三相全橋不控整流電路的設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)能力拓展訓(xùn)練說(shuō)明書(shū)三相全橋不控整流電路的設(shè)計(jì)1 三相整流的原理和參數(shù)計(jì)算1.1 三相不控整流原理三相橋式不控整流電路的原理圖如圖1-1所示。該電路中，某一對(duì)二極管導(dǎo)通是，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，改線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載供電，按指數(shù)規(guī)律下降。設(shè)二極管在距線電壓過(guò)零點(diǎn)角處開(kāi)始導(dǎo)通，并以二極管和開(kāi)始同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)刻為零點(diǎn)，則線電壓為在t=0時(shí)，二極管和開(kāi)始導(dǎo)通，直流側(cè)電壓等于；下一次同時(shí)導(dǎo)通的一對(duì)管子是和，直流側(cè)電壓等于。著兩段導(dǎo)通過(guò)程之間的交替有兩種情況，一種是和同時(shí)導(dǎo)通之前和和是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流是斷續(xù)的；另一

2、種是一直導(dǎo)通，交替時(shí)由導(dǎo)通換相至導(dǎo)通，是連續(xù)的。介于兩者之間的臨界情況是，和同時(shí)導(dǎo)通的階段與和同時(shí)導(dǎo)通的階段在處恰好銜接起來(lái)，恰好連續(xù)，可以確定臨界條件當(dāng)和分別是電流斷續(xù)和連續(xù)的條件。由分析可知，當(dāng)空載時(shí)，輸出電壓平均值最大，為。隨著負(fù)載加重，輸出電壓平均值減小，至進(jìn)入連續(xù)情況后，輸出電壓波形成為線電壓的包絡(luò)線，其平均值為?？梢?jiàn)，在之間變化。1.2 參數(shù)設(shè)計(jì)及計(jì)算由設(shè)計(jì)要求輸出電壓為400V，空載是輸出電壓平均值最大，為。隨著系統(tǒng)負(fù)載加重，輸出電壓平均值減小，至進(jìn)入連續(xù)情況后，輸出電壓波形成為線電壓的包絡(luò)線，其平均值為。取,由可知，則線電壓為。圖1-1 三相整流原理圖如圖所示，輸入三相電壓源，

3、線電壓290V，50Hz。整流橋采用二極管，是不可控元件，內(nèi)阻0.001歐姆。直流濾波電容3300F，負(fù)載為電阻。圖中的電容起到整流濾波的作用。如圖R是負(fù)載電阻，當(dāng)R趨向于無(wú)窮大時(shí)，可以看作為負(fù)載為空載。分別設(shè)電阻R為10、1和0.1歐姆以及空載。2 建模與仿真2.1 輸出電壓的仿真如圖2-1所示，建立仿真模型。圖2-1 仿真模型2.1.1電路空載仿真仿真模型為如圖為2-2所示。圖2-2 空載仿真模型由圖2-2所知，電壓平均值為410.1V。直流電壓波形如圖2-3所示。圖2-3 空載電壓輸出波形在空載時(shí)，電容不向外界放電，唯一的放電渠道是在整流輸出電壓從峰值往回降的階段，所以得到的電壓為一條直

4、線。2.1.2 負(fù)載電阻為10歐姆的仿真負(fù)載為10歐姆的仿真模型為如圖為2-4所示。圖2-4 的仿真模型由圖中可知電壓平均值為399.4V負(fù)載直流電壓波形如圖2-5所示。圖2-5 負(fù)載電壓輸出波形如果接上負(fù)載，電壓會(huì)降低。由于有電壓調(diào)整，以及電容的充放電，電感的儲(chǔ)能，會(huì)發(fā)生振蕩，所以這個(gè)階段得到的電壓波形不是一條直線，是一條波動(dòng)的電壓曲線。2.1.3 負(fù)載電阻為1歐姆的仿真負(fù)載為1歐姆的仿真模型為如圖為2-6所示。圖2-6 的仿真模型由圖2-6可得電壓平均值為390.1V。負(fù)載直流電壓波形如圖2-7所示。圖2-7 負(fù)載直流電壓波形由圖2-7比較可知，負(fù)載電阻越小，獲得的電壓平均值越小。2.1.

5、4 負(fù)載電阻為0.1歐姆的仿真負(fù)載為0.1歐姆的仿真模型為如圖為2-8所示。圖2-8 的仿真模型由圖2-6可得電壓平均值為376.6V。負(fù)載直流電壓波形如圖2-9所示。圖2-9 負(fù)載直流電壓波形分析仿真圖形和數(shù)據(jù)可以得出直流電壓和負(fù)載電阻的關(guān)系：空載時(shí)，輸出的直流電壓波形近似為直線，負(fù)載越大電壓的紋波越嚴(yán)重；隨著電阻的增大，電壓平均值越來(lái)越小。2.2電流波形的仿真分別仿真負(fù)載電阻為10、1時(shí)的情況。記錄直流電流和a相交流電流，并分析規(guī)律。仿真模型如圖2-10所示。圖2-10 電流仿真模型2.2.1負(fù)載電阻為10歐姆電流仿真a相交流電流波形，如圖2-11所示：圖2-11 a相交流電流直流電流波形

6、如圖2-12所示，圖2-12 直流電流波形2.2.2負(fù)載電阻為1歐姆電流仿真a相交流電流波形，如圖2-13所示：圖2-13 1歐姆a相交流電流波形直流電流波形如圖2-14所示，如圖2-14 1歐姆直流電流波形隨著負(fù)載的加大（10、1），直流側(cè)的電流逐漸增大，且直流側(cè)電流起伏逐漸增大，波紋增加。同時(shí)，a相的電流也逐漸增大，并更接近正弦。當(dāng)負(fù)載為10時(shí)，直流側(cè)電流為斷續(xù)；負(fù)載為1.67時(shí)，直流側(cè)電流為臨界狀態(tài)；負(fù)載為0.5時(shí)，直流側(cè)電流為連續(xù)。2.3平波電抗器的作用直流側(cè)加1mH電感。分別仿真輕載10歐姆和重載0.5歐姆時(shí)的情況，記錄直流和交流電流波形，并計(jì)算交流電流的THD。仿真同樣負(fù)載條件下，

7、未加平波電抗器的情況，并加以比較分析。2.3.1 負(fù)載10歐姆加1mH電感圖2-15為仿真模型圖圖2-15 仿真模型a相交流電流波形圖為圖2-16所示，圖2-16 負(fù)載10加1mH電感a相交流電流波直流電流波形如圖2-17所示，圖2-17 負(fù)載10加1mH電感直流電流波形2.3.2 負(fù)載0.1歐姆加1mH電感a相交流電流波形圖為圖2-18所示，圖2-18 負(fù)載0.1加1mH電感a相交流電流波直流電流波形如圖2-19所示,圖2-19 負(fù)載0.1加1mH電感直流電流波形分析波形和THD值，可知同樣負(fù)載條件下：有平波電抗器時(shí)，直流電流明顯平穩(wěn)很多；有平波電抗器時(shí)，a相交流電流也平穩(wěn)很多；有平波電抗器

8、時(shí)的THD較小，即有平波電抗器可以減小整流器交流側(cè)電流的總諧波畸變率。取輸入線電壓為290V，輸出的直流電壓接近400V，此時(shí)負(fù)載電阻為10歐姆，電容為3300F，電感為1mH。3 小結(jié)與體會(huì)通過(guò)這次的能力拓展訓(xùn)練，對(duì)matlab的使用更加熟悉。這學(xué)期的幾門課程設(shè)計(jì)的仿真都使用到了這款軟件。我能力拓展做的題目是三相全橋不控整流電路的設(shè)計(jì)。整流電路我們已經(jīng)接觸很多了，所以對(duì)整流電路也很熟悉。我們一般使用的是橋式整流電路。在看到自己做的題目之后，給人的感覺(jué)就就是一個(gè)很基礎(chǔ)的電路圖。但開(kāi)始的時(shí)候有些糾結(jié)，因?yàn)轭}目里要求的是不控整流電路。可能是對(duì)概念的生疏，我把不控整流的概念也忘記了。于是找到原來(lái)學(xué)的

9、課本，一看其實(shí)就是用不可控元件二極管組成的橋式整流電路。電路原理圖及其原理也就得以解決。接下來(lái)就是有關(guān)于仿真的問(wèn)題了。雖說(shuō)經(jīng)常用matlab，但每次都會(huì)遇到新的問(wèn)題。就那這次能力拓展訓(xùn)練來(lái)說(shuō)，老師要求橫縱坐標(biāo)要表明其代表的含義。我曾記得原來(lái)好像做過(guò)，但現(xiàn)在早忘記了。于是又早了了原來(lái)的資料，加上同學(xué)的幫組，這一問(wèn)題才得以解決。至于，用matlab的建模和使用simulink的仿真這一塊，我想主要的就是多這款軟件使用還是不夠熟悉，在尋找一些部件的時(shí)候，感覺(jué)花費(fèi)了很多的時(shí)間。但等到模型建立完后，剩下的工作就相當(dāng)較簡(jiǎn)單，就是一些調(diào)試的問(wèn)題了。這次的能力拓展訓(xùn)練，加固了自己所學(xué)的知識(shí)。有些很基本的東西，有的忘記了，在這次訓(xùn)練中得以加強(qiáng)。還有就是關(guān)于軟件的使用。不說(shuō)自己會(huì)使用了，但比以前知道的更多了?？傊?，雖然時(shí)間有點(diǎn)緊，但是也有收獲。4 參考文獻(xiàn)1 王兆安、劉進(jìn)軍.電力電子技