《电力电子技术（第二版） 》 课件 项目三 三相可控整流电路-安装三相全控整流电路

项目三三相可控整流电路—安装三相全控整流电路【学习目标】知识目标（1）能说出三相半波整流电路的工作原理。（2）能说出三相桥式全控整流电路的工作原理。能力目标（1）能画出不同控制角情况下的三相半波可控整流电路各段电压电流波形。（2）能画出不同控制角情况下的三相桥式全控整流电路各段电压电流波形。（3）会用仿真和分析三相半波可控整流电路三相桥式全控整流电路的输出波形。素养目标（1）培养耐心细致的工匠精神。（2）培养分析问题解决问题的能力。【项目引入】单相可控整流电路的元件少，线路简单且调整方便，同时其输出电压脉动大。当容量较大、输出电压脉动要求较小、对控制的快速性也有要求时则多采用三相可控整流电路。

三相可控整流电路广泛应用于电力供应、工业控制等领域。请查找资料向同学们介绍我国整流电路的应用领域。图3-1三相桥式同相逆并联可控硅整流装置任务1认识三相半波可控整流电路

三相整流电路的交流侧由三相对称电源供电，可以带较大的负载容量，对电网影响小，并且输出功率比较大。在三相可控整流电路中，有多种类型的电路，如三相半波、三相全控桥、三相半控桥、双反星形可控整流电路以及适合较大功率应用的十二相可控整流电路等。3.1.1分析三相半波可控整流电路（电阻性负载）1.电路结构电路中变压器二次侧接到三个晶闸管的阳极，阴极连接在一起，因此这种电路结构被称为共阴极接法。图3-2三相半波可控整流电路及波形图(电阻性负载)

图3-2三相半波可控整流电路及波形图(电阻性负载)

（3-1）当30°<α≤150°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，Ud的计算如下：

3.1.2分析三相半波可控整流电路（电感性负载）

图3-5的三相半波整流电路及波形(电感性负载)

图3-5的三相半波整流电路及波形(电感性负载)3.计算相关参数(1)输出电压平均值Ud在计算时是以输出电压的面积除以周期2π/3，并且输出电压连续，输出电压平均值Ud的计算公式如下：(2)输出电流平均值的计算方法为直流输出电压平均值除以负载电阻。计算公式如下：(3)大电感负载时，电流波形近似于水平线，晶闸管上的电流平均值IdVT为负载平均电流的1/3。(4)输出电流连续时，晶闸管上电流的有效值计算如下：（5）晶闸管承受的最大正、反向电压是变压器二次侧线电压的峰值，为：4.共阳极接法

将三相半波整流电路的三只晶闸管的阳极短接在一起，其他元件接法不变，为三相半波整流电路的共阳极接法。可以把三只晶闸管的阳极固定在同一块大散热板上，散热效果好，安装也方便。但是，该电路不能引出公共的一条接阴极的线，而且输出脉冲变压器二次侧绕组也不能有公共线，这给调试和使用带来了不便。图3-6三相半波整流电路共阳极接法电路图及波形图(电阻性负载)3.1.3完成三相半波可控整流电路的MATLAB仿真分析1.参考电路图建模元件名称提取路径脉冲触发器Simulink/Sources/PulseGenerator交流电源SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltagesource示波器Simulink/Sinks/Scope接地端子SimPowerSystems/Elements/Ground信号组合模块Simulink/SignalRouting/Mux电压表SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement电流表SimPowerSystems/Measurements/CurrentMeasurement负载RLCSimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch晶闸管Simpowersystems/PowerElectronics/DetailedThyristor用户界面分析模块Powergui表3-1仿真模块提取路径图3-7三相半波可控整流电路仿真模型（电阻负载）2.设置各模块的参数各模块的参数设置如下：（1）电源ACVoltagesource：电压设置为100V，频率设为50Hz。A相的电压源设为0，B相的电压源设为-120，C相的电压源设为-240。（2）脉冲触发器PulseGenerator：模型中用到三个触发脉冲，根据电路原理可知触发角依次相差120°。因为电源电压频率为50Hz，故周期设置为0.02s，脉宽可设为50，以确保触发成功，振幅设为5。延迟角的设置要特别注意，其计算可按以下公式：t=（α+30）T/360α＝0°时，延时时间依次设置为：0.00167，0.00833，0.015；α＝30°时，延时时间依次设置为：0.0033，0.01，0.0167；α＝60°时，延时时间依次设置为：0.005，0.0117，0.0183；α＝90°时，延时时间依次设置为：0.0067，0.0133，0.02；α＝120°时，延时时间依次设置为：0.0083，0.015，0.0217；α＝150°时，延时时间依次设置为：0.01，0.0167，0.0233。3.仿真参数的设置点击仿真参数配置ConfigurationParameters，打开设置窗口。然后设置Starttime为0.0，Stoptime为0.08，算法Solver选择ode23tb，相对误差Relativetolerance为le-3。°图3-8带电阻性负载的三相半波可控整流电路仿真结果（a）控制角0°（b）控制角30°5.带感性负载的仿真将电阻性负载改为电阻-电感性负载即得到带电感性负载的三相半波可控整流电路。图3-9带电感性负载的三相半波可控整流电路仿真模型和带电阻负载时相比，仿真模型中将负载参数改变，电阻设置为7Ω，电感值为0.1H，其它参数设置不变。（a）控制角0°

（b）控制角30°图3-10三相半波可控整流电路(电阻性负载)仿真结果任务2认识三相桥式可控整流电路

三相桥式全控整流电路在结构上可以看作是一组共阴接法和另一组共阳极接法的三相半波可控整流电路的串联。共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT4、VT6和VT2在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。3.2.1分析三相桥式可控整流电路（电阻性负载）

图3-11三相桥式全控整流电路(电阻性负载)

图3-12α=30°时三相桥式全控整流电路(电阻性负载)波形

图3-13α=60°时三相桥式全控整流电路(电阻性负载)波形3.计算三相桥式可控整流电路相关参数由于α≤60°时，输出电压ud波形连续，α＞60°时，ud波形断续，因此，α=60°是ud波形连续和断续的分界点。所以输出电压平均值Ud的计算应分两种情况分析。(1)α≤60°时，按周期计算，每个周期为2π，其中有六个相同的波形，计算公式如下：(2)α＞60°时，波形在π处结束，计算公式为：(3)晶闸管承受的最大正反向电压UTM是变压器二次线电压的峰值：4.电路工作特点可以看出，三相桥式全控整流电路有如下工作特点。(1)电路工作时共阴和共阳极组各有一只晶闸管导通才能形成通路，且每个晶闸管的导通角度为120°。(2)共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5,按相序依次触发导通，相位相差120°，共阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6相位相差120°，也按相序依次触发导通，接在同一相的晶闸管如VT1、VT4相位相差180°。(3)每个周期内输出电压ud由六段线电压组成，每周期脉动六次。5.对触发电路要求为保证整流电路工作时共阴极组和共阳极组各有一个晶闸管导通，必须同时给应导通的晶闸管同时给触发脉冲，触发方式主要有两种：(1)使每个触发脉冲的宽度大于60°而小于120°，称为宽脉冲触发，在相隔60°要换相时当后一个脉冲出现的时刻，为前一个脉冲还没有消失，因此在任何换相点均能同时触发相邻的两只晶闸管。(2)触发某一晶闸管的同时，给前一晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个窄脉冲等效代替大于60°的宽脉冲，称为双窄脉冲触发。3.2.2分析三相桥波可控整流电路（电感性负载）对于带电感性负载的三相桥式可控整流电路，分析中通常假定负载电感足够大，使负载电流变得连续平直。2.工作原理电路的工作情况同电阻性负载时类似。1）α=0°晶闸管的换相点同电阻性负载时的情况，一个周期内按照自然换相点分六个区间分别进行分析，如图3-15（b）所示。区间①内：加在负载上的输出电压为ud=ua-ub=uab，即A、B相间线电压；区间②内：ud=ua-uc=uac，即A、C相间线电压；区间③内：ud=ub-uc=ubc，即B、C相间线电压；区间④内：ud=ub-ua=uba，即B、A相间线电压；区间⑤内：ud=uc-ua=uca，即C、A相间线电压；区间⑥内：ud=uc-ub=ucb，即C、B相间线电压。后面周期，循环以上六个区间过程。

图3-18三相桥式可控整流电路（电感性负载）α=90°时波形图3.2.3认识电路的换流重叠现象

在换流所需要的这段时间内，正在导通的晶闸管中的电流在增加，正在关断的晶闸管电流在衰减，两器件处于重叠导通状态，故称换流重叠现象。图3-19三相半波可控整流电路换流重叠现象电路图及波形图3.2.4完成三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真分析1参考电路图建模元件名称提取路径同步六脉冲触发器Simulink/ExtraLibrary/ControlBlocks/Synchronized6-PulseGenerator交流电源SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltagesource示波器Simulink/Sinks/Scope信号组合模块Simulink/SignalRouting/Mux电压表SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement电流表SimPowerSystems/Measurements/CurrentMeasurement负载RLCSimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch通用变换器桥Simpowersystems/PowerElectronics/UniversalBridge用户界面分析模块Powergui表3-2仿真模块提取路径图3-20带电阻性负载的三相桥式全控整流电路模型2.设置各模块的参数(1)同步六脉冲触发器Synchronized6-PulseGenerator：同步六脉冲触发器的参数设置如图3-21所示。(2)交流电源ACVoltagesource：交流电源UAB设置为220V,50Hz，UBC和UCA的相位角依次向后120°。(3)通用变换器桥UniversalBridge：通用变换器桥的参数设置如图3-22所示。图3-21同步六脉冲触发器的参数设置图3-22通用变换器桥的参数设置3.仿真参数的设置点击仿真参数配置ConfigurationParameters，打开设置窗口,设置Starttime为0.0，Stoptime为0.08，算法Solver选择ode23tb，相对误差Relativetolerance为le-3。（a）控制角0°

（b）控制角30°

图3-23带电阻性负载的三相桥式全控整流电路仿真结果5.带感性负载的仿真