三相橋式整流電路的matlab仿真-電力電子課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上五邑大學電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告題 目： 三相橋式整流電路的MATLAB仿真院 系 信息工程學院 專 業(yè) 自動化 班 級 學 號 學生姓名 李上雄 指導教師 張建民 三相橋式整流電路的matlab仿真一、 題目的要求和意義 利用MATLAB軟件中的SIMULINK對三相橋式整流電路進行建模、仿真，設(shè)置參數(shù)，采集波形。設(shè)計意義：整流電路是電力電子技術(shù)中最為重要的電路，應(yīng)用廣泛。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載容量較大,輸出直流電壓脈動較小,是目前應(yīng)用最為廣泛的整流電路。Matlab提供的可

2、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。利用matlab對三相橋式全控整流電路仿真，可以讓我們進一步深入了解三相整流電路工作的每一個步驟，充分掌握三相整流電路，而對故障波形的采集與分析，鍛煉我們解決電路出現(xiàn)問題時的能力，以使我們在實際工作中也能足夠的理論知識去排除及解決各種電路故障，具有十分重要的意義。設(shè)計目的：1、掌握MATLAB軟件中的SIMULINK仿真。2、加深對三相橋式整流電路的理解。實驗要求：1、利用示波器觀察純電阻負載時的仿真波形，并將ud、id、uVT1波形記錄下來（觸發(fā)角選擇30）。2、利用示波器觀察阻感負

3、載時的仿真波形，并將ud、id、uVT1波形記錄下來（觸發(fā)角選擇30）。3、故障波形的采集：當觸發(fā)角為0度時，將晶閘管2斷開，查看阻感負載下的輸出電壓ud的波形，記錄下來，并分析故障現(xiàn)象。二、 基本原理三相橋式全控整流電路圖如下：圖1三相橋式全控整流電路原理圖晶閘管的導通順序為 VT1VT2VT3VT4VT5VT6，相位依次差60；共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，相位依次差120。共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2，相位也依次差120。六個晶閘管分別由按一定規(guī)律的脈沖觸發(fā)導通，來實現(xiàn)對三相交流電的整流，當改變晶

4、閘管的觸發(fā)角時，相應(yīng)的輸出電壓平均值也會改變，從而得到不同的輸出。以線電壓的過零點為時間坐標的零點，當負載為純電阻負載是，只要觸發(fā)角少于60，負載電流就能連續(xù)。1、純電阻負載時的工作情況（0120）假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當于晶閘管觸發(fā)角時的情況。此時，對于共陰極組的三個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導通。而對于共陽極組的三個晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最小的一個導通。這樣，任意時刻共陽極組和共陰極組中各有一個晶閘管處于導通狀態(tài)，施加于負載上的電壓為某一線電壓。此時電路的工作波形如圖所示：圖2 三相橋式全控整流電路帶電阻負載時的波形為了說明各晶閘管的工作情況，將波

5、形中的一個周期等分為六段，每段為60，如圖2所示，每一段中導通的晶閘管及輸出整流電壓情況如表1所示。具體分析如下：在第I段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管VT1被觸發(fā)導通，b相電位最低，所以共陽極組的晶閘管VT6被觸發(fā)導通。這時電流由a相經(jīng)VT1流向負載，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。加在負載上的整流電壓為。其余段依此類推。表1 三相橋式全控整流電路電阻負載時晶閘管工作情況時段IIIIIIIVVVI共陰級組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陰級組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓表1

6、從=0時的情況可以推出=30時純電阻負載輸理想出電壓波形如圖3所示：與=0時的情況相比，一周期的波形仍由六段線電壓構(gòu)成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合表1的規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管導通時刻推遲了30，組成的每一段線電壓也因此推遲了30，平均值降低。圖3 純電阻負載、阻感負載=30時的波形2、阻感負載時的工作情況（090）當時，波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。所以=30時阻感負載輸出電壓波形也如圖3所示。3、三相橋式全控整流電路定量分析(1)以線電壓的過零點為時間坐標的零點，當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或

7、帶電阻負載時）的平均值為： 公式1(2)帶電阻負載且60時，整流電壓平均值為： 公式2輸出電流平均值為 ： 公式3三、 純電阻和阻感負載仿真模型1、 純電阻負載=30的仿真模型如下：圖4 =30的純電阻負載仿真模型參數(shù)設(shè)計：輸入三相電壓源，線電壓取380V，50Hz，內(nèi)阻0.008歐姆, 負載電阻取5歐姆，仿真時間取0.14s；設(shè)置脈沖信號的屬性時，由于仿真時，matlab內(nèi)每個晶閘管的觸發(fā)角是按坐標Y軸處算起的，而我們定義的觸發(fā)角是按線電壓的自然交換點算的，它們之間差了30，所以即使在=0時，每個晶閘管都要的導通延時都要加上30。所以=30時，VT1的觸發(fā)信號在60的時候，即第一個Phase

8、 Delay應(yīng)設(shè)為0.02/6，然后按照1到6的順序依次加0.02/6，因為6個晶閘管的脈沖按照VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位差依次為60度。具體如下：VT1延時：0.02*(30+30)/360，VT2延時：0.02*(30+90)/360，VT3延時：0.02*(30+150)/360，VT4延時：0.02*(30+210)/360，VT5延時：0.02*(30+260)/360，VT6延時：0.02*(30+320)/360，仿真得到的ud、id、uVT1波形依次如下：udiduVT1圖5 =30的純電阻負載仿真波形因為第一個周期是不穩(wěn)定的，得不到穩(wěn)定的波形，

9、所以為了波形完整，每一個脈沖發(fā)生器的Phase Delay均-0.02，即波形整體往左平移一個周期。（下面的波形圖都是如此）由圖可知，純電阻負載時，負載的電壓跟電流是完全一樣的，都是連續(xù)的，而且每個波峰都只有一半，這是因為觸發(fā)角，而每個波峰本來也就是60，剛好缺了一半，這跟純電阻負載時電壓、電流的理論關(guān)系一樣。2、 阻感負載=30的仿真模型如下：圖6 =30的阻感負載仿真模型參數(shù)設(shè)計：輸入三相電壓源不變，負載電阻取5歐姆，電感10mH，仿真時間取0.14s，脈沖信號不變。仿真得到的ud、id、uVT1波形依次如下：UdiduVT1圖7 =30的阻感負載仿真波形由于電感的存在，使電流不能突變，所

10、以輸出電流的波形有緩慢上升的趨勢。很明顯，阻感負載觸發(fā)角=30時，電壓和電流波形是不一樣的，電壓波形可以突變，且跟純電阻時一樣，沒有負值的情況，這是因為此時，線電壓還沒有過零另外的晶閘管又被導通了，故不會有負值。而電流則是很明顯的平緩了很多，這是因為負載上有電感的存在，而電感的電流是不能突變的，故電流會緩慢上升到一定值，隨后會在這個值上，隨著電壓的波動而有相對平緩很多的波動，紋波峰值相對純電阻時減少了很多。四、 故障仿真模型故障波形的采集：當觸發(fā)角為0度時，將晶閘管4斷開，查看阻感負載下的輸出電壓ud的波形，記錄下來，并分析故障現(xiàn)象。每個晶閘管的導通延時為：VT1延時：0.02*(30+0)/

11、360，VT2延時：0.02*(30+60)/360，VT3延時：0.02*(30+120)/360，VT4延時：0.02*(30+180)/360，VT5延時：0.02*(30+240)/360，VT6延時：0.02*(30+300)/360仿真模型如下：圖8 =0的阻感負載的故障仿真模型參數(shù)設(shè)計：輸入三相電壓源不變，負載電阻取1歐姆，電感15mH，仿真時間取0.14s ，=0時，VT1的觸發(fā)信號在30的時候，即第一個Phase Delay應(yīng)設(shè)為0.02/12，然后按照1到6的順序依次加0.02/6，因為波形也要整體往左平移一個周期，所以每一個脈沖發(fā)生器的Phase Delay均-0.02，

12、然后再把VT2的觸發(fā)信號去掉得到的輸出電壓波形如下：圖9 =0的阻感負載的故障仿真波形故障分析： 由負載電壓Ud的波形可以清晰看到，導通的波峰只有為線電壓的正半周的包絡(luò)線，說明觸發(fā)角是0，但是一個周期只有四個波峰，缺少了兩個，而且都是每個周期的第二和第三個波峰。對比一下正常情況下三相橋式整流電路的波形圖及晶閘管導通關(guān)系（表1），可以很輕易地判斷出VT2的觸發(fā)脈沖出現(xiàn)了故障，只有這樣才會導致負載電壓丟失了第二和第三個波峰時。但是由于VT2沒有導通，即電壓仍然保持上一個波峰的電壓一直降到零，經(jīng)過120后，又再次導通，故每個周期，負載電壓都會缺了第二個和第三個波峰。又因為無論是純電阻負載還是阻感負載

13、，在0時電流都連續(xù)，會得到相同的波形圖，所以不能判斷出是阻感負載還是純電阻負載。五、 課程設(shè)計體會這次課程設(shè)計我們使用MATLAB中的Simulink去仿真三相橋式整流電路，觀察并記錄波形，以及對故障波形進行分析。這次課程設(shè)計是我第一次使用MATLAB去做電力電子應(yīng)用相關(guān)的仿真，我用的MATLAB是2014版本的，剛開始由于版本的不同一直仿真提示錯誤，后來上網(wǎng)查閱資料才知道07版本以上的都要在仿真模型面加上powergui模塊才能正常仿真。由于對Simlink的各個模塊不熟悉，只好上網(wǎng)一邊查看各個模塊的介紹，一邊把仿真電路圖畫出來，通過這次的仿真實驗，我又一次加深了對MATLAB熟悉程度，讓我

14、再一次深深地感受這個軟件的強大，在接下來的時間里，一定要認真學好。通過這次課程設(shè)計，是我對三相橋式整流電路有了更深入的認識，加深鞏固了自己對電力電子技術(shù)應(yīng)用的分析和設(shè)計能力。明白了仿真的重要性，在設(shè)計之前光有理論設(shè)計使不夠的，還要通過仿真來直觀地觀察相關(guān)數(shù)據(jù)及波形來判斷設(shè)計是否合理正確。通過這次仿真實驗，使我深刻地理解了三相全控橋式整流各個晶閘管的導管順序和關(guān)系，也掌握了故障分析的相關(guān)理論知識，受益匪淺。六、 參考文獻1 王兆安.劉進軍.電力電子技術(shù)M.北京.機械工業(yè)出版社，2009.52林飛.杜欣.電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真M.北京.電力出版社，2001.13薛定宇，陳陽泉.基于MA

15、TLABSimulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用M.北京：清華大學出版社，2002.4洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真M.北京：機械工業(yè)出版社，說 明一、報告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容：1 概述所作題目的要求和意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；2 基本原理，應(yīng)包括整流電路的電路結(jié)構(gòu)圖，輸出電壓電流的計算公式等(重點內(nèi)容)3 仿真電路的建模，結(jié)果分析(重點內(nèi)容)4 課程設(shè)計體會5 主要參考文獻二、對報告的要求：1 頁面設(shè)置：上下左右頁邊距分別為2.5cm、2.0cm、2.5cm、2.0cm2 正文字體：宋體，小四號字，行間距最小值18磅；數(shù)字與字母用Times new roman字體3 表格不能跨越兩頁，圖和圖的標題、表和表的標題不能跨頁，表中字體以及圖、表的標題要用五號字。整篇報告的圖和表從1開始編號，比如“圖1 三相橋式整流電路電路結(jié)構(gòu)圖（純電阻負載）”。4 公式、變量要用公式編輯器書寫，整篇報告的公式從1開始編號。5 參考文獻要求如下：論文參考文獻類型標識：M-專著（書）； C-論文集； J-期刊文章； D-學位論文； R-報告； S-標準； P-專利； 并放在“論文標題”與“刊名（書名）”之間。文獻的標題，