三相橋式全控整流電路的仿真課程設(shè)計(jì)

1、 新能源與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告三相橋式全控整流電路的仿真 專業(yè)電力工程與管理 班級(jí)電力1101 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師2014年 11 月基于matlab/simulink的三相橋式全控整流電路的建模與仿真 摘要 在對(duì)三相橋式全控整流電路理論分析的基礎(chǔ)上，建立了基于simulink的三相橋式全控整流電路的仿真模型，并對(duì)其帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況進(jìn)行了仿真分析與研究。通過(guò)仿真分析也驗(yàn)證了本文所建模型的正確性。關(guān)鍵詞 matlab 仿真 三相橋式全控整流 對(duì)于三相對(duì)稱電源系統(tǒng)而言，單相可控整流電路為不對(duì)稱負(fù)載，可影響電源三相負(fù)載的平衡性和系統(tǒng)的對(duì)稱性。故在負(fù)載容量較大的場(chǎng)合，通常采用三相或多相整流

2、電路。三相或多相電源可控整流電路是三相電源系統(tǒng)的對(duì)稱負(fù)載，輸出整流電壓的脈動(dòng)小、控制響應(yīng)快，因此被廣泛應(yīng)用于眾多工業(yè)場(chǎng)合。1. 三相橋式全控整流電路的工作原理三相橋式全控整流原理電路結(jié)構(gòu)如圖所示。完整的三相橋式整流電路由整流變壓器、6個(gè)橋式連接的晶閘管、負(fù)載、觸發(fā)器和同步環(huán)節(jié)組成。6個(gè)晶閘管以次相隔60度觸發(fā)，將電源交流電整流為直流電。三相橋式整流電路必須采用雙脈沖觸發(fā)或?qū)捗}沖觸發(fā)方式，以保證在每一瞬時(shí)都有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通（上橋臂和下橋臂各一個(gè)）。整流變壓器采用三角形/星形聯(lián)結(jié)是為了減少3的整倍次諧波電流對(duì)電源的影響。元件的有序控制，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的三個(gè)晶閘管分別為vt

3、1、vt3、vt5，共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的三個(gè)晶閘管分別為 vt、vt。它們可構(gòu)成電源系統(tǒng)對(duì)負(fù)載供電的6條整流回路，各整流回路的交流電源電壓為兩元件所在的相間的線電壓。 三相橋式全控整流原理電路2. 基于simulink三相橋式全控整流電路的建模 三項(xiàng)橋式全控整流電路接線圖l 純電阻r=30 ， matlab仿真電阻負(fù)載=15°時(shí)的仿真波形及fft ud，id分析圖電阻負(fù)載=45°時(shí)的仿真波形及fft ud，id分析圖電阻負(fù)載=75°時(shí)的仿真波形及fft ud，id分析圖l 電阻感r=30 ， l=10 h ， matlab仿真阻感負(fù)載=15

4、6;時(shí)的仿真波形及fft ud，id分析圖阻感負(fù)載=45°時(shí)的仿真波形及fft ud，id分析圖阻感負(fù)載=75°時(shí)的仿真波形及fft ud，id分析圖 圖4-2 整流器輸出的電壓波形以及電阻負(fù)載時(shí)整流器輸出的電流波形 圖4-3整流器輸出電壓平均值分析觀察到的結(jié)果：將圖4-1所示的三相電壓波形與4-2所示的整流電壓（圖上部）和電流波形（圖下部）相比較，整流后的電壓是直流，而且波形與三相輸入電壓波形相對(duì)應(yīng)。整流電壓平均值（見(jiàn)圖4-3）與計(jì)算值ud=2.34*100cos30v=202.6v相符。因?yàn)槭请娮柝?fù)載，整流后的電壓和電流波形相同，但y軸坐標(biāo)不同。圖4-4到圖4-6所示分

5、別為整流器交流側(cè)的電流波形。改變控制角可以觀察在不同控制角下整流器的工作情況。1. 電阻電感負(fù)載（r的值為5歐姆、l的值為0.01h、a=60）在圖2-1中修改負(fù)載rlc參數(shù)，r的值為5歐姆，l的值為0.01h，c的值為inf，同時(shí)將觸發(fā)角設(shè)置為60.為了觀察整流器輸入電流和輸出電壓的諧波，在仿真模型中增加了傅立葉（fourier）分析模塊，修改后的仿真模型如圖4-7所示。 圖4-7 三相橋式整流電路電阻電感負(fù)載（a=60） 在仿真參數(shù)中設(shè)置仿真時(shí)間為0.16s，重新啟動(dòng)仿真，即可得到阻感負(fù)載時(shí)整流器輸出電壓和電流，如圖4-8a、4-8b、4-8c所示： 圖4-8a a=60時(shí)整流器輸出電壓

6、圖4-8b 整流器輸出平均電壓 圖4-8c 整流器輸出電流 分析觀察到的結(jié)果：由于電感是儲(chǔ)能元件，電感中電流（見(jiàn)圖4-8c）有以上升的過(guò)程，在啟動(dòng)仿真0.01s以后電流進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，電流的脈動(dòng)很少。3. 結(jié)論本文在對(duì)三相橋式全控整流電路理論分析的基礎(chǔ)上，利用matlab面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想和電氣元件的仿真系統(tǒng)，建立了基于simulink的三相橋式全控整流電路的仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。在對(duì)三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況進(jìn)行仿真分析的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了當(dāng)觸發(fā)角為30度時(shí) ，負(fù)載電流是連續(xù)的；當(dāng)觸發(fā)角為60度時(shí)時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)。這與當(dāng)觸發(fā)角0<a<60時(shí) ，負(fù)載電流是連續(xù)

7、；當(dāng)觸發(fā)角大于等于60度時(shí) ，負(fù)載電流是不連續(xù)相符。通過(guò)仿真分析也驗(yàn)證了本文所建模型的正確性。通過(guò)仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角和負(fù)載特性的影響，文中應(yīng)用matlab的可視化仿真工具simulink對(duì)三相橋式全控整流電路的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，并與相關(guān)文獻(xiàn)中采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。采用matlabsimulink對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真分析，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過(guò)程，得到了一種直觀、快捷分析整流電路的新方法。應(yīng)用matlabsimulink進(jìn)行仿真，在仿真過(guò)程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直

8、觀地觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況。應(yīng)用matlab對(duì)整流電路故障仿真研究時(shí)，可以判斷出不同橋臂晶閘管發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的波形現(xiàn)象，為分析三相橋式整流電路打下較好的基礎(chǔ)，是一種值得進(jìn)一步應(yīng)用推廣的功能強(qiáng)大的仿真軟件，同進(jìn)也是電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)較好輔助工具。隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，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，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simtlink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。本文利用simulink對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行建模，對(duì)不同控制角、橋故障情況下進(jìn)行了仿真分析，既進(jìn)一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時(shí)也為現(xiàn)代電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1.王沫然 simulink 4建模及動(dòng)態(tài)仿真 20022.黃忠霖 控制系統(tǒng)matla