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標(biāo)題: 三相橋式全控整流電路 MATLAB/SIMULINK電力電子電路仿真 [打印本頁]

作者: aqwert123456 時(shí)間: 2019-6-13 10:32
標(biāo)題: 三相橋式全控整流電路 MATLAB/SIMULINK電力電子電路仿真
概述 3
二、理論基礎(chǔ)4
1 基本原理4
基本數(shù)量關(guān)系6
三、仿真模型建立7
1仿真電路繪制7
2參數(shù)設(shè)置8
（1）仿真參數(shù)8
（2）脈沖參數(shù)9
（3）器件參數(shù)9
（4）電源參數(shù)11
（5）負(fù)載參數(shù)11
四、仿真結(jié)果分析13

三相全控橋整流電路在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中具有很重要的作用和很廣泛的應(yīng)用。而應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真來研究電力電子裝置，有利于提高研究效率，降低研發(fā)成本。基于MATLAB/ SIMULINK軟件的電力電子電路仿真，更有助于初學(xué)者學(xué)習(xí)電力電子，加深對(duì)各種電路器件原理的理解。結(jié)合全控整流電路理論基礎(chǔ)，采用Matlab的仿真工具Simulink對(duì)三相橋式全控整流電路的進(jìn)行仿真，對(duì)輸出電壓、電流、變壓器二次側(cè)電壓、二次側(cè)電流、及晶閘管電壓等參數(shù)進(jìn)行仿真及驗(yàn)證，進(jìn)一步了解三相橋式全控整流電路的工作原理及輸出特性。

電力電子技術(shù)在當(dāng)代生活中發(fā)揮著無可替代的作用，而其中的整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。并且整流電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路。三相全控整流電路的整流負(fù)載容量較大,輸出直流電壓脈動(dòng)較小,是目前應(yīng)用最為廣泛的整流電路。它是由半波整流電路發(fā)展而來的。由一組共陰極的三相半波可控整流電路和一組共陽極接法的晶閘管串聯(lián)而成。六個(gè)晶閘管分別由按一定規(guī)律的脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，來實(shí)現(xiàn)對(duì)三相交流電的整流，當(dāng)改變晶閘管的觸發(fā)角時(shí)，相應(yīng)的輸出電壓平均值也會(huì)改變，從而得到不同的輸出。由于整流電路涉及到交流信號(hào)、直流信號(hào)以及觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當(dāng)繁瑣，高壓情況下實(shí)驗(yàn)也難順利進(jìn)行。Matlab提供的可視化仿真工具Simulink可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結(jié)果，直觀性強(qiáng)，進(jìn)一步省去了編程的步驟。
二、理論基礎(chǔ)

1、基本原理

三相橋式全控整流電路原理圖如圖1所示。三相橋式全控整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來的，它由三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽極接法(VT4，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。在三相橋式全控整流電路中，對(duì)共陰極組和共陽極組是同時(shí)進(jìn)行控制的，控制角都是α。由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯(lián)，因此整流電壓為三相半波時(shí)的兩倍。很顯然在輸出電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管要求的最大反向電壓，可比三相半波線路中的晶閘管低一半。

　　為了分析方便，使三相全控橋的六個(gè)晶閘管觸發(fā)的順序是1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣編號(hào)的：晶閘管VT1和VT4接a相，晶閘管VT3和VT6接b相，晶管VT5和VT2接c相。晶閘管VT1，VT3，VT5組成共陰極組，而晶閘管VT4，VT6，VT2組成共陽極組。

　　為了搞清楚α變化時(shí)各晶閘管的導(dǎo)通規(guī)律，分析輸出波形的變化規(guī)則，下面研究幾個(gè)特殊控制角，先分析α=0的情況，也就是在自然換相點(diǎn)觸發(fā)換相時(shí)的情況。圖1是電路接線圖。

圖1 三相橋式整流電路電路原理圖

　　為了分析方便起見，把一個(gè)周期等分6段（見圖2）。

圖2 三相橋式整流電路觸發(fā)脈沖

在第（1）段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管VT1被觸發(fā)導(dǎo)通，b相電位最低，所以供陽極組的晶閘管VT6被觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí)電流由a相經(jīng)VT1流向負(fù)載，再經(jīng)VT6流入b相。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流為正，共陽極組的b相電流為負(fù)。加在負(fù)載上的整流電壓為ud=ua-ub=uab

經(jīng)過60°后進(jìn)入第（2）段時(shí)期。這時(shí)a相電位仍然最高，晶閘管VT1繼續(xù)導(dǎo)通，但是c相電位卻變成最低，當(dāng)經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)觸發(fā)c相晶閘管VT2，電流即從b相換到c相，VT6承受反向電壓而關(guān)斷。這時(shí)電流由a相流出經(jīng)VT1、負(fù)載、VT2流回電源c相。變壓器a、c兩相工作。這時(shí)a相電流為正，c相電流為負(fù)。在負(fù)載上的電壓為ud=ua-uc=uac，再經(jīng)過60°，進(jìn)入第（3）段時(shí)期。這時(shí)b相電位最高，共陰極組在經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管VT3，電流即從a相換到b相，c相晶閘管VT2因電位仍然最低而繼續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)變壓器bc兩相工作，在負(fù)載上的電壓為ud=ub-uc=ubc。

余相依此類推，可得每一段中晶閘管的導(dǎo)通及輸出整流電壓情況如圖3所示：

圖3 三相整流電路α=0時(shí)晶閘管的整流情況

2、

基本數(shù)量關(guān)系

三、仿真模型建立

1、仿真電路繪制

（1）

三相橋式全控整流電路純電阻和阻感型負(fù)載系統(tǒng)仿真電路

（2）三相橋式全控整流電路阻感型負(fù)載有源逆變系統(tǒng)仿真電路

（2）三相橋式全控整流電路反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載系統(tǒng)仿真電路

2、參數(shù)設(shè)置

（1）仿真參數(shù)

基本仿真參數(shù)選擇：

仿真停止時(shí)間：0.08s,仿真算法：ode23tb

（2）脈沖參數(shù)

驅(qū)動(dòng)電路選擇同步6脈沖發(fā)生器，脈沖寬度為10度，采用雙脈沖觸發(fā)方式，發(fā)生器發(fā)生間隔60度的雙脈沖，alpha-deg為移相控制角，同步電壓頻率為50Hz。

（3）器件參數(shù)

1、變壓器：本設(shè)計(jì)采用基本的三相變壓器，變比為311/170，采用Dyn11連接組別

2、晶閘管模塊

采用通用橋式晶閘管模塊，其有五個(gè)電氣接口和一個(gè)輸出接口，橋臂個(gè)數(shù)設(shè)置為3個(gè)緩沖電路阻值和緩沖電路電容值等參數(shù)設(shè)為默認(rèn)。

3.二極管模塊

采用默認(rèn)值

4.電壓表、電流表、顯示模塊，powergui模塊均采用默認(rèn)值

（4）電源參數(shù)

采用三個(gè)交流電壓源組成三相交流電源，線電壓：380V，頻率為：50Hz，相位各相差120度

（5）負(fù)載參數(shù)

1.純電阻負(fù)載

2.RL阻感型負(fù)載：實(shí)驗(yàn)數(shù)值為兩組，1.R=20,L=0.7；2.R=10，L=0.5

3.反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載（直流電動(dòng)機(jī)）

四、仿真結(jié)果及分析

1、純電阻負(fù)載（R=20Ω）

（1）二次側(cè)電壓波形

（2）α=0°波形

（3）α=60°波形

（3）α=90°波形

2、阻感型負(fù)載

(1)R=20 Ω，L=0.7H

<1> α=60°波形

<2> α=90°波形

(2)R=10 Ω，L=0.5H

<1> α=60°波形

<2> α=90°波形

3、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載

（1）. α=30°，輸出電壓ud與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波形

（1）. α=50°，輸出電壓ud與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波形

4、有源逆變

結(jié)果分析：

電阻性負(fù)載：對(duì)于純電阻性負(fù)載，當(dāng)α小于等于90°時(shí)，Ud波形均為正值，直流電流Id和Ud同相，所以直流電流波形和電壓波形是一致的。隨著觸發(fā)角的增大，在電壓反相后晶閘管即關(guān)斷，所以晶閘管的正向?qū)〞r(shí)間減小，對(duì)應(yīng)著輸出電壓平均值減小，并且當(dāng)觸發(fā)角大于60°后Ud的波形出現(xiàn)斷續(xù)，而隨著觸發(fā)角的持續(xù)增大，輸出電壓逐漸減小，當(dāng)觸發(fā)角增大到120度時(shí)，輸出電壓Ud將完全變?yōu)?/font>0，由此可得三相全控橋整流電路純電阻性負(fù)載的移相范圍為0°—120°.
阻感性負(fù)載：當(dāng)觸發(fā)角小于60度時(shí)，輸出電壓波形與純電阻基本相同，區(qū)別在于，阻感性負(fù)載由于電感的存在，使得直流側(cè)輸出電流不能發(fā)生突變，輸出波形比較平穩(wěn)可近似為平緩的直線。當(dāng)60°<α<90°時(shí)，由于電感的儲(chǔ)能特性，延長了晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，使得Ud出現(xiàn)負(fù)值，因而不會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)，所以直流側(cè)輸出電壓會(huì)減小，但由于正半軸面積仍大于負(fù)半軸，即輸出電壓平均值仍為正。當(dāng)觸發(fā)角為90°時(shí)，Ud正負(fù)面積相等，Ud平均值為0，由此可得三相全控橋整流電路阻感性性負(fù)載的移相范圍為0°—90°.
反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載：當(dāng)三相全控橋整流電路接反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載即直流發(fā)電機(jī)時(shí)，由直流側(cè)輸出電壓波形和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波形可得，當(dāng)觸發(fā)角為30度時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為45r/min；當(dāng)觸發(fā)角為50度時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為27r/min，隨著α的增大直流側(cè)輸出電壓平均值減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小。
有源逆變：當(dāng)加上極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的直流電動(dòng)勢(shì)且α>90°時(shí)將發(fā)生有源逆變現(xiàn)象，輸出電壓Ud波形為負(fù)值。

五、結(jié)論

通過此次仿真實(shí)驗(yàn)，讓自己對(duì)三相全控橋整流電路工作原理及輸出特性了解得更加詳細(xì)和印象深刻，了解了三相全控橋整流電路在不同觸發(fā)角及負(fù)載條件下的輸出波形特性，以及有源逆變的特點(diǎn)及產(chǎn)生條件，并且練習(xí)了MATLAB/SIMULINK軟件的使用，學(xué)會(huì)了仿真模型的搭建及通過設(shè)置各種合理的參數(shù)組合來觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果以得到比較理想的波形，收獲良多。