三相电压型PWM整流器及仿真

电力电子课程设计课程设计报告题目：三相电压型PWM整流器与仿真专业、班级：学生姓名：学号：指导教师：2015年1月6日内容得分1、三相桥式电路的基本原理（10分）2、整流电路基本原理（10分）3、pwm控制的基本原理（10分4、三相电压型pwm整流电路仿真模型（30分）5、结果分析（30分）6、程序文件（10分）总分I摘要：叙述了建立三相电压型PWM整流器的数学模型。在此基础上，使用功能强大的MATLAB软件进行了仿真，仿真结果证明了方法的可行性。关键词：整流器；PWM；simulinkII目录一任务书......................................................................................................................11.1题目.................................................................................................................11.2设计内容及要求.............................................................................................11.3报告要求.........................................................................................................1二基础资料..................................................................................................................22.1三相桥式电路的基本原理.............................................................................22.2整流电路基本原理.........................................................................................42.3pwm控制的基本原理.....................................................................................62.4PWM整流器的发展现状...............................................................................6三设计内容..................................................................................................................83.1仿真模型.........................................................................................................83.2各个元件参数...............................................................................................113.3仿真结果.......................................................................................................133.4结果分析.......................................................................................................15四总结........................................................................................................................15五参考文献................................................................................................................151一任务书1.1题目三相电压型PWM整流器仿真1.2设计内容及要求设计三相电压型PWM整流器及其控制电路的主要参数，并使用MATLAB软件搭建其仿真模型并验证。设计要求(pwm整流器仿真模型参数):(1)交流电源电压600V，60HZ(2)短路电容30MVA(3)外接负载500kVar，1MW(4)变压器变比600/240V(5)0.05s前，直流负载200kw，直流电压500V，0.05s后，通过断路器并联一个相同大小的电阻。1.3报告要求(1)叙述三相桥式电路的基本原理(2)叙述整流电路基本原理(3)叙述pwm控制的基本原理(4)记录参数（截图）(5)记录仿真结果，分析滤波结果(6)撰写设计报告(7)提交程序源文件2二基础资料2.1三相桥式电路的基本原理在三相桥式电路中，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3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。42.2整流电路基本原理整流电路分为半波整流、全波整流和桥式整流，下面依次介绍。(1)半波整流半波整流电路是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz，组成。变压器把市电电压(220V)变换为所需要的交变电压e2，D再把交流电变换为脉动直流电。变压器砍级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压。在0~K时间内，e2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻Rfz上，在π~2π时间内，e2为负半周，变压器次级下端为正；上端为负。这是D承受反向电压，不导通，Rfz上无电压。在2π~3π时间内，重复0~π时间的过程，而在3π~4π时间内，又重复π~2π时间的过程……这样反复下去，交流电的负半周就被“削”掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向的电压，达到了整流的目的，但是，负载电压Usc以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。这周除去图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整流是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低，因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。(2)全波整流如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a、e2b，构成e2a、D1、Rfz与e2b、D2、Rfz，两个通电回路。全波整流电路的工作原理，可用图5-4所示的波形图说明。在0～π间内，e2a对Dl为正向电压，D1导通，在Rfz上得到上正下负的电压；e2b对D2为反向电压，D2不导通。在π-2π时间内，e2b对D2为正向电压，D2导通，在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压；e2a对D1为反向电压，D1不导通。5带平衡电抗器的双反星型可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路是将整流变压器的两组二次绕组都接成星形，但两组接到晶闸管的同名端相反；两组二次绕组的中性点通过平衡电控器LB连接在一起。(3)桥式整流桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周是，对D1、D3加正向电压D1，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。三相桥式全控电路TR为三相整流变压器，其接线组别采用Y/Y-12。VT1~VT6为晶闸管元件，FU1~FU6为快速熔断器。TS为三相同步变压器，其接线组别采用△/Y-11。P端为集成化六脉冲触发电路+24V电源输出端，接脉冲变压器一次绕组连接公共端。P1~P6端为集成化六脉冲触发电路功放管V1~V6集电极输出端，分别接脉冲变压器一次绕组的另一端。UC端为移相控制电压输入端。三相桥式半控整流电路与三相桥式全控整流电路基本相同，仅将共阳极组VT4，VT6，VT2的晶闸管元件换成了VD4，VD6，VD2整流二极管，以构成三相桥式半控整流电路。62.3pwm控制的基本原理PWM又叫脉冲宽度调制，原理如下：PWM基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于∏/n，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用