基于matlab的三相橋式全控整流電路的仿真研究

用simulink 對三相橋式全控整流電路進行仿真研究 姓名：劉佰蘭 學校：中山大學 學號：09382014 專業：自動化 摘要：三相橋式全控整流電路在現代電力電子技術中具有很重要的作用和很廣泛的應用。 這里結合全控整流電路理論基礎，采用Matlab的仿真工具Simulink對三相橋式全控整流 電路的進行仿真，對輸出參數進行仿真及驗證，進一步了解三相橋式全控整流電路的工作 原理。 關鍵詞：simulink 三相橋式全控整流 仿真 一、研究背景 隨著社會生產和科學技術的發展，整流電路在自動控制系統、測量系統和發電機勵磁 系統等領域的應用日益廣泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式 半控整流電路和三相橋式全控整流電路。三相全控整流電路的整流負載容量較大,輸出直流 電壓脈動較小,是目前應用最為廣泛的整流電路。它是由半波整流電路發展而來的。由一組 共陰極的三相半波可控整流電路和一組共陽極接法的晶閘管串聯而成。六個晶閘管分別由 按一定規律的脈沖觸發導通，來實現對三相交流電的整流，當改變晶閘管的觸發角時，相 應的輸出電壓平均值也會改變，從而得到不同的輸出。由于整流電路涉及到交流信號、直 流信號以及觸發信號，同時包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規電路分 析方法顯得相當繁瑣，高壓情況下實驗也難順利進行。Matlab 提供的可視化仿真工具 Simulink 可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數，并且立即可得到任意的仿真結果， 直觀性強，進一步省去了編程的步驟。本文利用 Simulink 對三相橋式全控整流電路進行建 模，對不同控制角、橋故障情況下進行了仿真分析，既進一步加深了三相橋式全控整流電 路的理論，同時也為現代電力電子實驗教學奠定良好的實驗基礎。 二、三相橋式全控整流電路工作原理 1.三相橋式全控整流電路特性分析 圖 1是電路接線圖。 三相橋式全控整流電路圖是應用最為廣泛的整流電路，其電路圖如下： 圖 1 在三相橋式全控整流電路中，對共陰極組和共陽極組是同時進行控制的，控制角都是 α。由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯，因此整流電壓為三相半波時的兩倍。很顯然在輸出電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管要求的最大反向電壓，可比三相半 波線路中的晶閘管低一半。 為了分析方便，使三相全控橋的六個晶閘管觸發的順序是 1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣 編號的：晶閘管 KP1 和 KP4 接 a 相，晶閘管 KP3 和 KP6 接 b相，晶管 KP5 和 KP2 接 c 相。 晶閘管 KP1、KP3、KP5 組成共陰極組，而晶閘管 KP2、KP4、KP6 組成共陽極組。 為了搞清楚α變化時各晶閘管的導通規律，分析輸出波形的變化規則，下面研究幾 個特殊控制角，先分析α=0 的情況，也就是在自 然換相點觸發換相時的情況。 為了分析方便起見，把一個周期等分 6段(見圖 2) 。 在第(1)段期間，a 相電壓最高，而共陰極組 的晶閘管 KP1 被觸發導通，b相電位最低，所以供 陽極組的晶閘管 KP6 被觸發導通。這時電流由 a 相 經 KP1 流向負載，再經 KP6 流入 b相。變壓器 a、b 兩相工作，共陰極組的 a 相電流為正，共陽極 組的 b相電流為負。加在負載上的整流電壓為 ud=ua-ub=uab經過 60°后進入第(2)段時期。這時 a 相電位仍 然最高，晶閘管 KPl 繼續導通，但是 c 相電位卻變成最低，當經過自然換相點時觸發 c 相 晶閘管 KP2，電流即從 b相換到 c 相，KP6 承受反向電壓而關斷。這時電流由 a 相流出經 KPl、負載、KP2 流回電源 c 相。變壓器 a、c 兩相工作。這時 a 相電流為正，c 相電流為負。 在負載上的電壓為 ud=ua-uc=uac 再經過 60°，進入第(3)段時期。這時 b相電位最高，共陰極組在經過自然換相點時， 觸發導通晶閘管 KP3，電流即從 a 相換到 b相，c 相晶閘管 KP2 因電位仍然最低而繼續導 通。此時變壓器 bc 兩相工作，在負載上的電壓為 ud=ub-uc=ubc 余相依此類推。 2.帶電阻負載時的工作情況： (1)當 a≤60?時，ud波形均連續，對于電阻負載，id 波形與 ud波形形狀一樣，也連續波形圖：a =0(圖 3a) 、a =30 ?(圖 3b) 、a =60?(圖 3c) (2)當 a>60?時，ud波形每 60?中有一段為零，ud 波形不能出現負值波形圖： a =90?(圖 3d) (3)帶電阻負載時三相橋式全控整流電路 a 角的移相范圍是 120? 3.晶閘管及輸出整流電壓的情況如表 1所示 ： 表 1 時段 I II III IV V VI 共陰級組中導 通的晶閘管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共陰級組中導 通的晶閘管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6整流輸出電壓 ua-ub=uab ua-uc=uac ub-uc=ubc ub-ua=uba uc-ua=uca uc-ub=ucb圖 3a α=0o 圖 3b α=30o圖 3c α=60o圖 4d α=90o 4. 三相橋式全控整流電路定量分析 (1)當整流輸出電壓連續時(即帶阻感負載時，或帶電阻負載 a≤60 ?時)的平均值為： ? ? ? ? ? ? ? ? cos 34 . 2 ) ( sin 6 3 1 2 3 2 3 2 d U t td U U ? ? ? ? ? (2)帶電阻負載且 a >60?時，整流電壓平均值為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ) 3 cos( 1 34 . 2 ) ( sin 6 3 2 3 2 d ? ? ? ? ? ? ? ? U t td U U 輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R 三、仿真實驗 仿真接線如圖 5所示。圖 5 參數設置：三相電源電壓設置為 380V，頻率設為 50Hz，相角相互相差 120度。變換 器橋設置相當于六個晶閘管，只要有適當的觸發信號，便可以使變換器在對應的時刻導通。 設置同步電壓的頻率跟脈沖寬度分別為50Hz和10%，“alpha_deg”是移相控制角信號輸入 端，通過設置輸入信號給它的常數模塊參數便可以得到不同的觸發角a，從而產生給出間 隔 60 度的雙脈沖。 選擇算法為ode23tb，stop time 設為0.1。 1.電阻負載仿真設置電路負載為純電阻性，R＝100Ω。 以下是分別在a=0 度，30 度，60 度,90度時的仿真結果(見圖6-圖9)。 2.阻感負載仿真設置電路負載為阻感性，R＝100Ω，L＝10H。 以下是分別在a=0 度，30 度，60 度,90度時的仿真結果(見圖10-圖133.帶反電動勢阻感負載仿真設置電路負載為阻感性，R＝100Ω，L＝10H，反電動勢E＝25V。 以下是分別在a=0 度，30 度，60 度,90度時的仿真結果(見圖14-圖16)

總結

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