基于MATLAB的三相整流电路的设计

华东交通大学理工学院

Institute of Technology. East China Jiaotong University

课 程 （论 文）

题 目 基于MATLAB的三相整流电路的设计

分 院： 电信分院 专 业： 12电牵 班 级： 1班 学 号： 20120210470512 学生姓名： 姚涛 指导教师： 李房云 起讫日期： 2015年11月19日

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摘 要

在对三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路作出理论分析的基础上 建立了基于 MATLAB/Simulink 的三相桥式整流电路的仿真模型，并对其带纯电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况进行对比分析与研究 。用 MATLAB 软件自带的 Power System 工具箱进行仿真 给出了仿真结果， 验证了所建模型的正确性。本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。

关键词 三相桥式半控整流 三相桥式全控整流 晶闸管 触发角

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Abstract

In the three-phase bridge type half controlled rectifier circuit and three-phase bridge type all control rectifier circuit to make a theoretical analysis on the basis of the established based on MATLAB /Simulink simulation model of three-phase bridge rectifier circuit And their resistance with pure resistive load and inductive load working condition were analyzed and the research

In MATLAB software comes with Power System toolbox simulation gives the

simulation results validate the correctness of the model. This paper mainly introduces the three-phase bridge type all control the rectifier circuit principle of main circuit and the trigger circuit and control circuit diagram, the three-phase power frequency voltage 380 v after step-up transformer by SCR rectifier (SCR) for dc for load. But because the process requires high power, high current, high voltage, so the control is more complex, especially the trigger circuit parts must be one to one correspondence, otherwise the output voltage fluctuation of big perhaps even short-circuit equipment damage.

Key words Three-phase bridge type half controlled rectifier Three-phase bridge type all control rectifier thyristor trigger Angle

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目 录

中文摘要…………………………………………………………………………1 英文摘要…………………………………………………………………………2 目 录…………………………………………………………………………3 引 言……………………………………………………………………………………4 1 三相桥式半控整流电路 ……………………………………………………4

1.1 带纯电阻性负载的情况 …………………………………………………5 2 三相桥式半控整流电路图模型 … ………………………………………6 3 MATLAB的建模与仿真 ……………………………………………………7

3.1MATLAB建模…………………………………………………………7 3.2MATLAB仿真…………………………………………………………9 3.3仿真结构分析………………………………………………………11

4结 论………………………………………………………………………12

参考文献………………………………………………………………………12

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引 言

整流电路 Rectifier 尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要 也是应用得最为广泛的电路 ，不仅应用于一般工业领域 也广泛应用于交通运输 电力系统 通信系统 能源系统及其他领域

因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义 ，这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环 而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用

1 三相桥式半控整流电路

由于三相桥式半控整流电路比三相桥式全控整流电路更简单， 更经济， 所以在中等容量装置或要求不可逆的电力拖动中应用比较广泛 ，它由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成 因此 这种电路兼有可控和不可控的特性[1]共阳极组 3 个整流二极管总是在自然换相点换流 使电流换到比阴极电位更低的一相 而共阴极组 ，3 个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一个 ，输出整流电压的波形是三组整流电压波形之和 。改变共阴极组晶闸管的控制角可获得 0 2.34 2 变压器二次侧电压 的直流电压。 具体电路图如图 1 所示： 图 1 中 VT1 VT3 和 VT5 为触发脉冲相位互差 120 的晶闸管 VD4 VD6 和 VD2 为整流二极管 由这 6 个管子组成三相桥式半控整流电路 按照图 1 所示的管子编号 它们的导通顺序依次为 VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6 假定负载电感足够大、可以认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值。 因此不论控制角为何值负载电流总是单向流动而且变化很小。

一个周期中参与导通的管子及输出整流电压的情况如表 1所示：

以下分析带电阻负载的情况 晶闸管触发角 =0 时 对于共阴极组所接的 3 个晶闸管 阳极所接交流电压最高的 1 个导通 同理

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对于共阳极组阴极所接交流电压最低的 1 个导通。这样 任意时刻共阳极组和共阴极组中总是各有 1 个管子处于导通状态 ，负载电压为某个线电压图 1 中各个管子均在自然换相点处换相 。

从输入电压与负载线电压的对照来看， 自然换相点既是各线电压的交点又是各相电压的交点 、从线电压波形可以看出由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大的相电压 ，而共阳极组中对应的是最小的相电压， 所以输出电压对应为 2 个相电压相减是线电压中最大的 1 个。 因此， 输出直流电压波形为线电压在正半周的包络线只要共阴极组中有晶闸管导通、 共阳极组中就会有二极管续流 。当 60 时： 波形均连续 对于电阻负载、 波形与、 波形形状一样也是连续的 ，波形图如图 3 a所示。

1.1 带纯电阻性负载的情况

相应的参数设置 1 交流电压源参数 =100 V =25 Hz

三相电源相位依次延迟 120 2 晶闸管参数=0.001 =0.000 1 H =0 V =50 =250e-6

F 3 负载参数 =10 =0 H =inf 4 脉冲发生器的振幅为 5 V 周期为 0.04 s 即频率为 25 Hz 脉冲宽度为 2 当 =0 时 ：设为 0.003 3 0.016 6

0.029 9 s 此时的仿真结果如图 3 a 所示。 当 =60 时 触发信号初相位依次设为 0.01。0.0233

0.036 6 s 此时仿真结果如图 3 b 所示。

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2三相桥式半控整流电路的仿真模型图模型

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3 MATLAB 建模与仿真

3.1 MATLAB建模

⑴ 三相桥式全控整流器的建模、参数设置

三相桥式全控整流器的建模可以直接调用通用变换器桥（6-pulse thyristor）仿真模块。参数设定如图5-1所示：

图5-1 通用桥参数设置图

⑵ 同步电源与6脉冲触发器的封装

同步电源与6脉冲触发器模块包括同步电源和6脉冲触发器两个部分，6脉冲触发器需要三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。具体步骤如下：

① 建立一个新的模型窗口，命名为TBCF；

② 打开相应的模块组，复制5个int1（系统输入端口）、一个out1（系统输出端口、3个voltage Measurement（电压测量模块）、1个6-Pulse Generator（脉冲触发器）。按图5-2连线。

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图5-2 触发器模块连接图

③ 进行封装，封装图如图5-3所示。

图5-3 封装图

⑶ 三相桥式全控整流电路的建模、参数设置

建立一个新的模型窗口，命名为ban2。将三相桥式全控整流器和同步6脉冲触发器子系统复制到ban2模型窗口中。通过合适的连接，最后连接成如图5-4所示的命名为修改版的三相桥式全控整流器电路仿真模型。相关参数说明：交流电压源Ua、Ub、Uc等于U2为179.6V，频率为50Hz，Ua相序为0度，Ub相序为-120度，Uc相序为-240度。RC中的参数为：R为1欧，L为0H，C为（1e-6）F。RL中的参数为：R的参数为0.721欧，L（平波电抗器）的参数为4.4mH。DC的参数为-220V可设为任意值。

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图5-4 三相桥式全控整流电路仿真图

3.2 MATLAB 仿真

打开仿真参数窗口，选择ode123tb算法，将相对误差设置1e-3，仿真开始时间设置为0，停止时间设置为0.04秒。在下面的仿真图中Ud、Id为负载电压（V）和负载电流（A）。 ⑴ 触发角为0度是的波形

图5-5 触发角为0度时ud、id的波形图

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⑵ 触发角为30度时的波形

图5-6 触发角为30度时ud、id的波形图

⑵ 触发角为90度时的波形

图5-7 触发角为90度时ud、id的波形图

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3.3 仿真结构分析

由仿真出的触发角分别为0度、30度和90度的Ud、Id波形图和图2-2、图2-3、图2-4比较可知，三相桥式全控整流电路接反电动势负载时，在负载电感足够大以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同、仅在计算Id时有所不同，接反电动势阻感负载时的Id为：

I?Ed?UdR - 11 -

心得体会

我知道电力电子技术是一门基础性和支持很强的技术，但我真正体会到这一点却是在这次课设的过程中。通过本次课程设计 ，我对电力电子技术这门课有了很深的了解，对各个知识点有个更好的掌握。

本次设计，我所设计的是三相桥式全控整流电路，开始设计时我遇到了很多的问题，特别是在用MTALAB对整流电路进行仿真时，我有种很深的无助感。好在后来经过仔细查阅资料，各类图书，以及老师和同学的帮助，我顺利完成了课设中的任务。

在此我要感谢我的指导老师李老师对我的悉心指导，感谢李老师在白忙之中给我的帮助。在课程设计的过程中我培养了自己独立工作的能力，给自己的未来树立了信心，我相信它会对我今后的工作、学习、生活产生重要影响，我相信这次的课程设计会让我终身收益！

参考文献

[1]苏州科技学院学报 工程技术版2009.

[2]三相桥式可控整流电路的MATLAB 仿真贾 周 王金梅 封俊宝宁夏大学 物理电

气信息工程学院 宁夏 银川 750021

[3]湖南工学院、三相桥式全控整流电路的研究：尹定，王翠。2011.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mvm5.html