電力電子課程設計-三相橋式整流電路的MATLAB仿真

電力電子技術課程設計報告PAGE2PAGE13五邑大學電力電子技術課程設計報告題目：三相橋式整流電路的MATLAB仿真院系信息工程學院專業(yè)軌道交通電氣化班級學號學生姓名指導教師完成時間2016年11月17日

三相橋式整流電路的MATLAB仿真題目的要求和意義利用MATLAB軟件中的SIMULINK對三相橋式整流電路進行建模、仿真，設置參數(shù)，采集波形。具體要求如下：輸入三相電壓源，線電壓取380V，50Hz，內(nèi)阻0.004歐姆。利用六個晶閘管搭建三相橋式整流電路的模型。當負載分別為純電阻負載和阻感負載時設置相關參數(shù)利用示波器查看仿真波形，并將ud、id、uVT1波形記錄下來。

整流電路是電力電子技術中最為重要，也是應用得最為廣泛的電路，不僅應用于一般工業(yè)領域，也廣泛應用于交通運輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)及其他領域。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。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(shù)，并且立即可得到任意的仿真結果，直觀性強。利用matlab對三相橋式全控整流電路仿真，可以讓我們進一步深入了解三相整流電路工作的每一個步驟，充分掌握三相整流電路，而對故障波形的采集與分析，鍛煉我們解決電路出現(xiàn)問題時的能力，以使我們在實際工作中也能足夠的理論知識去排除及解決各種電路故障，具有十分重要的意義?；驹砣鄻蚴秸麟娐妨晳T將其陰極連接在一起的三個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為陰極組；陽極連接在一起的三個晶閘管（VT2、VT6、VT2）稱為陽極組，如圖1所示、圖1

三相橋式整流電路原理圖圖1中a相電源的初相角是0，c相電源初相角是120度，b相電源的初相角是-120度。三相半波整流時，在一個周期內(nèi)，相電壓最高值會交換三次，而三相全橋時，負載相當于接在兩相的線電壓上，而線電壓的最高值每個周期會交換六次，線電壓波峰的交點叫自然交換點，這就意味，當觸發(fā)角α=0時，就能整流出一個周期內(nèi)有六個波峰的直流電，它們的電壓波形如圖2圖2

三相橋式整流電路帶電阻（阻感負載）α=0°時的波形這樣只要六個晶閘管按照VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的導通順序，

每個晶閘管導通60度，即可把三相交流電源整流為直流電。每個晶閘管的導通順序如下表1所示表1晶閘管的導通順序六個晶閘管分別由按一定規(guī)律的脈沖觸發(fā)導通，來實現(xiàn)對三相交流電的整流，當改變晶閘管的觸發(fā)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。以線電壓的過零點為時間坐標的零點，當負載為純電阻負載是，只要觸發(fā)角少于60°，負載電流就能連續(xù)。當為阻感負載時，此時負載電壓連續(xù)，而負載電流的波動幅度的大小取決于電感的大小，當電感值比較大時，負載電流波動將會很小，當α>60°，即使線電壓過零為負值時，相應的晶閘管仍會導通，即電流仍然是連續(xù)的。當α=90°時，線電壓為正的導通部分與為負時的面積相等，則在一個周期內(nèi)，負載電壓為零，故阻感負載時，觸發(fā)角不能大于90°?？傻卯斦鬏敵鲭妷哼B續(xù)時的平均值為（阻感負載α≤90°或電阻負載α≤60°時）式1帶電阻負載且α＞60°時，此時的負載電壓和電流都不連續(xù)，整流電壓平均值為：式2純電阻和阻感負載仿真模型純電阻負載（1）仿真電路圖如下圖3所示圖3三相橋式整流電路純電阻負載仿真電路圖（2）參數(shù)設計三相電壓源：線電壓取380V，50Hz，內(nèi)阻0.004歐姆負載為純電阻負載，電阻取10歐姆，仿真時間取0.10s脈沖信號發(fā)生器：脈沖寬度為20%的電源周期，觸發(fā)角為60°及90，特殊觸發(fā)角為55°由上述參數(shù)，得出純電阻負載時得ud、id、uVT1仿真波形如下圖圖4α=60°時ud（紅色曲線）與id（黃色曲線）的波形（純電阻負載）由圖4知α=60°時ud出現(xiàn)波形為零的點ud與id波形形狀一樣，且連續(xù)。由于電阻為10歐姆所以電壓的峰值為電流峰值的10倍。式3式4圖5α=60°時uVT1（紅色曲線）的仿真波形（純電阻負載）圖6α=90°時ud（紅色曲線）與id（黃色曲線）的仿真波形（純電阻負載）由圖6知α=90°時電阻負載情況下的工作波形，此時Ud波形每60°中有30°為零，這是因為電阻負載時Id波形與Ud波形一致，一旦Ud降至零，Id也降至零，通過將閘管的電流即降至零，晶閘管關斷，輸出整流電壓Ud為零，因此Ud波形不能出現(xiàn)負值。式5式6圖7α=90°時uVT1（紅色曲線）的仿真波形（純電阻負載）圖8α=55°時ud（紅色曲線）與id（黃色曲線）的仿真波形（純電阻負載）圖9α=55°時uVT1（紅色曲線）的仿真波形（純電阻負載）阻感負載仿真電路圖如下圖10所示圖10三相橋式整流電路阻感負載仿真電路圖參數(shù)設計三相電壓源：線電壓取380V，50Hz，內(nèi)阻0.004歐姆負載為阻感負載，電阻取1歐姆，電感15mH，仿真時間取0.10s脈沖信號發(fā)生器：脈沖寬度為20%的電源周期，觸發(fā)角為60°及90°，特殊觸發(fā)角為55°由上述參數(shù)，得出純電阻負載時得ud、id、uVT1仿真波形如下圖圖11α=60°時ud（紅色曲線）與id（黃色曲線）的仿真波形（阻感負載）由圖11知當α=60°，Ud波形均連續(xù)，電路工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓Ud的波形，晶閘管承受的電壓波形等都一樣，區(qū)別在于由于負載不同，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流Id波形不同，電阻負載時Id波形與Ud波形的形狀是一樣。而阻感負載時，由于電感的作用使的負載電流波形變的平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。式7式8圖12α=60°時uVT1（紅色曲線）的仿真波形（阻感負載）圖13α=90°時ud（紅色曲線）與id（黃色曲線）的仿真波形（阻感負載）由圖13知當α=90°時，阻感負載時的工作情況與電阻負載時的不同，電阻負載時Ud波形不會出現(xiàn)負的部分，而阻感負載時由于電感L的作用Ud波形會出現(xiàn)負的部分。式9式10圖14α=90°時uVT1（紅色曲線）的仿真波形（阻感負載）圖15α=55°時ud（紅色曲線）與id（黃色曲線）的仿真波形（阻感負載）圖16α=55°時uVT1（紅色曲線）的仿真波形（阻感負載）故障仿真模型仿真電路圖如下圖17所示圖17斷開第二個晶閘管仿真電路圖參數(shù)設計當觸發(fā)角為60度時，將第2個晶閘管斷開其他參數(shù)不變，查看純電阻負載下的輸出電壓Ud的波形故障波形圖18斷開第二個晶閘管的故障波形故障波形的分析當觸發(fā)角為60度時，我們選擇斷開了第二個晶閘管與電路的連接，導致出現(xiàn)圖14的情況，因為VT2的缺失，使電路a-VT1-R-VT2-c和b-VT3-R-VT2-c的電路無法形成回路，導致圖18中每個周期連續(xù)少了兩個波頭，兩個波頭為120°。由圖18可知是第一個和第二個波形缺失。課程設計體會通過這次的課程設計，使我對三項橋時整流電路有了更多的認識和了解，對MATLAB的操作也熟悉了許多。在使用MATLAB時，也出現(xiàn)了許多問題，通過與組員的討論和請教同學，使問題也迎刃而解。我感覺使用MATLAB進行仿真能比較直觀快捷地反映出輸出結果，操作簡單，便于我們觀察和了解各種觸發(fā)角和不同負載的條件下的仿真結果。參考文獻[1]王兆安.劉進軍.電力電子技術[M].北京.機械工業(yè)出版社，2009.5

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