三相全控橋式整流電路Matlab仿真

...wd......wd......wd...引言11三相橋式全控整流電路工作原理21.1三相橋式全控整流電路特性分析21.2帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況31.3晶閘管及輸出整流電壓的情況51.4三相橋式全控整流電路定量分析62仿真實(shí)驗(yàn)62.1電阻負(fù)載仿真72.2阻感負(fù)載仿真92.3帶反電動(dòng)勢阻感負(fù)載仿真113仿真結(jié)果分析124小結(jié)135參考文獻(xiàn)14引言隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的開展，整流電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。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(fù)載容量較大,輸出直流電壓脈動(dòng)較小,是目前應(yīng)用最為廣泛的整流電路。它是由半波整流電路開展而來的。由一組共陰極的三相半波可控整流電路和一組共陽極接法的晶閘管串聯(lián)而成。六個(gè)晶閘管分別由按一定規(guī)律的脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，來實(shí)現(xiàn)對三相交流電的整流，當(dāng)改變晶閘管的觸發(fā)角時(shí)，相應(yīng)的輸出電壓平均值也會改變，從而得到不同的輸出。由于整流電路涉及到交流信號、直流信號以及觸發(fā)信號，同時(shí)包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當(dāng)繁瑣，高壓情況下實(shí)驗(yàn)也難順利進(jìn)展。Matlab提供的可視化仿真工具Simulink可直接建設(shè)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(jié)果，直觀性強(qiáng)，進(jìn)一步省去了編程的步驟。本文利用Simulink對三相橋式全控整流電路進(jìn)展建模，對不同控制角、橋故障情況下進(jìn)展了仿真分析，既進(jìn)一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時(shí)也為現(xiàn)代電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定良好的實(shí)驗(yàn)根基。1三相橋式全控整流電路工作原理1.1三相橋式全控整流電路特性分析圖1是電路接線圖。三相橋式全控整流電路圖是應(yīng)用最為廣泛的整流電路，其電路圖如下：圖1在三相橋式全控整流電路中，對共陰極組和共陽極組是同時(shí)進(jìn)展控制的，控制角都是α。由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯(lián)，因此整流電壓為三相半波時(shí)的兩倍。很顯然在輸出電壓一樣的情況下，三相橋式晶閘管要求的最大反向電壓，可比三相半波線路中的晶閘管低一半。為了分析方便，使三相全控橋的六個(gè)晶閘管觸發(fā)的順序是1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣編號的：晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組成共陽極組。為了搞清楚α變化時(shí)各晶閘管的導(dǎo)通規(guī)律，分析輸出波形的變化規(guī)則，下面研究幾個(gè)特殊控制角，先分析α=0的情況，也就是在自然換相點(diǎn)觸發(fā)換相時(shí)的情況。為了分析方便起見，把一個(gè)周期等分6段〔見圖2〕。在第〔1〕段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管KP1被觸發(fā)導(dǎo)通，b相電位最低，所以供陽極組的晶閘管KP6被觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí)電流由a相經(jīng)KP1流向負(fù)載，再經(jīng)KP6流入b相。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流為正，共陽極組的b相電流為負(fù)。加在負(fù)載上的整流電壓為ud=ua-ub=uab經(jīng)過60°后進(jìn)入第(2)段時(shí)期。這時(shí)a相電位仍然最高，晶閘管KPl繼續(xù)導(dǎo)通，但是c相電位卻變成最低，當(dāng)經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)觸發(fā)c相晶閘管KP2，電流即從b相換到c相，KP6承受反向電壓而關(guān)斷。這時(shí)電流由a相流出經(jīng)KPl、負(fù)載、KP2流回電源c相。變壓器a、c兩相工作。這時(shí)a相電流為正，c相電流為負(fù)。在負(fù)載上的電壓為ud=ua-uc=uac再經(jīng)過60°，進(jìn)入第(3)段時(shí)期。這時(shí)b相電位最高，共陰極組在經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管KP3，電流即從a相換到b相，c相晶閘管KP2因電位仍然最低而繼續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)變壓器bc兩相工作，在負(fù)載上的電壓為ud=ub-uc=ubc余相依此類推。1.2帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況(1)當(dāng)a≤60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)波形圖：a=0〔圖3a〕、a=30〔圖3b〕、a=60〔圖3c〕圖3aα=0o圖3bα=30o圖3cα=60o(2)當(dāng)a>60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值波形圖：a=90〔圖4〕圖4α=90o(3)帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是1201.3晶閘管及輸出整流電壓的情況表1時(shí)段=1\*ROMANI=2\*ROMANII=3\*ROMANIII=4\*ROMANIV=5\*ROMANV=6\*ROMANVI共陰級組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陰級組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓ua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb1.4三相橋式全控整流電路定量分析(1)當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)〔即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a≤60時(shí)〕的平均值為：(2)帶電阻負(fù)載且a>60時(shí)，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為：Id=Ud/R2仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：三相橋式全控整流電路，電源相電壓為220V，整流器輸出電壓為100V〔相電壓〕，觀察整流器在不同負(fù)載，不同觸發(fā)角時(shí)整流器輸出電壓、電流波形。三相電源電壓設(shè)置為380V，頻率設(shè)為50Hz，相角相互相差120度。變換器橋設(shè)置相當(dāng)于六個(gè)晶閘管，只要有適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號，便可以使變換器在對應(yīng)的時(shí)刻導(dǎo)通。設(shè)置同步電壓的頻率跟脈沖寬度分別為50Hz和10%，“alpha_deg〞是移相控制角信號輸入端，通過設(shè)置輸入信號給它的常數(shù)模塊參數(shù)便可以得到不同的觸發(fā)角a，從而產(chǎn)生給出間隔60度的雙脈沖。選擇算法為ode23tb，stoptime設(shè)為0.1。仿真接線如圖5所示。圖52.1電阻負(fù)載仿真設(shè)置電路負(fù)載為純電阻性，R＝100Ω。以下是分別在a=0度，30度，60度,90度時(shí)的仿真結(jié)果a=0°a=30°a=60°a=90°2.2阻感負(fù)載仿真設(shè)置電路負(fù)載為阻感性，R＝100Ω，L＝10H。以下是分別在a=0度，30度，60度,90度時(shí)的仿真結(jié)果a=0°a=30°a=60°a=90°2.3帶反電動(dòng)勢阻感負(fù)載仿真設(shè)置電路負(fù)載為阻感性，R＝100Ω，L＝10H，反電動(dòng)勢E＝25V。以下是分別在a=0度，30度，60度,90度時(shí)的仿真結(jié)果a=0°a=30°a=60°a=90°3仿真結(jié)果分析由仿真圖結(jié)合理論分析可知，上述波型圖是正確的。理論與仿真兩相驗(yàn)證。通過以上的波型圖，我們可以得出以下結(jié)論：1.對于純電阻性負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角小于等于90°時(shí)，Ud波形均為正值，直流電流Id與Ud成正比，并且電阻為1歐姆，所以直流電流波形和直流電壓一樣。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(shí)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(shí)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。2.對于阻感性的負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角小于60°時(shí)，整流輸出電壓波形與純阻性負(fù)載時(shí)根本一樣，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(shí)，由于電感的作用，延長了管子的導(dǎo)通時(shí)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(shí)直流平均電壓仍為正值。當(dāng)觸發(fā)角大于90°時(shí)，由于id太小，晶閘管無法再導(dǎo)通，輸出幾乎為0。工作在整流狀態(tài)，晶閘管所承受的電壓主要為反向阻斷電壓。移相范圍為0~90。電感能夠使電流輸出平穩(wěn)；在沒有續(xù)流二極管的情況下，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間得到延長，而當(dāng)參加續(xù)流二極管后，電流通過二極管續(xù)流，二極管續(xù)流功率損耗較小，這時(shí)輸出電流相對來說就較不加續(xù)流二極管時(shí)要小，而輸出電壓相對來說卻要大些。3.對于反電動(dòng)勢負(fù)載由于有反電勢的作用，直流側(cè)輸出電壓相對于之前，會在原來的根基上減去一個(gè)反電勢輸出，所以平均輸出電壓減小25V，相對的輸出直流電流也在原來的根基上減小。輸出電壓越接近25V，輸出電流也更接近于0。4小結(jié)通過仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角和負(fù)載特性的影響，通過應(yīng)用Matlab的可視化仿真工具Simulink對三相橋式全控整流電路的仿真結(jié)果進(jìn)展了詳細(xì)分析，并與常規(guī)電路理論分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)展比擬，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。采用Matlab／Simu—link對三相橋式全控整流電路進(jìn)展仿真分析，防止了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過程，得到了一種直觀、快捷分析整流電路的新方法。應(yīng)用Matlab／Simu—link進(jìn)展仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直觀地觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況。5參考文獻(xiàn)王兆安,黃俊.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社〔第四版〕，2004侯云海,薛鵬,王輝,盧秀和.新式電感型非線性阻抗變換整流電路.通信電源技術(shù),200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