三相桥式全控整流电路分析

一、三相桥式全控整流电路分析三相桥式全控整流电路原理图如图所示。三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π／3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π／3；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差π，给分析带来了方便；当α=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管VT1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VT1流向负载，再经VT6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VTl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VT2，电流即从b相换到c相，VT6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经VTl、负载、VT2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VT3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管VT2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。仿真实验“alpha_deg”是移相控制角信号输入端，通过设置输入信号给它的常数模块参数便可以得到不同的触发角α，从而产生给出间隔60度的双脉冲。二、MATLAB仿真（1）MATLABsimulink模型如图（2）参数设置电源参数设置：电压设置为380V，频率设为50Hz。注意初相角的设置，a相电压设为0，b相电压设为-120，a相电压设为-240。负载参数设置：电阻负载：电阻设为100Ω，电感设为0，电容设为0阻感负载：电阻设为100Ω，电感设为10H，电容设为0同步6脉冲发生器：频率设为50Hz，脉冲宽度为1度，选择双脉冲触发方式Universalbridge的结构如下“alpha_deg”是移相控制角信号输入端，通过设置输入信号给它的常数模块参数便可以得到不同的触发角α，从而产生给出间隔60度的双脉冲。（3）实验记录三项桥式全控整流电路的电阻负载（电阻设为100Ω，电感设为0，电容设为0）电阻负载α=0度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）电阻负载α=30度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）电阻负载α=60度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）电阻负载α=90度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）三项桥式全控整流电路的阻感负载（电阻设为100Ω，电感设为10H，电容设为0）电阻负载α=0度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）电阻负载α=30度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）电阻负载α=60度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）电阻负载α=90度（左边从上到下依次为三相交流源电压(红黄蓝依次为三项电源的电压)，变压器二次电流（红黄蓝依次为Ia，Ib，Ic），晶闸管VT1的电压，输出整流电压Ud（通过负载电压），输出整流电流（通过负载电流）Id）三、仿真结果分析由仿真图结合理论分析可知，上述波型图是正确的。理论与仿真两相验证。通过以上的波型图，我们可以得出以下结论：1、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成正比，并且电阻为1欧姆，所以直流电流波形和直流电压一样。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，输出电压急剧减小，最后在120°时几乎趋近于0。对于晶闸管来说，在整流工作状态下其所承受的为反向阻断电压。移相范围是0~120。2、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。当触发角大于90°时，由于id太小，晶闸管无法再导通，输出几乎为0。工作在整流状态，晶闸管所承受的电压主要为反向阻断电压。移相范围为0~90。电感能够使电流输出平稳；在没有续流二极管的情况下，晶闸管的导通时间得到延长，而当加入续流二极管后，电流通过二极管续流，二极管续流功率损失较小，这时输出电流相对于来说就比不加续流二极管时要小，而输出电压相对来说却要大些。3、对于反电动势负载，由于有反电动势的作用，直流侧输出电压相对于之前，会在原来的基础上减去一个反电动势输出，所以平均输出电压减小25V，相对于输出直流电流也在原来的基础上减小。输出电压接近25V，相对的输出直流也在输出电流接近于0。四、实验总结及收获通过此次MATLAB仿真，虽然遇到了许多问题，比如同步6脉冲发生器在模块库总无法找到，负载无法连接电流表电压表等问题，但通过资料查阅也逐渐明白，首先熟悉了MATLABsimulink仿真的过程和结果观察，其次通过结果分析，资料查阅和书本，更加了解三项桥式全控整流电路，对电力电子技术这门课也有了一定的兴趣。