三相橋式全控整流電路仿真

1、專 班 姓 學(xué)三相橋式全控整流電路仿真業(yè): 級(jí): 名: 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Mat lab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)

2、及工作原理1.1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(lái)的，它由三相半波共陰極接法(VT1,VT3,VT5)和三相 半波共陽(yáng)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)大于兀/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 兀/3換相一次,換相過(guò)程在

3、共陰極組和共陽(yáng)極組輪流進(jìn)行，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-叮47157叮6;共陰極組VT1, VT3,VT5的脈沖依次相差2冗/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n ,給分析帶 來(lái)了方便；當(dāng)。二0°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,故該電路乂可稱為6脈動(dòng)整流電路。a >0°時(shí),Ud的 波形出現(xiàn)缺口，隨著a角的增大，

4、缺口增大,輸出電壓平均值降低。當(dāng)。二2 it /3時(shí), 輸出電壓為零,所以電阻性負(fù)載時(shí)，a的移相范圍是02 n /3;當(dāng)0W a W n /3時(shí), 電流連續(xù),每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2 n /3;當(dāng)n /3W a W2 n /3時(shí)，電流斷續(xù),每個(gè)晶閘管 導(dǎo)通小于2 n /3。a = n/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)GT0構(gòu)成整流橋,實(shí)現(xiàn)交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換。pulse gen

5、erator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）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° o（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=10Q o（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，

6、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)?電流有上升時(shí)間，仿真時(shí)間也需要長(zhǎng)一些，本例設(shè)為0. 06so仿真算法采用 ode23tbo3仿真結(jié)果及其分析a.觸發(fā)角Q=0° , MATLAB仿真波形如下圖3 o=00三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。二30。，MATLAB仿真波形如下圖4 a =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。二60。，MATLAB仿真波形如下圖5 a =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°

7、, MATLAB仿真波形如下負(fù)15咫改0Q01901DXDOXMDXB0CC圖6 a =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仿真波形如下圖7 a =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?的設(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° WqW600 ,負(fù) 載電流是連續(xù)的；當(dāng)a

8、 2600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a的移相范圍是0°120°。通過(guò)仿真分析也驗(yàn)證了本文所建模型的正確性。5 FFT分析1c及負(fù)載電流Id和5.1 當(dāng)觸發(fā)角a =0°時(shí)，三相電源電流匕、lb、負(fù)載電壓Vd的FFT分析a.觸發(fā)角aR° , a相電流FFT分析如下Signd” utiy26a a»，Wd3，nrr *>>VFFTA*aUU« ugneitWtpJ! 1iFFT wvidowStettawg阿£s,ew 介 m$0"FFT I6ttir»)sOMMk

9、Sftew 結(jié) »jR6XVK，44tHat rereadsMgmj 八 Q fCWCMC4»>圖8。=0°三相電源電流la FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）b.觸發(fā)角a=0° , b相電流FFT分析如下，u-<Um«-3 ItOKr) - SIM . THD- WA*abUa ugntdtfit- wtpJ! 1i-FFT wiidTwsuttaMg£s，ew .八FFT sHtjrvj®*»romrtMiRmencyH hmwc ««< M Fem?八 Pc «coC

10、MC4ft>圖9 a=0°三相電源電流lb FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）c.觸發(fā)角。二0° , c相電流FFT分析如下&A* w »i”yre C*M» a，w，: aa,E stidovSacWd aigrw： ScyDaa.t)nr»a|: 1 cydaamu7 );oooio.ceo.oao.<ma<»oo&Time |b>叩 ahStverut:wFFT nz,間1»wTmn>5，-o%> wFFTch" 如 UB9WXbomFFT 5t«t&#

11、187;rvjtCar qi ”RmenenH HNreno8%Mac fiMncf iHt>|b«oCM(4»><*圖10 Q =00三相電源電流k FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）d.觸發(fā)角。二0° ,負(fù)載電流Id FFT分析如下»“*TE3二石.EKSL-FFT 5帥”, 0«£男他Bar Cjgi “ TEErt IHMWC aXMac(HrJ圖11 a =0。負(fù)載電流Id FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）e.觸發(fā)角。二0° ,負(fù)載電壓Vd FFT分析如下stEtJSLHA*»bN»以小

12、女2wi5r«injr«< 1w'FFT *ndy* ?wumi»X bo£s，e» heowriHa-FFT settingsCarFr*)Mancta4«M«r«c “de« F<c«>9wr 1*0Jmoo-圖12 a=00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a =75。時(shí)，三相電源電流la、lb、1c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&A. " wyzt, M

13、m 4"1 ”o DH01，所SrfacScdsiorW. Scytfm. FFT Mn>i<)nn»s|- 1 cydaaO0 01Q.m003O.(MDig0 8Mw |a>FFT afUl/StSof Ft。4 05Ba bpuHFFT MS*朝g咻DQFsaew f»eq»wriHac-FFT settingv0«4»"r*(j*0 »roEtM iR6fHwrcrc wowMac(HrJIt anatyze CM0M f 知“0 -。%> 0S圖13 a =75°三相電源

14、電流la 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fb- *w aiFFT 所9*朝厘咻Eo，A*24OMFs3EW 介 29Wfm)5BFFT settings-MG%一 .”總 »tm>r«r«ji i<*<*|QWxncyHF*«rccc c4dMHa“r.9M,EWf>aw*>圖14 a=75。三相電源電流lb FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）c.觸發(fā)角（1=75° , c相電流FFT分析如下HjH，以 aX，*VM皿1FFT wn5*SWUwitX阿fsiarMr

15、ftM|M3>w.FFT 5MtM OMf a(u e«* qg “ r»rv»rw*rfiR6XW”公HNr<rc"de<Mac fiMnzt lHx>Wf>圖15 a =750三相電源電流三FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）d.觸發(fā)角（1=75° ,負(fù)載電流Id FFT分析如下Wa# K jn”yre*，wC*3,Hfr以 a#。M*VM aiFFT anjF/we2D0qTMWPUOZ gFFT*ndy*SWUwitX阿fsiarMrftM riMana, |M3> $0"FFT 5MtMR6Znc

16、“HHMWC «dMMac fi-Mncf i»tt> «CO圖16 o=75°負(fù)載電流Id FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）e.觸發(fā)角Q =75° ,負(fù)載電壓Vd FFT分析如下Wa# K jn”yre* C*M»1 ，wC*3,Hfr以 a#。Xf"FFTqTMWPUOZ W*VMai1FFT *nd7*SWUwitX阿rta-ncnk: ctrWfFFT 5MtM 0v qg ”,R6Znc“H HNr<rc“de<m«( ri-Mncf im> |B«0CMC4»&g

17、t;圖17。-75°負(fù)載電壓Vd FFT分析結(jié)果（電阻性負(fù)載）bMarnrraigrw<： S cyd«a. fFT MfiImb i)nrM|： 1 cydeaII111:三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理圖VT V% 5 “OOVI； Vl d2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(lái)的，它由三相半波共陰極接法(VT1,VT3,VT5)和三相 半波共陽(yáng)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

18、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。pulsegenerator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

19、數(shù)設(shè)置：R=10。、L=0. OlmHo(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°、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)?電流有上升時(shí)間，仿真時(shí)間也需要長(zhǎng)一些，本例設(shè)為0. 06so仿真算法采用 ode23tb。3仿真結(jié)果及其分析a.觸發(fā)角Q=0° , MATLAB仿真波形如下zee工, 丁1L1

20、-1L1/圖20 o=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Q=3（r , MATLAB仿真波形如下圖21 a =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Q =45° , MATLAB仿真波形如下d.觸發(fā)角Q =60° , MATLAB仿真波形如下三野阪&圖23 a=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Q=75° , MATLAB仿真波形如下三野阪壓圖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a =90° , MATLAB仿真波形如下圖

21、25。=90°三相橋式全控整流電路仿真結(jié)果（阻感性負(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° WaW600時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)；當(dāng)a >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a的移相范圍是0。90°。通過(guò)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a =0。時(shí)，三相電源電流la、lb、Ie及負(fù)

22、載電流Id和負(fù)載電壓Vd的FFT分析a.觸發(fā)角a=0° , a相電流FFT分析如下即nbH，以爐*， StvJueW kUtl 54gr«irejr<«FFT arul/sis18，Ve*-4- ISOM - W.72 . THD- 31 mtFndwEoaFFT ianr»iDicauw 足 » nn'rwMM l*|lQ»r«c “Xhj« FixwriK：:-««o<*>CteM圖26 o=0°三相電源電流la FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）b.觸發(fā)角Q=

23、0° , b相電流FFT分析如下Sd«cl«dsnrw Severn. bf'T imBmbOnr*a|; 1 cvdaoi« CtM» a»，WA%aUU< sipncisS»v»ue:wiFFTMmK，|SOK«) . 01.31 . THD- 37 06%Stvttawg阿FFT ianr»)sIf ”w 甲4 幔 »f*'* |iQHMWC WONMFeezna 八 gfMOCMt*>圖27 0=0°三相電源電流lb FFT分析結(jié)果（阻感性

24、負(fù)載）C.觸發(fā)角a=0° , c相電流FFT分析如下FFT nzN快，18，u-<Um«-3 ItOKT) - ga . THD- 34 1dA%aUU1 例事 5»v»ut: (0- W tpj! 11FFT加的lSWt»9l»XF83EW 介29Wf I® EFFT O««-if 田W ,”結(jié) »fmsr«rtjfi|iq圖28 a=00三相電源電流Ie FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）d.觸發(fā)角Q=0° ,負(fù)載電流Id FFT分析如下A*aUt4« ugnt

25、itW tpJ! 1S4gr«nxue iFFT *rd7* stvuaMg阿F83EW 介29Wf m |a>FFT 0««-if 田W ,”結(jié) »fmsr«rtjfi *'»<* 卜。HMWC WON HjEezw 八 Q «<0CMC*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Q=0° ,負(fù)載電壓Vd FFT分析如下«»UCt3.2 waiSig 1i mfyie K外 一知所C 3所/%gSactedsqrW. ScyD。. F

26、FT iMr«13« 4nr»3|: 1 cyd。«ofvrvrvnMvrvrvrnv*_'v*_'vrpvrvrvrpvrv|_'vrpvrniv*_'v*=400 %L2K -FFT加9*fiM*am " M3>|»-FFT setting*Bar Cj9i “R6f，HMrcrc «de<Mac Ti99Kf (KrJ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a =75。時(shí)，三相電源電流la> lb. 1c及負(fù)載電流Id和負(fù)載電壓V

27、d的FFT分析a.觸發(fā)角。=75° , a相電流FFT分析如下FFT g,7。150M . 25.72 . TMD. tO 41TC.18A*aut41 tignsiiS»vcrwt：WiFFT m 由外Stettawg阿Fs'ew rieqrtm 八 BDili360FFT 5啦2。w <2 W »fEEt* iBaa. iMsiQHWWCMl 門KW 八 Q|B«0CMC4»)圖31 0=75。三相電源電流la FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）b.觸發(fā)角a =75° , b相電流FFT分析如下FFT ggs皿皿1_ FFT setting*M-"?-FFT所，Bar Cj92 “ fEErtjtf IFFT we 0«*/念afanc,HMWC “X««10Cmc*>圖33 a =75。三相電源電流三FFT分析結(jié)果（阻感性負(fù)載）d.觸發(fā)角a =75