三相桥式全控整流电路

实验六：三相桥式全控整流电路（一）实验目的1.掌握实验电路的工作原理和关键波形；2.分析不同参数设置对仿真结果的影响（二）实验原理在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。图1是电路接线图。为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为𝑢𝑑=𝑢𝑎-𝑢𝑏=𝑢𝑎𝑏经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为𝑢𝑑=𝑢𝑎-𝑢𝑐=𝑢𝑎𝑐再经过60°，进入第(3)段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为𝑢𝑑=𝑢𝑏-𝑢𝑐=𝑢𝑏𝑐余相依此类推。由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出：1.三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。2.三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。3.由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。4.三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。5.由于电流断续后，能够使晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。为了达到这个目的，可以采取两种办法；一种是使每个脉冲的宽度大于60°（必须小于120°），一般取80°～100°，称为宽脉冲触发。另一种是在触发某一号晶闸管时，同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。这种方法称双脉冲触发。6.整流输出的电压，也就是负载上的电压。整流输出的电压应该是两相电压相减后的波形，实际上都属于线电压，波头𝑢𝑎𝑏，𝑢𝑎𝑐，𝑢𝑏𝑐，𝑢𝑏𝑎，𝑢𝑐𝑎，𝑢𝑐𝑏均为线电压的一部分，是上述线电压的包络线。相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上，故线电压的交点同样是自然换相点，同时亦可看出，三相桥式全控的整流电压在一个周期内脉动六次，脉动频率为6×50=300Hz，比三相半波时大一倍。7．晶闸管所承受的电压。三相桥式整流电路在任何瞬间仅有二臂的元件导通，其余四臂的元件均承受变化着的反向电压。例如在第(1)段时期，KP1和KP6导通，此时KP3和KP4,承受反向线电压𝑢𝑏𝑎=𝑢𝑏-𝑢𝑎。KP2承受反向线电压𝑢𝑏𝑐=𝑢𝑏-𝑢𝑐。KP5承受反向线电压𝑢𝑐𝑎=𝑢𝑐-𝑢𝑎。晶闸管所受的反向最大电压即为线电压的峰值。当α从零增大的过程中，同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也是线电压的峰值。（三）实验内容1.在MATLAB/Simulink中构建三相桥式全控整流电路；2.测量不同触发角下输入、输出电压波形，输出电流波形，分析电阻负载和阻感负载波形的区别。（四）实验过程与结果分析1．仿真系统MATLAB平台2．仿真参数三相电源分别设置为Va：220V,相位角为0度，Vb：220V,相位角为-120度，Vc:220V,相位角为+120度，频率都设为50Hz。脉冲发生器频率设为50，宽度为10。UniversalBridge中桥臂设为3。纯电阻负载时电阻为10欧，阻感负载时电阻为10欧电感为1H。触发角分别为00，300，600，900。3．仿真波形与分析三相桥式全控型整流电路仿真模型如下：图3.三相桥式全控型整流电路仿真模型（1）纯电阻性负载时不同触发角下的仿真波形如下：图4.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=0°时的波形图5.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=30°时的波形图6.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=60°时的波形图7.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=90°时的波形波形分析：对于纯电阻性负载，当触发角小于等于90°时，U𝑑波形均为正值，直流电流I𝑑与U𝑑同相，所以直流电流波形和直流电压波形一样。随着触发角增大，在电压反向后管子即关断，所以晶闸管的正向导通时间减少，对应着输出平均电压逐渐减小，并且当触发角大于60°后Ud波形出现断续。而随着触发角的持续增大，输出电压逐渐减小，当触发角继续增大到120°，整流输出电压U𝑑波形将全为零，其平均值也为零，可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路触发角的移相范围是0°-120°。（2）阻感负载时不同触发角下的仿真波形如下：图8.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=0°时的波形图9.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=30°时的波形图10.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=60°时的波形图11.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=90°时的波形波形分析：对于阻感性的负载，当触发角小于60°时，整流输出电压波形与纯阻性负载时基本相同，所不同的是，阻感性负载直流侧电流由于有电感的滤波作用而不会发生急剧的变化，输出波形较为平稳。而当触发角大于等于60°小于90°时，由于电感的作用，延长了管子的导通时间，使U𝑑波形出现负值，而不会出现断续，所以直流侧输出电压会减小，但是由于正面积仍然大于负面积，这时直流平均电压仍为正值。触发角为90°时，若电感足够大，U𝑑中正负面积将基本相等，U𝑑平均值近似为零。这表明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的移相范围为0°-90°。4．结论通过对电力电子的仿真和分析，可知三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角α和负载特性的影响，在应用Matlab的可视化仿真工具Simulink对三相桥式全控整流电路的仿真结果进行了详细分析，并采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。采用MatlabSimulink对三相桥式全控整流电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法。应用Matlab/Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况