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1、淮北师范大学 2012 届学士学位论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿真 学院、专业 研 究 方 向 学 生 姓 名 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 2012 年 04 月 10 日 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 II 于 MATLAB 的变流器设计与仿真 李红玲 淮北师范大学物理与电子信息学院 235000 摘要 作为变流器之一的三相桥式全控整流电路，越来越在电力电子技术中发挥 重要作用。本文在研究全控整流电路理论的基础上，采用 MATLAB 的可视化仿真 工具 Simulink 来建立三相桥式整流电路的仿真模型。对其输出电压、相
2、位控制 角以及负载特性等等进行了动态仿真与研究,仿真结果表明建模的正确性，并证 明了该建模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点。另外通过与三相桥式 半控整流电路的对比研究，更突出了它的优越性能。 关键词 Matlab/Simulink；三相桥式全控整流；三相桥式半控整流 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 III The Design and Simulation of Converter Based on Matlab Lihongling School of Physics and Electronic Information, Huai
3、Bei Normal University, Anhui Huaibei, 235000 Abstract Three-phase bridge full-controlled rectifier plays a stronger role day by day in electric power and electron as one of the current transformers. This paper mainly talks about building the models adopt the visual Simulink tool of Matlab based on t
4、he theory of the full-controlled rectifier.We dynamically research and simulate its output voltage , phase angle and load characteristic ,and the result suggest that this mathematical Modeling is feasible and right ,on the other side it also approves that this mathematical Modeling is fast, flexible
5、, convenient and visualized. Meanwhile it also stands out its superior performance though the comparison with three-phase bridge semi-controlled rectifier. key words Matlab/Simulink；Three-phase bridge full-controlled rectifier; Three- phase bridge semi-controlled rectifier 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MAT
6、LAB 的变流器设计与仿 真 IV 目 次 1 引言 .VI 2 三相桥式全控整流电路的原理.1 2.1 三相桥式全控整流电路的电路结构 1 2.2 三相桥式全控整流电路的工作原理1 2.3 三相桥式全控整流电路的工作特点 .3 3 MATLAB/SIMULINK 软件仿真设计 .4 3.1 整流桥基本模型 4 3.2 仿真电路图设计 5 3.2.1 选取仿真模块5 3.2.2 连接仿真总图5 3.2.3 设置仿真参数6 3.3 仿真结果及分析 6 3.3.1 纯电阻负载情况6 3.3.2 阻感负载情况.10 3.3.3 纯电阻负载与阻感负载的区别 15 4 三相桥式全控整流电路与半控整流电路
7、.15 4.1 三相桥式半控整流电路结构 15 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 V 4.2 三相半控整流电路与全空整流电路 .16 结 论.18 参考文献.19 附录 A .19 致 谢.20 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 VI 1 引言 20 世纪 70 年代以后，主电路多采用整流二极管和晶闸管组成。整流电路的 种类广泛：有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、 三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等等。 三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的整流电
8、路， 三桥式全控整流电路系统通过变压器与电网相连，经过变压器的耦合，使晶闸管 得到一个合适的输入电压，从而能够导通并运行。与三相半波可控整流电路相比， 三相桥式全控整流电路的整流输出电压提高一倍，输出电压的脉动较小，变压器 的利用率高而且没有直流磁化问题，另外其控制快速性较好，吟哦在大容量负载 供电及其他方面应用叫广泛。 尤其是三相桥式全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,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。 鉴于三相桥式全控整流电路的重要功能及广泛应用，因此对三相桥式可控 整流电路的相关参数，不同性质负载的工作情况进行
9、对比分析与研究具有很强的 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。 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 1 2 三相桥式全控整流电路的原理 2.1 三相桥式全控整流电路的电路结构 如下图图 1 所示，可以看出三相桥式全控整流电路由整流变压器、6 个桥式 连接的晶闸管、负载、电感和反电动势共同组成。习惯上称阴极连接在一起的三 个晶闸管 VT1、VT3、VT5 为共阴极；阳极连接在一起的三个晶闸管 VT2、VT4、VT6 为共阳极。即共阴极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管 分别为 VT
10、1、VT3、VT5，共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管分别 为 VT2、VT4、VT6，它们可构成电源系统对负载供电的 6 条整流回路，各整流回 路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。 另外，因为此电路要求带反电动势负载，且要负载连续，要求反电动势 E=60V,负载电阻 R=10，电感 L 为无穷大。6 个晶闸管的导通顺序依次为 VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。 图 1 三相桥式全控整流电路的原理图 2.2 三相桥式全控整流电路的工作原理 对于三相桥式全控整流电路来说，触发脉冲按照 VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6 的顺序，相位差依次相差 6
11、0 度，所以共阴 极组的脉冲就依次相差 120 度，共阳极组的脉冲也依次相差 120 度。同一相的上 下两个桥臂脉冲相差 180 度，ud 一周期内脉动 6 次，而且波形都一样，故称为 6 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 2 脉冲整流电路，可以采用宽脉冲或者是双脉冲触发以保证同时有两个晶闸管导通， 晶闸管承受的电压波形与三相半波时的相同，最值也相同。 当晶闸管的触发角 =0 时，就相当于我们把晶闸管当做二极管来看。那么 对于共阴极的三个晶闸管来说，阳极所接的交流电压值最高的一个就会导通；而 对于共阳极的三个晶闸管来说，则是阴极所接的交流电压值最
12、低的一个就会导通。 所以，对于三相桥式整流电路，任意时刻共阳极组合共阴极组均各有一个晶闸管 处于导通状态吧，它所给予的负载上的电压为某一个线电压。 如下图图 2 所示，=0 时，各晶闸管均在自然换相点处换相。又由途中变压 器相电压与线电压波形的对应关系可以看出，各个自然换相点既是相电压的交点， 又是线电压的交点。因此我们在分析 Ud 的波形时既可以依据相电压分析，也可 以依据线电压分析。 图 2 整流输出电压波形 首先从相电压的角度来看，以变压器二次侧的终点为参考点 n,当共阴极组的 晶闸管导通时，整流输出电压 Ud1 为相电压的正半周的包络；当共阳极组的晶闸 管导通时，整流输出电压 Ud2
13、为相电压的负半周的包络。从整体来看，总的整流 输出电压值为 Ud=Ud1-Ud2，它是正半周包络与负半周包络的差值，对应在相当于 的波形上，也就是线电压在正半周的包络。 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 3 其次从线电压的角度看，由于共阴极组中处于导通状态的晶闸管对应的最大 的相电压，而共阳极组中处于导通状态的晶闸管对应的是最小的相电压，整个整 流输出电压 Ud 为两值之差，是线电压中最大的一个，故流输出电压 Ud 的波形即 为线电压在正半周的包络。 下面来看晶闸管的工作情况，由于负载所接的电感值无限大，会对变化的电 流具有抵抗作用，因此使得负载
14、电流几乎为一条直线。另外我们将波形的一个周 期分为 6 段，每段 3，则 6 个晶闸管的导通顺序依次为 VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，且每段导通的晶闸管及输出整流电压的值如下 表表 1 所示。 表 1 三相桥式整流电路电阻负载 =0 时晶闸时的工作情况 2.3 三相桥式全控整流电路的工作特点 其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路， 因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对 晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于 3 的宽脉冲。宽脉冲触 发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲； 每
15、隔 3 换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组 别中换相。 接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内 6 个管子的组合导通顺序是 VT1- VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组 T1，T3，T5 的脉冲依次相差 23；同一相的 上下两个桥臂，即 VT1 和 VT4，VT3 和 VT6，VT5 和 VT2 的脉冲相差 ，给分析带 来了方便。 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的变流器设计与仿 真 4 3 Matlab/Simulink 软件仿真设计 3.1 整流桥基本模型 如下图图 3 所示左侧为三相桥式电路的通用桥臂模块（Universal Bridge） ， 其中 A,B,C 三个端子三相交流电源的相电压输入端子；Pulses 为触发脉冲的输入 端子，如果是选电力二极管，则没有此端子；+端子为整流桥的输出端子；-端子 则为整流桥的输入端子，另外+、-端子在建模时应该构成回路。 右侧为 6 脉冲同步触发器（Synchronized 6-Pulse Generator） ，成整流桥 可以实现交流电压到直流电压的转换，
