三相可控整流仿真

1、班級：電力工程與管理1101姓名：李淵琴學(xué)號：201110822 新能源與動力工程學(xué)院論文電能質(zhì)量分析與控制 專業(yè)電力工程與管理 班級1101班 姓名李淵琴 學(xué)號201110822指導(dǎo)教師董海燕 2014年 10 月 目錄摘 要1概述11 三相橋式全控整流電路(純電阻負(fù)載)21.1電路的結(jié)構(gòu)與工作原理21.2建模31.3仿真結(jié)果與分析31.4 FFT分析61.5小結(jié)92三相橋式全控整流電路(阻感性負(fù)載)102.1電路的結(jié)構(gòu)與工作原理102.2建模112.3仿真結(jié)果與分析112.4 FFT分析132.5小結(jié)17參考文獻(xiàn)1718三相橋式全控整流電路仿真建模分析摘 要整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流

2、電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器組成。它在直流電機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的激勵調(diào)節(jié)電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路主要有主電路、濾波器、變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路和負(fù)載之間，用于濾除波動直流電壓中的交流部分。整流電路的種類有很多，半波整流電路、單項橋式半控整流電路、單項橋式全控整流電路、三項橋式半控整流電路、三項橋式全控整流電路。 關(guān)鍵詞：整流、變壓、觸發(fā)、電感概述在電力系統(tǒng)中，電壓和電流應(yīng)是完好的正弦波但是在實際的電力系統(tǒng)中，由于非線性負(fù)載的影響，實際的電網(wǎng)電壓和電流波形總是存在不同程度的畸變，給電力輸配電系統(tǒng)及

3、附近的其它電氣設(shè)備帶來許多問題，因而就有必要采取措施限制其對電網(wǎng)和其它設(shè)備的影響。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通、家庭等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，大量的非線性負(fù)載被引入電網(wǎng)，導(dǎo)致了日趨嚴(yán)重的諧波污染電網(wǎng)諧波污染的根本原因在于電力電子裝置的開關(guān)工作方式，引起網(wǎng)側(cè)電流、電壓波形的嚴(yán)重畸變目前，隨著功率半導(dǎo)體器件研制與生產(chǎn)水平的不斷提高，各種新型電力電子變流裝置不斷涌現(xiàn)，特別是用于交流電機(jī)凋速傳動的變頻器性能的逐步完善，為工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝提供了十分廣闊的應(yīng)用前景相關(guān)資料表明，電力電子裝置生產(chǎn)量在未來的十年中將以每年不低于10的速度遞增，同時，由這類裝置所

4、產(chǎn)生的高諧諧波約占總諧波源的70以上。為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，其中的一種方法就是對整流器本身進(jìn)行改進(jìn)，使其盡量不產(chǎn)生諧波，且電流和電壓同相位這種整流器稱為高功率因數(shù)變流器或高功率因數(shù)整流器高功率因數(shù)變流器主要采用PWM整流技術(shù)，一般需要使用自關(guān)斷器件。對電流型整流器，可直接對各個電力半導(dǎo)休器件的通斷進(jìn)行PWM調(diào)制，使輸入電流成為擼近正弦且與電源電壓同相的PWM波形，從而得到接近1的功率因數(shù)。對電壓型整流器，需要將整流器通過電抗器與電源相連。只要對整流器各開關(guān)器件施以適當(dāng)?shù)腜WM控制，就可以對整流器網(wǎng)側(cè)交流電流的大小和相位進(jìn)行控制，不僅可實現(xiàn)交流電流接近正弦波，而且可使交流電流的相位與電

5、源電壓同相，即系統(tǒng)的功率因數(shù)總是摻近于1本文主要對與PWM整流器相關(guān)的功率開關(guān)器件、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式等進(jìn)行詳細(xì)說明，在此基礎(chǔ)上時PWM整流技術(shù)的發(fā)展方向加以探討。一 實驗?zāi)康?）不同負(fù)載時，三相全控橋整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析。2) 在仿真軟件Matlab中進(jìn)行三相可控整流電路的建模與仿真，并分析其波形。二實驗內(nèi)容1 三相橋式全控整流電路(純電阻負(fù)載)1.1電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1.1電路結(jié)構(gòu)圖1 三相橋式全控整流電路（純電阻負(fù)載）的電路原理圖1.1.2 工作原理晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極中與a,b,c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT

6、1，VT3，VT5，共陽極組中與a,b,c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。編號如圖1-1所示，晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。其工作特點(diǎn)是任何時刻都有不同組別的兩只晶閘管同時導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，為保證電路啟動或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通，必須對不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的脈沖的一對晶閘管同時加觸發(fā)脈沖，所以觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于60度的寬脈沖，每隔60度換相一次，換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進(jìn)行，但只在一組別中換相，共陰極T1，T3，T5的脈沖一次相差120度；同一組的上下兩個橋臂的脈沖相差180度，當(dāng)觸發(fā)角是0度時，輸出的電壓一周期內(nèi)的波形是6個線電

7、壓的包絡(luò)線，所以輸出脈動直流電壓頻率是電源頻率的6倍，故該電路又稱為6脈動整流電路。1.2建模在MATLAB新建一個Model，同時模型建立如下圖所示：圖2三相橋式全控整流電路（純電阻負(fù)載）的MATLAB仿真模型1.3仿真結(jié)果與分析a.觸發(fā)角=0，MATLAB仿真波形如下：圖3 =0三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）b. 觸發(fā)角=30，MATLAB仿真波形如下：圖4 =30三相橋式全控整流電流仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載） c. 觸發(fā)角=60，MATLAB仿真波形如下： 圖5 =60三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）d. 觸發(fā)角=90，MATLAB仿真波形如下： 圖6 =90三相橋式全

8、控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載） e. 觸發(fā)角=120，MATLAB仿真波形如下：圖7 =120三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）由仿真波形得知，當(dāng)觸發(fā)角小于等于90時，由于是純電阻性負(fù)載，所以Ud波形均為正值，直流電流Id與Ud成正比。隨著觸發(fā)角增大，在電壓反向后管子即關(guān)斷，所以晶閘管的正向?qū)〞r間減少，對應(yīng)著輸出平均電壓逐漸減小，并且當(dāng)觸發(fā)角大于60后Ud波形出現(xiàn)斷續(xù)。而隨著觸發(fā)角的持續(xù)增大，輸出電壓急劇減小，最后在120時幾乎趨近于0。對于晶閘管來說，在整流工作狀態(tài)下其所承受的為反向阻斷電壓。移相范圍為0-120。1.4 FFT分析a.i1諧波分析圖8 =0i1諧波分析（純電阻負(fù)

9、載）b. i2諧波分析圖9 =0i2諧波分析（純電阻負(fù)載）c. i3諧波分析圖10 =0i3諧波分析（純電阻負(fù)載）d. Ud諧波分析圖11 =0Ud諧波分析（純電阻負(fù)載）e. id諧波分析圖12 =0id諧波分析（純電阻負(fù)載）f. Uab諧波分析圖13 =0Uab諧波分析（純電阻負(fù)載）g. Ubc諧波分析圖14 =0Ubc諧波分析（純電阻負(fù)載）h. Uca諧波分析圖15 =0Uca諧波分析（純電阻負(fù)載）1.5小結(jié)(1) 任何時候共陰、共陽極組各有一只元件同時導(dǎo)通才能形成電流通路； (2) 共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位相差120度，共陽極組晶,閘管VT2、VT4

10、、VT6，相位相差120，同一相的晶閘管相位相差180每個晶閘管導(dǎo)通角120； (3) 輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動六次，每周期脈動頻率為300HZ； (4) 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，它只與晶閘管導(dǎo)通情況有關(guān)，其波形由3段組成：一段為零(忽略導(dǎo)通時的壓降)，兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同； (5) 變壓器二次繞組流過正負(fù)兩個方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的利用率； (6) 對觸發(fā)脈沖寬度的要求：整流橋開始工作時以及電流中斷后，要使電路正常工作，需保證應(yīng)同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈

11、沖的寬度大于60(一般為80100)，另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個晶閘管時，向小一個序號的晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發(fā)。 電阻性負(fù)載60時的ud波形連續(xù)，60時ud波形斷續(xù)。=120時，輸出電壓為零Ud=0，因此三相全控橋式整流電路電阻性負(fù)載移相范圍為0120。可以看出，晶閘管元件兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值。2 三相橋式全控整流電路(阻感性負(fù)載)2.1電路的結(jié)構(gòu)與工作原理2.1.1電路結(jié)構(gòu) 圖8 三相橋式全控整流電路(阻-感性負(fù)載)的電路原理圖2.1.2 工作原理晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順

12、序編號，即共陰極中與a,b,c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1，VT3，VT5，共陽極組中與a,b,c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。編號如圖1-1所示，晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。其工作特點(diǎn)是任何時刻都有不同組別的兩只晶閘管同時導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，為保證電路啟動或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通，必須對不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的脈沖的一對晶閘管同時加觸發(fā)脈沖，所以觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于60度的寬脈沖，每隔60度換相一次，換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進(jìn)行，但只在一組別中換相，共陰極T1，T3，T5的脈沖一次相差120度；同一組的上下兩個橋臂的脈沖相

13、差180度，當(dāng)觸發(fā)角是0度時，輸出的電壓一周期內(nèi)的波形是6個線電壓的包絡(luò)線，所以輸出脈動直流電壓頻率是電源頻率的6倍，故該電路又稱為6脈動整流電路，負(fù)載電流由于電感的存在電流基本上是一條直線。2.2建模在MATLAB新建一個Model，同時模型建立如下圖所示圖16 三相橋式全控整流電路(阻-感性負(fù)載)的MATLAB仿真模型2.3仿真結(jié)果與分析a.觸發(fā)角=0，MATLAB仿真波形如下： 圖17 =0三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）b. 觸發(fā)角=30，MATLAB仿真波形如下：圖18 =30三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）c.觸發(fā)角=60，MATLAB仿真波形如下： 圖19

14、 =60三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）d.觸發(fā)角=90，MATLAB仿真波形如下：圖20 =90三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）2.4 FFT分析a. i1諧波分析圖21 =0i1諧波分析（阻-感性負(fù)載）b. i2諧波分析圖22 =0i2諧波分析（阻-感性負(fù)載）c. i3諧波分析圖23 =0i3諧波分析（阻-感性負(fù)載）d. Ud諧波分析圖24 =0Ud諧波分析（阻-感性負(fù)載）e. id諧波分析圖25 =0id諧波分析（阻-感性負(fù)載）f. Uab諧波分析圖26 =0Uab諧波分析（阻-感性負(fù)載）g. Ubc諧波分析圖27 =0Ubc諧波分析（阻-感性負(fù)載）h. Uca諧波分析圖28 =0Uca諧波分析（阻-感性負(fù)載）2.5小結(jié)對于阻感性的負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角小于60時，整流輸出電壓波形與純阻性負(fù)載時基本相同，所不同的是，阻感性負(fù)載直流側(cè)電流由于有電感的濾波作用而不會發(fā)生急劇的變化，輸出波形較為平穩(wěn)。而當(dāng)觸發(fā)角大于等于60小于90時，由于電感的作用，延長了管子的導(dǎo)通時間，使Ud波形出現(xiàn)負(fù)值，而不會出現(xiàn)斷續(xù)，所以直流側(cè)輸出電壓會減小，但是由于正面積仍然大于負(fù)面積，這時直流平