1、新能源与动力工程学院课程设计报告三相桥式全控整流电路的仿真专业电力工程与管理班级电力1101姓名学号指导教师2014年11月基于MATLAB/SIMULINK的三相桥式全控整流电路的建模与仿真摘要在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上，建立了基于SIMULINK的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其带电阻负载时的工作情况进行了仿真分析与研究。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。关键词MATLAB仿真三相桥式全控整流对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载，可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。故在负载容量较大的场合，通常采用三相或多相整流电路。三相或多相电源可控整流
2、电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小、控制响应快，因此被广泛应用于众多工业场合。1三相桥式全控整流电路的工作原理三相桥式全控整流原理电路结构如图所示。完整的三相桥式整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成。6个晶闸管以次相隔60度触发，将电源交流电整流为直流电。三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。整流变压器采用三角形/星形联结是为了减少3的整倍次谐波电流对电源的影响。元件的有序控制，即共阴极组中与A、B、C三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与
3、A、B、C三相电源相接的三个晶闸管分别为VT、VT。它们可构成电源系统对负载供电的6条整流回路，各整流回路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。三相桥式全控整流原理电路2基于SIMULINK三相桥式全控整流电路的建模三项桥式全控整流电路接线图纯电阻R30，MATLAB仿真电阻负载15时的仿真波形及FFTUD，ID分析图100001000相间电压波形505X10三相电源波形0051触发脉冲波形0200400负载电压波形000100200300400500601020负载电流波形00010020030040050060100200300SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDO
4、WINRED1CYCLESTIMES01002003004005006007008009001000050010001500FREQUENCYHZFUNDAMENTAL50HZ1741,THD80353MAGOFFUNDAMENTAL00010020030040050060510SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES01002003004005006007008009001000050010001500FREQUENCYHZFUNDAMENTAL50HZ05802,THD80353MAGOFFUNDAMENTAL电阻负载45时的仿真波形及
5、FFTUD，ID分析图100001000相见电压波形505X10三相电源波形0051触发脉冲波形5000500负载电压波形000100200300400500620020负载电流波形00010020030040050060100200300SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES010020030040050060070080090010000100200300400FREQUENCYHZFUNDAMENTAL50HZ6228,THD29109MAGOFFUNDAMENTAL00010020030040050060510SELECTEDSI
6、GNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES010020030040050060070080090010000100200300400FUNDAMENTAL50HZ2076,THD29109FREQUENCYHZMAGOFFUNDAMENTAL电阻负载75时的仿真波形及FFTUD，ID分析图电阻感R30，L10H，MATLAB仿真100001000相见电压波形505X10三相电源波形0051触发脉冲波形5000500负载电压波形000100200300400500620020负载电流波形00010020030040050060100200300SELECTEDSI
7、GNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES01002003004005006007008009001000050100150FUNDAMENTAL50HZ1068,THD16061FREQUENCYHZMAGOFFUNDAMENTAL00010020030040050060510SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES01002003004005006007008009001000050100150FREQUENCYHZFUNDAMENTAL50HZ3559,THD16061MAGOFFUNDAMENTAL阻
8、感负载15时的仿真波形及FFTUD，ID分析图100001000相见电压波形4202X10三相电源波形0051触发脉冲波形2000200400负载电压波形0001002003004005006012负载电流波形00010020030040050060100200300SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES0100200300400500600700800900100002004006008001000120014001600FREQUENCYHZFUNDAMENTAL50HZ1741,THD80354MAGOFFUNDAMENTAL000
9、10020030040050060100200300SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES0100200300400500600700800900100002004006008001000120014001600FREQUENCYHZFUNDAMENTAL50HZ1741,THD80354MAGOFFUNDAMENTAL阻感负载45时的仿真波形及FFTUD，ID分析图100001000相见电压波形505X10三相电源波形0051触发脉冲波形5000500负载电压波形0001002003004005006012负载电流波形000100200
10、30040050061000100200300SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES01002003004005006007008009001000050100150200250300FUNDAMENTAL50HZ7759,THD27420FREQUENCYHZMAGOFFUNDAMENTAL00010020030040050060051SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES01002003004005006007008009001000050100150200FREQUENCYHZ
11、FUNDAMENTAL50HZ01242,THD9807MAGOFFUNDAMENTAL阻感负载75时的仿真波形及FFTUD，ID分析图100001000相见电压波形4202X10三相电源波形0051触发脉冲波形5000500负载电压波形000100200300400500605005负载电流波形00010020030040050062000200SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES01002003004005006007008009001000020406080100FREQUENCYHZFUNDAMENTAL50HZ173,THD1
12、4550MAGOFFUNDAMENTAL000100200300400500600204SELECTEDSIGNAL3CYCLESFFTWINDOWINRED1CYCLESTIMES010020030040050060070080090010000100200300400FUNDAMENTAL50HZ004338,THD17301FREQUENCYHZMAGOFFUNDAMENTAL图42整流器输出的电压波形以及电阻负载时整流器输出的电流波形图43整流器输出电压平均值分析观察到的结果将图41所示的三相电压波形与42所示的整流电压（图上部）和电流波形（图下部）相比较，整流后的电压是直流，而且波形
13、与三相输入电压波形相对应。整流电压平均值（见图43）与计算值UD234100COS30V2026V相符。因为是电阻负载，整流后的电压和电流波形相同，但Y轴坐标不同。图44到图46所示分别为整流器交流侧的电流波形。改变控制角可以观察在不同控制角下整流器的工作情况。1电阻电感负载（R的值为5欧姆、L的值为001H、A60）在图21中修改负载RLC参数，R的值为5欧姆，L的值为001H，C的值为INF，同时将触发角设置为60为了观察整流器输入电流和输出电压的谐波，在仿真模型中增加了傅立叶（FOURIER）分析模块，修改后的仿真模型如图47所示。图47三相桥式整流电路电阻电感负载（A60）在仿真参数中
14、设置仿真时间为016S，重新启动仿真，即可得到阻感负载时整流器输出电压和电流，如图48A、48B、48C所示图48AA60时整流器输出电压图48B整流器输出平均电压图48C整流器输出电流分析观察到的结果由于电感是储能元件，电感中电流（见图48C）有以上升的过程，在启动仿真001S以后电流进入稳定状态，电流的脉动很少。3结论本文在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上，利用MATLAB面向对象的设计思想和电气元件的仿真系统，建立了基于SIMULINK的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其进行了仿真研究。在对三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况进行仿真分析的基础上，验证了当触发角为30度时
15、，负载电流是连续的；当触发角为60度时时，负载电流不连续。这与当触发角0A60时，负载电流是连续；当触发角大于等于60度时，负载电流是不连续相符。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。通过仿真和分析，可知三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角和负载特性的影响，文中应用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，并与相关文献中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
16、的新方法。应用MATLABSIMULINK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。应用MATLAB对整流电路故障仿真研究时，可以判断出不同桥臂晶闸管发生故障时产生的波形现象，为分析三相桥式整流电路打下较好的基础，是一种值得进一步应用推广的功能强大的仿真软件，同进也是电力电子技术实验较好辅助工具。随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电
17、容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。MATLAB提供的可视化仿真工具SIMTLINK可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。本文利用SIMULINK对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。参考文献1王沫然SIMULINK4建模及动态仿真20022黄忠霖控制系统MATLAB计算及仿真20013王兆安黄俊电力电子技术20004钟麟王峰MATLAB仿真技术与应用教程国防工业出版社20035刘敏魏玲MATLAB通信仿真与技术应用国防工业出版社20016孙屹吴磊SIMULINK通信仿真开发手册国防工业出版社，2004
