基于Matlab_Simulink的三相橋式全控整流電路的建模與仿真

1、基于Matlab/Simulink的三相橋式全控整流電路的建模與仿真 摘要 本文在對(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。通過仿真分析也驗(yàn)證了本文所建模型的正確性。關(guān)鍵詞 Simulink建模 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)載容量較大的場合，通常采用三相或多相整流電路。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)場合。本文在S

2、imulink仿真環(huán)境下，運(yùn)用PowerSystemBlockset的各種元件模型建立三相橋式全控整流電路的仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真研究。一、 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1所示。三相橋式全控整流電路是應(yīng)用最廣泛的整流電路，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（見圖1-1）。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

3、。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VT1、VT3、VT5，共陽極組中與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。 圖1-1 三相橋式全控整流原理電路二、 基于Simulink三相橋式全控整流電路的建模 三相橋式全控整流電路在Simulink環(huán)境下，運(yùn)用PowerSystemBlockset的各種元件模型建立了三相橋式全控整流電路的仿真模型，仿真結(jié)構(gòu)如圖2-1所示： 圖2-1 三相橋式全控整流電路的仿真模型 在模型的整流變壓器和整流橋之間接入一個(gè)三相電

4、壓-電流測量單元V-I是為了觀測方便。整流器的輸出電壓和電流是通過多路測量器測量負(fù)載的電壓和電流來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然也可以用電壓和電流測量單元直接檢測整流器輸出單位和電流。在整流器工作中保證觸發(fā)脈沖與主電路同步很重要，仿真使用的6脈沖發(fā)生器是在同步電壓過零時(shí)作為控制角a=0的位置，因此在整流變壓器采用/Y-11聯(lián)結(jié)時(shí)，同步變壓器也可以采用/Y-11聯(lián)結(jié)，同步信號(hào)的連接如圖2-1所示。在同步信號(hào)關(guān)系難以確定時(shí)，可以發(fā)揮仿真的特點(diǎn)，將三相同步信號(hào)以不同的順序連接到6脈沖發(fā)生器的AB、BC、CA3個(gè)同步輸入端，然后運(yùn)行該模型，觀察整流器輸出電壓波形，如果電壓波形在一周期中6個(gè)波頭連續(xù)規(guī)則，則該整流器的同步

5、是正確的。負(fù)載和控制角可以按需要設(shè)定。三、 設(shè)置模型參數(shù)三相橋式全控整流電路，電源相電壓為220V，整流器輸出電壓為100V（相電壓），觀察整流器在不同負(fù)載，不同觸發(fā)角時(shí)整流器輸出電壓、電流波形，測量其平均值。1、電阻負(fù)載（R的值為5歐姆、a=30）（1）設(shè)置模型參數(shù)如下：1）電源參數(shù)設(shè)置：三相電源的電壓峰值380V，頻率為50HZ，相位分別為0、-120、-240.2）整流器變壓器參數(shù)設(shè)置：一次繞組聯(lián)結(jié)（wingding 1 connection）選擇Delta(D11),線電壓為380V；二次繞組聯(lián)結(jié)（wingding 2 connection）選擇Y，線電壓為173v，在要求不高時(shí)變壓器

6、容量、互感等其他參數(shù)可以保持默認(rèn)值不變。3）同步變壓器參數(shù)設(shè)置：一次繞組聯(lián)結(jié)（wingding 1 connection）選擇Delta(D11),線電壓為380V；二次繞組聯(lián)結(jié)（wingding 2 connection）選擇Y，線電壓為15v，其他參數(shù)可以保持默認(rèn)值不變。4）三相晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。5）RLC負(fù)載參數(shù)設(shè)置：R的值為5歐姆，C的值為inf。6）6脈沖發(fā)生器設(shè)置：頻率為50HZ，脈沖寬度取1，選擇雙脈沖觸發(fā)方式。7）觸發(fā)角設(shè)置：給定alph設(shè)置為30.四、 仿真并觀察結(jié)果 設(shè)置的仿真參數(shù)如下：仿真時(shí)間為0.06S，數(shù)值算法采用ode15。仿真參數(shù)設(shè)置完成后即可啟動(dòng)

7、仿真，得到的仿真的如圖4-14-6圖所示。 圖4-1 整流器輸入的三相線電壓波形 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。2. 電阻電

8、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 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（見圖4-8c）有以上升的過程，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。五、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