。二0° ,负载电压Vd FFT分析如下stEtJSLHA*»bN»以小

12、女2wi5r«injr«< 1w'FFT *ndy* ?wumi»X bo£s，e» heowriHa-FFT settingsCarFr*)Mancta4«M«r«c “de« F<c«>9wr 1*0Jmoo-图12 a=00负载电压Vd FFT分析结果（电阻性负载）5.2 当触发角a =75。时，三相电源电流la、lb、1c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&A. " wyzt, M

13、m 4"1 ”o DH01，所SrfacScdsiorW. Scytfm. FFT Mn>i<)nn»s|- 1 cydaaO0 01Q.m003O.(MDig0 8Mw |a>FFT afUl/StSof Ft。4 05Ba bpuHFFT MS*朝g咻DQFsaew f»eq»wriHac-FFT settingv0«4»"r*(j*0 »roEtM iR6fHwrcrc wowMac(HrJIt anatyze CM0M f 知“0 -。%> 0S图13 a =75°三相电源

14、电流la FFT分析结果（电阻性负载）b.触发角。=75° , b相电流FFT分析如下fb- *w aiFFT 所9*朝厘咻Eo，A*24OMFs3EW 介 29Wfm)5BFFT settings-MG%一 .”总 »tm>r«r«ji i<*<*|QWxncyHF*«rccc c4dMHa“r.9M,EWf>aw*>图14 a=75。三相电源电流lb FFT分析结果（电阻性负载）c.触发角（1=75° , c相电流FFT分析如下HjH，以 aX，*VM皿1FFT wn5*SWUwitX阿fsiarMr

15、ftM|M3>w.FFT 5MtM OMf a(u e«* qg “ r»rv»rw*rfiR6XW”公HNr<rc"de<Mac fiMnzt lHx>Wf>图15 a =750三相电源电流三FFT分析结果（电阻性负载）d.触发角（1=75° ,负载电流Id FFT分析如下Wa# K jn”yre*，wC*3,Hfr以 a#。M*VM aiFFT anjF/we2D0qTMWPUOZ gFFT*ndy*SWUwitX阿fsiarMrftM riMana, |M3> $0"FFT 5MtMR6Znc

16、“HHMWC «dMMac fi-Mncf i»tt> «CO图16 o=75°负载电流Id FFT分析结果（电阻性负载）e.触发角Q =75° ,负载电压Vd FFT分析如下Wa# K jn”yre* C*M»1 ，wC*3,Hfr以 a#。Xf"FFTqTMWPUOZ W*VMai1FFT *nd7*SWUwitX阿rta-ncnk: ctrWfFFT 5MtM 0v qg ”,R6Znc“H HNr<rc“de<m«( ri-Mncf im> |B«0CMC4»&g

17、t;图17。-75°负载电压Vd FFT分析结果（电阻性负载）bMarnrraigrw<： S cyd«a. fFT MfiImb i)nrM|： 1 cydeaII111:三相桥式全控整流电路分析(阻感负载)1主电路结构及工作原理1.1理图VT V% 5 “OOVI； Vl 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, VT2)的串联组合。2三相桥式全控整流电路建模

18、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, 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

19、数设置：R=10。、L=0. OlmHo(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°、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 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. 06so仿真算法采用 ode23tb。3仿真结果及其分析a.触发角Q=0° , MATLAB仿真波形如下zee工, 丁1L1

20、-1L1/图20 o=0°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）b.触发角Q=3（r , MATLAB仿真波形如下图21 a =30。三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）C.触发角Q =45° , MATLAB仿真波形如下d.触发角Q =60° , MATLAB仿真波形如下三野阪&图23 a=60°三相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）e.触发角Q=75° , MATLAB仿真波形如下三野阪压图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a =90° , MATLAB仿真波形如下图

21、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-simulink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° WaW600时，负载电流连续；当a >60°时，负载电流 不连续且出现负的部分；同时验证了触发角a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5.1当触发角a =0。时，三相电源电流la、lb、Ie及负

22、载电流Id和负载电压Vd的FFT分析a.触发角a=0° , a相电流FFT分析如下即nbH，以炉*， StvJueW kUtl 54gr«irejr<«FFT arul/sis18，Ve*-4- ISOM - W.72 . THD- 31 mtFndwEoaFFT ianr»iDicauw 足 » nn'rwMM l*|lQ»r«c “Xhj« FixwriK：:-««o<*>CteM图26 o=0°三相电源电流la FFT分析结果（阻感性负载）b.触发角Q=

23、0° , b相电流FFT分析如下Sd«cl«dsnrw Severn. bf'T imBmbOnr*a|; 1 cvdaoi« CtM» a»，WA%aUU< sipncisS»v»ue:wiFFTMmK，|SOK«) . 01.31 . THD- 37 06%Stvttawg阿FFT ianr»)sIf ”w 甲4 幔 »f*'* |iQHMWC WONMFeezna 八 gfMOCMt*>图27 0=0°三相电源电流lb FFT分析结果（阻感性

24、负载）C.触发角a=0° , c相电流FFT分析如下FFT nzN快，18，u-<Um«-3 ItOKT) - ga . THD- 34 1dA%aUU1 例事 5»v»ut: (0- W tpj! 11FFT加的lSWt»9l»XF83EW 介29Wf I® EFFT O««-if 田W ,”结 »fmsr«rtjfi|iq图28 a=00三相电源电流Ie FFT分析结果（阻感性负载）d.触发角Q=0° ,负载电流Id FFT分析如下A*aUt4« ugnt

25、itW tpJ! 1S4gr«nxue iFFT *rd7* stvuaMg阿F83EW 介29Wf m |a>FFT 0««-if 田W ,”结 »fmsr«rtjfi *'»<* 卜。HMWC WON HjEezw 八 Q «<0CMC*图29。=0°负载电流Id FFT分析结果（阻感性负载）e.触发角Q=0° ,负载电压Vd FFT分析如下«»UCt3.2 waiSig 1i mfyie K外 一知所C 3所/%gSactedsqrW. ScyD。. F

26、FT iMr«13« 4nr»3|: 1 cyd。«ofvrvrvnMvrvrvrnv*_'v*_'vrpvrvrvrpvrv|_'vrpvrniv*_'v*=400 %L2K -FFT加9*fiM*am " M3>|»-FFT setting*Bar Cj9i “R6f，HMrcrc «de<Mac Ti99Kf (KrJ图30。=0°负载电压Vd FFT分析结果（阻感性负载）5.2当触发角a =75。时，三相电源电流la> lb. 1c及负载电流Id和负载电压V

27、d的FFT分析a.触发角。=75° , a相电流FFT分析如下FFT g,7。150M . 25.72 . TMD. tO 41TC.18A*aut41 tignsiiS»vcrwt：WiFFT m 由外Stettawg阿Fs'ew rieqrtm 八 BDili360FFT 5啦2。w <2 W »fEEt* iBaa. iMsiQHWWCMl 门KW 八 Q|B«0CMC4»)图31 0=75。三相电源电流la FFT分析结果（阻感性负载）b.触发角a =75° , b相电流FFT分析如下FFT ggs皿皿1_ FFT setting*M-"?-FFT所，Bar Cj92 “ fEErtjtf IFFT we 0«*/念afanc,HMWC “X««10Cmc*>图33 a =75。三相电源电流三FFT分析结果（阻感性负载）d.触发角a =75