基于MATLAB的三相整流电路的设计

-0-华东交通大学理工学院InstituteofTechnology.EastChinaJiaotongUniversity课程（论文）题目基于MATLAB的三相整流电路的设计分院：电信分院专业：12电牵班级：1班学号：20120210470512学生姓名：姚涛指导教师：李房云起讫日期：2015年11月19日-1-摘要在对三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路作出理论分析的基础上建立了基于MATLAB/Simulink的三相桥式整流电路的仿真模型，并对其带纯电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况进行对比分析与研究。用MATLAB软件自带的PowerSystem工具箱进行仿真给出了仿真结果，验证了所建模型的正确性。本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。关键词三相桥式半控整流三相桥式全控整流晶闸管触发角-2-AbstractInthethree-phasebridgetypehalfcontrolledrectifiercircuitandthree-phasebridgetypeallcontrolrectifiercircuittomakeatheoreticalanalysisonthebasisoftheestablishedbasedonMATLAB/Simulinksimulationmodelofthree-phasebridgerectifiercircuitAndtheirresistancewithpureresistiveloadandinductiveloadworkingconditionwereanalyzedandtheresearchInMATLABsoftwarecomeswithPowerSystemtoolboxsimulationgivesthesimulationresultsvalidatethecorrectnessofthemodel.Thispapermainlyintroducesthethree-phasebridgetypeallcontroltherectifiercircuitprincipleofmaincircuitandthetriggercircuitandcontrolcircuitdiagram,thethree-phasepowerfrequencyvoltage380vafterstep-uptransformerbySCRrectifier(SCR)fordcforload.Butbecausetheprocessrequireshighpower,highcurrent,highvoltage,sothecontrolismorecomplex,especiallythetriggercircuitpartsmustbeonetoonecorrespondence,otherwisetheoutputvoltagefluctuationofbigperhapsevenshort-circuitequipmentdamage.KeywordsThree-phasebridgetypehalfcontrolledrectifierThree-phasebridgetypeallcontrolrectifierthyristortriggerAngle-3-目录中文摘要…………………………………………………………………………1英文摘要…………………………………………………………………………2目录…………………………………………………………………………3引言……………………………………………………………………………………41三相桥式半控整流电路……………………………………………………41.1带纯电阻性负载的情况…………………………………………………52三相桥式半控整流电路图模型…………………………………………63MATLAB的建模与仿真……………………………………………………73.1MATLAB建模…………………………………………………………73.2MATLAB仿真…………………………………………………………93.3仿真结构分析………………………………………………………114结论………………………………………………………………………12参考文献………………………………………………………………………12-4-引言整流电路Rectifier尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要也是应用得最为广泛的电路，不仅应用于一般工业领域也广泛应用于交通运输电力系统通信系统能源系统及其他领域因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义，这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用1三相桥式半控整流电路由于三相桥式半控整流电路比三相桥式全控整流电路更简单，更经济，所以在中等容量装置或要求不可逆的电力拖动中应用比较广泛，它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成因此这种电路兼有可控和不可控的特性[1]共阳极组3个整流二极管总是在自然换相点换流使电流换到比阴极电位更低的一相而共阴极组，3个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一个，输出整流电压的波形是三组整流电压波形之和。改变共阴极组晶闸管的控制角可获得02.342变压器二次侧电压的直流电压。具体电路图如图1所示：图1中VT1VT3和VT5为触发脉冲相位互差120的晶闸管VD4VD6和VD2为整流二极管由这6个管子组成三相桥式半控整流电路按照图1所示的管子编号它们的导通顺序依次为VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6假定负载电感足够大、可以认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值。因此不论控制角为何值负载电流总是单向流动而且变化很小。一个周期中参与导通的管子及输出整流电压的情况如表1所示：

以下分析带电阻负载的情况晶闸管触发角=0时对于共阴极组所接的3个晶闸管阳极所接交流电压最高的1个导通同理-5-对于共阳极组阴极所接交流电压最低的1个导通。这样任意时刻共阳极组和共阴极组中总是各有1个管子处于导通状态，负载电压为某个线电压图1中各个管子均在自然换相点处换相。从输入电压与负载线电压的对照来看，自然换相点既是各线电压的交点又是各相电压的交点、从线电压波形可以看出由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大的相电压，而共阳极组中对应的是最小的相电压，所以输出电压对应为2个相电压相减是线电压中最大的1个。因此，输出直流电压波形为线电压在正半周的包络线只要共阴极组中有晶闸管导通、共阳极组中就会有二极管续流。当60时：波形均连续对于电阻负载、波形与、波形形状一样也是连续的，波形图如图3a所示。1.1带纯电阻性负载的情况相应的参数设置1交流电压源参数=100V=25Hz三相电源相位依次延迟1202晶闸管参数=0.001=0.0001H=0V=50=250e-6F3负载参数=10=0H=inf4脉冲发生器的振幅为5V周期为0.04s即频率为25Hz脉冲宽度为2当=0时：设为0.00330.01660.0299s此时的仿真结果如图3a所示。当=60时触发信号初相位依次设为0.01。0.02330.0366s此时仿真结果如图3b所示。-6-2三相桥式半控整流电路的仿真模型图模型-7-3MATLAB建模与仿真3.1MATLAB建模⑴三相桥式全控整流器的建模、参数设置三相桥式全控整流器的建模可以直接调用通用变换器桥（6-pulsethyristor）仿真模块。参数设定如图5-1所示：图5-1通用桥参数设置图⑵同步电源与6脉冲触发器的封装同步电源与6脉冲触发器模块包括同步电源和6脉冲触发器两个部分，6脉冲触发器需要三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。具体步骤如下：①建立一个新的模型窗口，命名为TBCF；②打开相应的模块组，复制5个int1（系统输入端口）、一个out1（系统输出端口、3个voltageMeasurement（电压测量模块）、1个6-PulseGenerator（脉冲触发器）。按图5-2连线。-8-图5-2触发器模块连接图③进行封装，封装图如图5-3所示。图5-3封装图⑶三相桥式全控整流电路的建模、参数设置建立一个新的模型窗口，命名为ban2。将三相桥式全控整流器和同步6脉冲触发器子系统复制到ban2模型窗口中。通过合适的连接，最后连接成如图5-4所示的命名为修改版的三相桥式全控整流器电路仿真模型。相关参数说明：交流电压源Ua、Ub、Uc等于U2为179.6V，频率为50Hz，Ua相序为0度，Ub相序为-120度，Uc相序为-240度。RC中的参数为：R为1欧，L为0H，C为（1e-6）F。RL中的参数为：R的参数为0.721欧，L（平波电抗器）的参数为4.4mH。DC的参数为-220V可设为任意值。-9-图5-4三相桥式全控整流电路仿真图3.2MATLAB仿真打开仿真参数窗口，选择ode123tb算法，将相对误差设置1e-3，仿真开始时间设置为0，停止时间设置为0.04秒。在下面的仿真图中Ud、Id为负载电压（V）和负载电流（A）。⑴触发角为0度是的波形图5-5触发角为0度时ud、id的波形图-10-⑵触发角为30度时的波形图5-6触发角为30度时ud、id的波形图⑵触发角为90度时的波形图5-7触发角为90度时ud、id的波形图-11-3.3仿真结构分析由仿真出的触发角分别为0度、30度和90度的Ud、Id波形图和图2-2、图2-3、图2-4比较可知，三相桥式全控整流电路接反电动势负载时，在负载电感足够大以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同、仅在计算Id时有所不同，接反电动势阻感负载时的Id为：REUIdd-12-心得体会我知道电力电子技术是一门基础性和支持很强的技术，但我真正体会到这一点却是在这次课设的过程中。通过本次课程设计，我对电力电子技术这门课有了很深的了解，对各个知识点有个更好的掌握。本次设计，我所设计的是三相桥式全控整流电路，开始设计时我遇到了很多的问题，特别是在用MTALAB对整流电路进行仿真时，我有种很深的无助感。好在后来经过仔细查阅资料，各类图书，以及老师和同学的帮助，我顺利完成了课设中的任务。在此我要感谢我的指导老师李老师对我的悉心指导，感谢李老师在白忙之中给我的帮助。在课程设计的过程中我培养了自己独立工作的能力，给自己的未来树立了信心，我相信它会对我今后的工作、学习、生活产生重要影响，我相信这次的课程设计会让我终身收益！参考文献[1]苏州科技学院学报工程技术版2009.[2]三相桥式可控整流电路的MATLAB仿真贾周王金梅封俊宝宁夏大学物理电气信息工程学院宁夏银川750021[3]湖南工学院、三相桥式全控整流电路的研究：尹定，王翠。2011.