基于matlab的三相整流电路仿真研究

基于matlab的三相整流电路仿真研究内容摘要：

同的控制角度条件下，对三相整流电路 带不同负载 的模拟及仿真；三相全控整流逆变电路的设计，将设定参数设置在逆变条件下时，改变不同的控制角度后进行仿真；三相全控整流电路在直流电机调速的应用，将整流电路的负载设置成直流电机，对其进行直流电机调速的模拟及仿真等 ； 三相全控整流电路 晶闸管故障的分析。 4 三 相整流电路硬件设计 三相桥式可控整流电路 应用最为广泛 ， 共阴极组 ——阴极连接在一起的 3 个晶闸管（ VT1， VT3， VT5）共阳极组 ——阳极连接在一起的 3 个晶闸管（ VT4， VT6， VT2）编号： 5， 2 u d负载V T 1V T 2V T 3V T 4V T 5V T 6d 1d 2abci dnTi a 图 21 三相全控整流电路 主电路选择三相桥式全控整流电路，当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电，使用六个晶闸管，负载使用电阻。 主电路中晶闸管装置的的正常工作，与门极触发电路正确和可靠的运 行密切相关，门极触发电路必须按主电路的要求来设计．对于晶闸管变流装置主电路，对门极触发电路的要求：触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的裕量．触发脉冲的相位应能在规定范围内移动．触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同，而且要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发．触发脉冲的波形要符合要求。 其中，共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通；而共阳极组的三个晶闸管，共阴极所接交流电压值最低的一个导通。 这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。 并且由于两个导 5 通的晶闸管属于不同的两相，所以负载电压由电源线电压组成，在分析电路的工作过程时，也应该以线电压作为背景。 晶闸管的触发导通顺序是 VT1→ VT2→ VT3→ VT4→ VT5→VT6→ VT1。 桥式电路也存在着“自然换相点” ，为线电压的交点，如果相电压有效值为 U，自然换相点在 0、π / 2π /π、 4π / 5π / 2π处。 仍把控制角为 0 的点设在自然换相点处，例如在ω t=π /3+α时触发 VT1，在ω t=2π /3+α时触发 VT2，在 ωt=π +α时触发 VT3。 更改负载的选择，即可作出多种条件下的实验仿真。 整流电路工作原理 1. a =0176。 时的情 况 假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的 3 个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的 3 个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通。 任意时刻共阳极组和共阴极组中各有 1 个晶闸管处于导通状态。 从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时， ud1为相电压的正包络线，共阳极组导通时， ud2为相电压的负包络线， ud=ud1 ud2是两者的差值，为线电压在正半周的包络线直接从线电压波形看， ud 为线电压中最大的一个，因此 ud 波形为线电压的包络线。 三相桥式全控整流电路的特点 ： （ 1） 2 管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各 1，且不能为同 1 相器件。 （ 2）对触发脉冲的要求： 按 VT1VT2VT 3VT 4VT 5VT 6的顺序，相位依次差 60176。 表 21 三相桥式全控整流电路电阻负载 a=0176。 时晶闸管工作情况 时 段 I II III IV V VI 共阴极组中导通的晶闸管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共阳极组中导通的晶闸管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 整流输出电压 Ud UaUb =Uab UaUc =Uac UbUc =Ubc UbUa =Uba UcUa =Uca UcUb =Ucb 6 共阴极组 VT VT VT 5的脉冲依次差 120176。 ，共阳极组 VT VT VT 2也依次差120176。 同一相的上下两个桥臂，即 VT1与 VT 4， VT 3与 VT6， VT 5与 VT2，脉冲相差 180176。 图 21 三相桥式全控整流电路带电阻负载 a =0176。 时波形 （ 3） ud 一周期脉动 6 次，每次脉动的波形都一样，故该电路为 6 脉波整流电路。 （ 4）需保证同时导通的 2 个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发另一种方法是双脉冲触发（常用）。 （ 5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同 a=30176。 时的工作情况从 wt1 开始把一周期等分为 6 段， ud 波形仍由 6 段线电压 7 图 23三相桥式全控整流电路 电阻负载 a =30176。 时波形 构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表 21 的规律区别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了 30176。 ，组成 ud 的每一段线电压因此推迟 30176。 变压器二次侧电流 ia 波形的特点：在VT1处于通态的 120176。 期间， ia 为正， ia 波形的形状与同时段的 ud 波形相同，在 VT4处于通态的 120176。 期间， ia 波形的形状也与同时段的 ud 波形相同，但为负值。 =60176。 时工作情况 ud 波形中每段线电压的波形继续后移， ud 平均值继续降低。 a=60176。 时 ud 出现为零的点。 当 a≤60176。 时， ud 波形均连续，对于电阻负载， id 波形与 ud 波形形状一样，也连续。 当 a60176。 时， ud 波形每 60176。 中有一段为零， ud 波形不能出现负值。 带电阻负载 时三相桥式全控整流电路 a 角的移相范围是 120176。 8 图 24 三相桥式全控整流电路 电阻负载 a =60176。 时 波形 阻感负载时的工作情况 a≤60176。 时 ， ud 波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压 ud 波形、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 id 波形不同。 阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 a 60176。 时阻感负载时的工作情况与 电阻负载时不同，电阻负载时 ud 波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感 L 的作用， ud 波形会出现负的部分带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 a 角移相范围为 90176。 9 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 a≤60176。 时）的平均值为： 带电阻负载且 a 60176。 时，整流电压平均值为： （公式 21）61111））））） ） （ 公式 22） 图 25 三相桥式全控整流电路 电阻负载 a =90176。 时 波 形形 10 输出电流平均值为 Id=Ud /R 当整流变压器采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图 27 中所示，为正负半周各宽 120176。 、前沿相差 180176。 的矩形波，其有效值为： （ 公式 228） 图 26三相桥式整流电路带阻感负载， a =30176。 时波形 11 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 反电动势 负载时的工作情况 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算 Id 时有所不同，接反电势阻感负载时的 Id 为： （ 公式 229） 图 27 三相桥式全控整流电路阻感负载 a =90176。 时波形 12 式中 R 和 E 分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 图 28三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 PWM 整流电路 传统的晶闸管相控整流电路一般输入电流滞后于电压 ,其滞后角随着触发延迟角的增大而增大 ,位移因数也随之降低 ,同时 ,输入电流中谐波分量也相当大 ,因此功率因数很低。 而PWM 整流器具有交流侧输入输出电流谐波分量小、减小了谐波对电网的影响、直流侧电压波动小、能量双向流动、功率因数高 (接近于 1)等优点 ,因此在电力电子变流领域得到了广泛应用。 三相 PWM 整流器的基本控制思想是 ,由直流电压控制环节产生输入电流参考幅值 ,由锁相环检测电源电压相位 ,根据输入功率因数要求进行移相后得到输入电流的参考相位 ,由电流参考幅值和参考相位结合得到参考电流 ,然后通过控制开关器件的通断改变直流侧整流电压 ,迫使输入电流跟随其参考值变化 ,从而起到控制输入电流波形的目的。 三相 PWM 整流器主电路如图 29 所示 ,ua , ub , uc 为三相对称电源电压。 i a , i b , i cuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuau。