三相全桥不控整流电路的设计

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三相全桥不控整流电路的设计

1 三相整流的原理和参数计算

1.1 三相不控整流原理

三相桥式不控整流电路的原理图如图1-1所示。该电路中，某一对二极管导通是，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，改线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载供电，ud按指数规律下降。

设二极管在距线电压过零点?角处开始导通，并以二极管VD6和VD1开始同时导通的时刻为零点，则线电压为

uab?6U2sin(?t??)

在t=0时，二极管VD6和VD1开始导通，直流侧电压等于uab；下一次同时导通的一对管子是VD1和VD2，直流侧电压等于uac。着两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是

VD1和VD2同时导通之前和VD6和VD1是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续的；另一种是VD1一直导通，交替时由VD6导通换相至VD2导通，id是连续的。介于两者之间的临界情况是，VD6和VD1同时导通的阶段与VD1和VD2同时导通的阶段在?t???????处恰好衔接起来，id恰好连续，可以确定临界条件

wRC?3 当wRC?3和wRC?3分别是电流id断续和连续的条件。

由分析可知，当空载时，输出电压平均值最大，为Ud?6U2?2.45U2。随着负载加重，输出电压平均值减小，至wRC?3进入id连续情况后，输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为Ud?2.34U2。可见，Ud在2.34U2~2.45U2之间变化。

1.2 参数设计及计算

由设计要求输出电压为400V，空载是输出电压平均值最大，为Ud?6U2?2.45U2。随着系统负载加重，输出电压平均值减小，至wRC?3进入id连续情况后，输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为Ud?2.34U2。取Ud?2.4U2,由Ud?400V可知，

U2?167，则线电压为Ua?290V。

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图1-1 三相整流原理图

如图所示，输入三相电压源，线电压290V，50Hz。整流桥采用二极管，是不可控元件，内阻0.001欧姆。直流滤波电容3300μF，负载为电阻。图中的电容起到整流滤波的作用。

如图R是负载电阻，当R趋向于无穷大时，可以看作为负载为空载。分别设电阻R为10、1和0.1欧姆以及空载。

2 建模与仿真

2.1 输出电压的仿真

如图2-1所示，建立仿真模型。

图2-1 仿真模型

2.1.1电路空载仿真

仿真模型为如图为2-2所示。

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图2-2 空载仿真模型

由图2-2所知，电压平均值为410.1V。 直流电压波形如图2-3所示。

图2-3 空载电压输出波形

在空载时，电容不向外界放电，唯一的放电渠道是在整流输出电压从峰值往回降的阶段，所以得到的电压为一条直线。

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2.1.2 负载电阻为10欧姆的仿真

负载为10欧姆的仿真模型为如图为2-4所示。

图2-4 R?10?的仿真模型

由图中可知电压平均值为399.4V

负载R?10?直流电压波形如图2-5所示。

图2-5 负载R?10?电压输出波形

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如果接上负载，电压会降低。由于有电压调整，以及电容的充放电，电感的储能，会发生振荡，所以这个阶段得到的电压波形不是一条直线，是一条波动的电压曲线。

2.1.3 负载电阻为1欧姆的仿真

负载为1欧姆的仿真模型为如图为2-6所示。

图2-6 R?1?的仿真模型

由图2-6可得电压平均值为390.1V。 负载R?1?直流电压波形如图2-7所示。

图2-7 负载R?1?直流电压波形

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由图2-7比较可知，负载电阻越小，获得的电压平均值越小。

2.1.4 负载电阻为0.1欧姆的仿真

负载为0.1欧姆的仿真模型为如图为2-8所示。

图2-8 R?0.1?的仿真模型

由图2-6可得电压平均值为376.6V。 负载R?0.1?直流电压波形如图2-9所示。

图2-9 负载R?0.1?直流电压波形

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分析仿真图形和数据可以得出直流电压和负载电阻的关系：空载时，输出的直流电压波形近似为直线，负载越大电压的纹波越严重；随着电阻的增大，电压平均值越来越小。

2.2电流波形的仿真

分别仿真负载电阻为10、1时的情况。

记录直流电流和a相交流电流，并分析规律。仿真模型如图2-10所示。

图2-10 电流仿真模型

2.2.1负载电阻为10欧姆电流仿真

a相交流电流波形，如图2-11所示：

图2-11 a相交流电流

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直流电流波形如图2-12所示，

图2-12 直流电流波形

2.2.2负载电阻为1欧姆电流仿真

a相交流电流波形，如图2-13所示：

图2-13 1欧姆a相交流电流波形

直流电流波形如图2-14所示，

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如图2-14 1欧姆直流电流波形

随着负载的加大（10、1），直流侧的电流逐渐增大，且直流侧电流起伏逐渐增大，波纹增加。同时，a相的电流也逐渐增大，并更接近正弦。当负载为10时，直流侧电流为断续；负载为1.67时，直流侧电流为临界状态；负载为0.5时，直流侧电流为连续。

2.3平波电抗器的作用

直流侧加1mH电感。分别仿真轻载10欧姆和重载0.5欧姆时的情况，记录直流和交流电流波形，并计算交流电流的THD。仿真同样负载条件下，未加平波电抗器的情况，并加以比较分析。

2.3.1 负载10欧姆加1mH电感

图2-15为仿真模型图

图2-15 仿真模型

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a相交流电流波形图为图2-16所示，

图2-16 负载10加1mH电感a相交流电流波

直流电流波形如图2-17所示，

图2-17 负载10加1mH电感直流电流波形

2.3.2 负载0.1欧姆加1mH电感

a相交流电流波形图为图2-18所示，

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图2-18 负载0.1加1mH电感a相交流电流波

直流电流波形如图2-19所示,

图2-19 负载0.1加1mH电感直流电流波形

分析波形和THD值，可知同样负载条件下：有平波电抗器时，直流电流明显平稳很多；有平波电抗器时，a相交流电流也平稳很多；有平波电抗器时的THD较小，即有平波电抗器可以减小整流器交流侧电流的总谐波畸变率。

取输入线电压为290V，输出的直流电压接近400V，此时负载电阻为10欧姆，电容为3300μF，电感为1mH。

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3 小结与体会

通过这次的能力拓展训练，对matlab的使用更加熟悉。这学期的几门课程设计的仿真都使用到了这款软件。我能力拓展做的题目是三相全桥不控整流电路的设计。整流电路我们已经接触很多了，所以对整流电路也很熟悉。我们一般使用的是桥式整流电路。

在看到自己做的题目之后，给人的感觉就就是一个很基础的电路图。但开始的时候有些纠结，因为题目里要求的是不控整流电路。可能是对概念的生疏，我把不控整流的概念也忘记了。于是找到原来学的课本，一看其实就是用不可控元件二极管组成的桥式整流电路。电路原理图及其原理也就得以解决。接下来就是有关于仿真的问题了。

虽说经常用matlab，但每次都会遇到新的问题。就那这次能力拓展训练来说，老师要求横纵坐标要表明其代表的含义。我曾记得原来好像做过，但现在早忘记了。于是又早了了原来的资料，加上同学的帮组，这一问题才得以解决。至于，用matlab的建模和使用simulink的仿真这一块，我想主要的就是多这款软件使用还是不够熟悉，在寻找一些部件的时候，感觉花费了很多的时间。但等到模型建立完后，剩下的工作就相当较简单，就是一些调试的问题了。

这次的能力拓展训练，加固了自己所学的知识。有些很基本的东西，有的忘记了，在这次训练中得以加强。还有就是关于软件的使用。不说自己会使用了，但比以前知道的更多了。总之，虽然时间有点紧，但是也有收获。

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4 参考文献

[1] 王兆安、刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2009

[2] 杨荫福、段善旭、朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006 [3] 阮毅、陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统.北京：机械工业出版社，2009 [4] 徐月华,汪仁煌. MATLAB与控制系统仿真实践. 北京：北京航空航天大学出版社,2009

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