三相橋式全控整流電路仿真

1、 三相橋式全控整流電路仿真專 業(yè)：班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：摘要：三相橋式全控整流電路在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中具有非常重要的作用。本文在研究全控整流電路理論基礎(chǔ)上,采用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立三相橋式全控整流電路的仿真模型,對(duì)三相電源電壓、電流以及負(fù)載特性進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真與研究，并且對(duì)三相電源電流以及負(fù)載電流、電壓進(jìn)行FFT分析。仿真結(jié)果表明建模的正確性,并證明了該模型具有快捷、靈活、方便、直觀等一系列特點(diǎn),從而為電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)提供了一種較好的輔助工具。關(guān)鍵詞:Matlab；整流電路；動(dòng)態(tài)仿真；建模三相橋式全控整流電路分析（電阻負(fù)載）1 主電路結(jié)構(gòu)及工作原理1.

2、1 原理圖圖1 三相橋式全控整流電路原理圖（電阻負(fù)載）1.2工作原理三相橋式全控整流電路原理圖如圖1所示。三相橋式全控整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來的,它由三相半波共陰極接法(VT1,VT3,VT5)和三相半波共陽極接法(VT4,VT6,VT2)的串聯(lián)組合。其工作特點(diǎn)是任何時(shí)刻都有不同組別的兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通,構(gòu)成電流通路,因此為保證電路啟動(dòng)或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通,必須對(duì)不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)加觸發(fā)脈沖,所以觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于/3的寬脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大,易使脈沖變壓器飽和,所以可以采用脈沖列代替雙窄脈沖;每隔/3換相一次,換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進(jìn)行,

3、但只在同一組別中換相。接線圖中晶閘管的編號(hào)方法使每個(gè)周期內(nèi)6個(gè)管子的組合導(dǎo)通順序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6;共陰極組VT1,VT3,VT5的脈沖依次相差2/3;同一相的上下兩個(gè)橋臂,即VT1和VT4,VT3和VT6,VT5和VT2的脈沖相差,給分析帶來了方便;當(dāng)=0°時(shí),輸出電壓Ud一周期內(nèi)的波形是6個(gè)線電壓的包絡(luò)線,所以輸出脈動(dòng)直流電壓頻率是電源頻率的6倍,比三相半波電路高1倍,脈動(dòng)減小,而且每次脈動(dòng)的波形都一樣,故該電路又可稱為6脈動(dòng)整流電路。>0°時(shí),Ud的波形出現(xiàn)缺口,隨著角的增大,缺口增大,輸出電壓平均值降低。當(dāng)=2/3時(shí),輸出電壓為零

4、,所以電阻性負(fù)載時(shí), 的移相范圍是02/3;當(dāng)0/3時(shí),電流連續(xù),每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2/3;當(dāng)/32/3時(shí),電流斷續(xù),每個(gè)晶閘管導(dǎo)通小于2/3。=/3是電阻性負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)。2 三相橋式全控整流電路建模仿真2.1建模根據(jù)三相橋式全控整流電路的原理可以利用Simulink內(nèi)的模塊建立仿真模型如下圖所示,設(shè)置三個(gè)交流電壓源Va,Vb,Vc相位角依次相差120°,得到整流橋的三相電源。用6個(gè)GTO構(gòu)成整流橋,實(shí)現(xiàn)交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換。pulse generator產(chǎn)生整流橋的觸發(fā)脈沖,且從上到下分別給16號(hào)晶閘管觸發(fā)脈沖。圖2 三相橋式全控整流電路仿真電路2.2模型參數(shù)設(shè)置（1

5、）三相電源UA、UB和UC仿真參數(shù)設(shè)置：電壓峰值為380V，頻率為50Hz，相位分別為0°、120°、120°。（2）三相晶閘管整流器參數(shù)使用默認(rèn)值。（3）RLC負(fù)載仿真參數(shù)設(shè)置：R=10。（4）脈沖發(fā)生器仿真參數(shù)設(shè)置：頻率50Hz，脈沖寬度取10°，選擇雙脈沖觸發(fā)方式。（5）控制角仿真參數(shù)設(shè)置：設(shè)置為0°、30°、60°、75°、90°。另外，仿真時(shí)間可以按需要設(shè)置，是任意的，時(shí)間長(zhǎng)觀察到的波形多，計(jì)算花費(fèi)的時(shí)間也多。一般電阻負(fù)載2個(gè)電源周期后電路已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，電感負(fù)載因?yàn)殡娏饔猩仙龝r(shí)間，仿真時(shí)間也需要長(zhǎng)

6、一些，本例設(shè)為0.06s。仿真算法采用ode23tb。3 仿真結(jié)果及其分析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（電阻性負(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路仿真結(jié)果（電阻性負(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（電阻性負(fù)載）d.觸發(fā)角=75°，MATLAB仿真波形如下圖6 =75°三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（電阻性負(fù)載）e.觸發(fā)角=90°，MATLAB仿真波

7、形如下圖7 =90°三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（電阻性負(fù)載）4 小結(jié)本文在對(duì)三相橋式全控整流電路理論分析的基礎(chǔ)上，利用MATLAB面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想和電氣元件的仿真系統(tǒng)，建立了基于Simulink的三相橋式全控整流電路的仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。在對(duì)三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況進(jìn)行仿真分析的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了當(dāng)觸發(fā)角0°60° ，負(fù)載電流是連續(xù)的；當(dāng)60°時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)；同時(shí)也驗(yàn)證了三相橋式全控整流電路觸發(fā)角的移相范圍是0° 120°。通過仿真分析也驗(yàn)證了本文所建模型的正確性。5 FFT分析5.1 當(dāng)觸發(fā)角=0&

8、#176;時(shí)，三相電源電流Ia、Ib、Ic及負(fù)載電流Id和負(fù)載電壓Vd的FFT分析a觸發(fā)角=0°，a相電流FFT分析如下圖8 =0°三相電源電流Ia FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）b觸發(fā)角=0°，b相電流FFT分析如下圖9 =0°三相電源電流Ib FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）c.觸發(fā)角=0°，c相電流FFT分析如下圖10 =0°三相電源電流Ic FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）d.觸發(fā)角=0°，負(fù)載電流Id FFT分析如下圖11 =0°負(fù)載電流Id FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）e.觸發(fā)角=0°，負(fù)載電壓Vd F

9、FT分析如下圖12 =0°負(fù)載電壓Vd FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）5.2 當(dāng)觸發(fā)角=75°時(shí)，三相電源電流Ia、Ib、Ic及負(fù)載電流Id和負(fù)載電壓Vd的FFT分析a觸發(fā)角=75°，a相電流FFT分析如下圖13 =75°三相電源電流Ia FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）b觸發(fā)角=75°，b相電流FFT分析如下圖14 =75°三相電源電流Ib FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）c觸發(fā)角=75°，c相電流FFT分析如下圖15 =75°三相電源電流Ic FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）d觸發(fā)角=75°，負(fù)載電流Id FFT分

10、析如下圖16 =75°負(fù)載電流Id FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）e觸發(fā)角=75°，負(fù)載電壓Vd FFT分析如下圖17 =75°負(fù)載電壓Vd FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）21三相橋式全控整流電路分析（阻感負(fù)載）1 主電路結(jié)構(gòu)及工作原理1.1 原理圖圖18 三相橋式全控整流電路原理圖（阻感負(fù)載）1.2工作原理三相橋式全控整流電路原理圖如圖1所示。三相橋式全控整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來的,它由三相半波共陰極接法(VT1,VT3,VT5)和三相半波共陽極接法(VT4,VT6,VT2)的串聯(lián)組合。2 三相橋式全控整流電路建模仿真2.1 建模根據(jù)三相橋式全控整流

11、電路的原理可以利用Simulink內(nèi)的模塊建立仿真模型如下圖所示,設(shè)置三個(gè)交流電壓源Va,Vb,Vc相位角依次相差120°,得到整流橋的三相電源。用6個(gè)GTO構(gòu)成整流橋,實(shí)現(xiàn)交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換。pulse generator產(chǎn)生整流橋的觸發(fā)脈沖,且從上到下分別給16號(hào)晶閘管觸發(fā)脈沖。圖19 三相橋式全控整流電路仿真電路2.2 模型參數(shù)設(shè)置（1）三相電源UA、UB和UC仿真參數(shù)設(shè)置：電壓峰值為380V，頻率為50Hz，相位分別為0°、120°、120°（2）三相晶閘管整流器參數(shù)使用默認(rèn)值。（3）RLC負(fù)載仿真參數(shù)設(shè)置：R=10、L=0.01mH。（4

12、）脈沖發(fā)生器仿真參數(shù)設(shè)置：頻率50Hz，脈沖寬度取10°，選擇雙脈沖觸發(fā)方式。（5）控制角仿真參數(shù)設(shè)置：設(shè)置為0°、30°、45°、60°、75°、90°。另外，仿真時(shí)間可以按需要設(shè)置，是任意的，時(shí)間長(zhǎng)觀察到的波形多，計(jì)算花費(fèi)的時(shí)間也多。一般電阻負(fù)載2個(gè)電源周期后電路已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，電感負(fù)載因?yàn)殡娏饔猩仙龝r(shí)間，仿真時(shí)間也需要長(zhǎng)一些，本例設(shè)為0.06s。仿真算法采用ode23tb。3 仿真結(jié)果及其分析a. 觸發(fā)角=0°，MATLAB仿真波形如下圖20 =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

13、=30°，MATLAB仿真波形如下圖21 =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=45°，MATLAB仿真波形如下圖22 =45°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=60°，MATLAB仿真波形如下圖23 =60°三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻感性負(fù)載）e. 觸發(fā)角=75°，MATLAB仿真波形如下圖24 =75°三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻感性負(fù)載）f. 觸發(fā)角=90°，MATLAB仿真波形如下圖25 =90°三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻感

14、性負(fù)載）4小結(jié)本文對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行了理論分析，利用MATLAB面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想和自帶的電力系統(tǒng)工具箱，建立了基于MATLAB-simulink的三相橋式全控整流電路仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行比較研究。對(duì)于電路帶阻感性負(fù)載時(shí)的工作情況，驗(yàn)證了當(dāng)觸發(fā)角為0°60°時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)；當(dāng)60°時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)且出現(xiàn)負(fù)的部分；同時(shí)驗(yàn)證了觸發(fā)角的移相范圍是0° 90°。通過仿真分析也驗(yàn)證了本文所建模型的正確性。5 FFT分析5.1當(dāng)觸發(fā)角=0°時(shí)，三相電源電流Ia、Ib、Ic及負(fù)載電流Id和負(fù)載電壓Vd的FFT分析a觸發(fā)角=0°

15、，a相電流FFT分析如下圖26 =0°三相電源電流Ia FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）b觸發(fā)角=0°，b相電流FFT分析如下圖27 =0°三相電源電流Ib FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）c觸發(fā)角=0°，c相電流FFT分析如下圖28 =0°三相電源電流Ic FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）d觸發(fā)角=0°，負(fù)載電流Id FFT分析如下圖29 =0°負(fù)載電流Id FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）e觸發(fā)角=0°，負(fù)載電壓Vd FFT分析如下圖30 =0°負(fù)載電壓Vd FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）5.2當(dāng)觸發(fā)角=75°

16、;時(shí)，三相電源電流Ia、Ib、Ic及負(fù)載電流Id和負(fù)載電壓Vd的FFT分析a.觸發(fā)角=75°，a相電流FFT分析如下圖31 =75°三相電源電流Ia FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）b.觸發(fā)角=75°，b相電流FFT分析如下圖32 =75°三相電源電流Ib FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）c.觸發(fā)角=75°，c相電流FFT分析如下圖33 =75°三相電源電流Ic FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）d.觸發(fā)角=75°，負(fù)載電流Id FFT分析如下圖34 =0°負(fù)載電流Id FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）e.觸發(fā)角=75°，負(fù)載電壓Vd FFT分析如下圖35 =0°負(fù)載電壓Vd FFT分析結(jié)果