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三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真及其故障分析摘要：设计一种以三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真及其故障分析。以三相桥式全控整流电路为分析对象，利用Matlab/Simulink环境下的SimPowerSystems仿真采集功率器件在开路时的各种波形，根据输出波形分析整流器件发生故障的种类，判断故障发生类型，确定发生故障的晶闸管，实现进一步故障诊断。运用matlab中的电气系统库可以快速完成对三相整流电路故障仿真，通过分析可以对故障类型给予初步判断，对电力电子设备的开发、运用以及维修有极大的现实意义。关键词：Matlab；三相整流桥；电力电子故障MatlabSimulationandTroubleAnalysisoftheThree-PhaseFull-BridgeControlledRectifierZhanglu-xiaCollegeofPhysics&ElectronicInformationElectricalEngineering&AutomationNo:060544076Tutor:WuyanAbstract:thearticleintroducesadesignofMatlabSimulationandTroubleAnalysisoftheThree-PhaseFull-BridgeControlledRectifier.usingthethree-phasefull-bridgecontrolledrectifiercircuitforanalysis,theoutputwaveformineachkindoffaultcanbesimulatedthroughthecircuitwiththeSimPowerSystemsundertheMatlab/Simulinksurroundings,forsuretheSCRofhavingtroublesinordertofulfillfurthertroublediagnoses.itcanfinishMatlabSimulationahoutelectricalsystem1quicklyandfulfillfurthertroublediagnoses.itwillplayanimportantroleinthefieldofelectricpower&electrononequipmentexplorationandmaintenance..keywords:Matlab;three-phaserectifierbridge;powerelectronicstrouble目录1引言................................................22三相全控整流电路....................................32.1整流器件.........................................................32.2整流原理.........................................................32.2.1触发脉冲...................................................42.2.2带电阻负载时的工作情况.....................................52.2.3带阻感负载时的工作情况.....................................83三相桥式全控整流电路仿真建模........................93.1仿真模块.........................................................93.1.1交流电压源模块.............................................93.1.2选择开关...................................................93.1.3晶闸管的仿真模型..........................................103.1.4同步6脉冲触发器的仿真模型................................123.1.5常数模块参数的设置........................................133.1.6通用桥设置................................................133.1.7显示模块..................................................143.2三相全控整流电路的matlab仿真...................................143.2.1带电阻负载的仿真..........................................143.2.2阻感负载的仿真............................................164故障分析...........................................175结束语.............................................181引言在电力、冶金、交通运输、矿业等行业，电力电子器件通常被用于电机变频调速、大功率设备驱动的关键流程之中，由于电力电子器件故障往往是致命性的、不可恢复的，常导致设备的损毁、生产的中断，造成重大经济损失。因此，通过储存故障信息用以检测对比尤为重要，并且也是一种简单可行的测量方法。根据电力电路的实际运行情况可知，大多数故障表现为功率开关器件的损坏，其中以功率开关器件的开路和直通最为常见，本文通过仿真采集功率器件在开路时的各种波形，分析整流器件发生故障的种类，判断可能发生故障的器件。2三相全控整流电路2.1整流器件晶闸管因其各方面的性能均明显胜过以前的汞弧整流器，自开发以来立即受到普遍欢迎，虽然在二十世纪八十年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件所取代，但是由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。电力电子技术的核心是电力变换也就是变流技术。通过对晶闸管等器件的控制从而实现电力变换。晶闸管整流是电力电子技术中最基础的变流技术，通过它可实现电流从交流到直流的转换。2.2整流原理三相桥是应用最为广泛的整流电路，它是由两组三相半波整流电路串联而成的，一组为共阴极接线，另一组为共阳极接线，如图（1）所示。若工作条件相同，则负载电流Id1=Id2，如果将零线切断，不影响电路工作，成为三相桥式全控整流电路，如图（2）所示。图1三相半波共阴极组和共阳极组串联电路阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组，阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极管。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，经分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。共阴极组正半周触发导通，共阳极组在负半周触发导通，在一个周期中变压器绕组中没有直流磁势，且每相绕组在正负半周都有电流流过，延长了变压器的导电时间，提高了变压器组的利用率。2.2.1触发脉冲三相桥式全控整流电路任意时刻都有两个晶闸管同时导通从而形成供电回路，其中共阴极组和共阳极且各1个，且不能为同一相器件。触发脉冲相位依次关60度，同一相的上下两个桥臂即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2脉冲相差180度；共阳极组VT4、VT6、VT2的脉冲相差120度，共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲也相差120度。直流电压一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用宽脉冲触发或双脉冲触发，宽脉冲触发为脉冲宽度大于60度(一般取80度---100度)；双脉冲触发是在某个晶闸管触发的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60度，脉宽一般为20—30，双脉冲触发的电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小，宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱合，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。因此常用的是双脉冲触发。如图300.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-10112345600.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-10100.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-101123456aa1b图3三相全桥触发脉冲的两种形式（a、a1）双脉冲触发b宽脉冲触发2.2.2带电阻负载时的工作情况（1）α=0°时的负载工作情况假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发角α=0时，各晶闸管均在自然换相点换相。共阳极的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通，共阴极的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低的一个导通。任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载的电压为某一线电压，此电路工作波形如图4所示。由图中变压器二次绕组相电压与线电压的波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析Ud的波形时，既可以从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压Ud1为相电压在正半周的包络线，当共阳极导通时，整流输出电压Ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压Ud=Ud1-Ud2是两条包络线的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压Ud这两个相电压相减是线电压中最大的一个，因此输出整流电压Ud波形为线电压在正半周的包络线。为了说明各晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60度，如图4所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示。由此表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6由图4晶闸管Uvt1的波形图看出，晶闸管一周期中有120°处于通态，240°处于断态，由于负载为电阻，故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的负载电压Ud波形相同。图4三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0°时的波形表1三相桥式全控整流电路电阻负载α=0时晶闸管工作情况ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压Ua-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb（2）α=60°时的负载工作情况图5为α=60°时的波形，由图中分析知，Ud波形中每段线电压的波形继续向后移，Ud平均值降低，并且Ud出现了为零的点。因此α≤60°时，电压波形连续。图5三相全控整流电路带电阻负载α=60°时的波形（3）α=90°时的负载工作情况图6为α=90°时的电阻负载波形，此时Ud波形每60°中有30°为零，这是因为电阻负载id波形与Ud波形相同，当Ud降至零，id也降至零，通过晶闸管的电流即降至零，晶闸管关断，输出整流电压Ud为零，因此Ud波形不会出现负值。如果继续增大至120°，则整流电压Ud波形