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1、武汉理工大学能力拓展训练说明书1 三相全桥不控整流电路的设计1 三相整流的原理和参数计算1.1 三相不控整流原理三相桥式不控整流电路的原理图如图1-1 所示。该电路中，某一对二极管导通是，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，改线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载供电，du 按指数规律下降。设二极管在距线电压过零点角处开始导通，并以二极管6VD 和1VD 开始同时导通的时刻为零点，则线电压为26sin()abuUt在 t=0 时，二极管6VD 和1VD 开始导通，直流侧电压等于abu；下一次同时导通的一对管子是1VD和2VD ，直流侧电压等于acu。着两段导通
2、过程之间的交替有两种情况，一种是1VD 和2VD 同时导通之前和6VD 和1VD 是关断的，交流侧向直流侧的充电电流di是断续的；另一种是1VD 一直导通，交替时由6VD 导通换相至2VD 导通，di 是连续的。介于两者之间的临界情况是，6VD 和1VD 同时导通的阶段与1VD 和2VD 同时导通的阶段在t处恰好衔接起来，di 恰好连续，可以确定临界条件3wRC当3wRC和3wRC分别是电流di 断续和连续的条件。由分析可知，当空载时，输出电压平均值最大，为2262.45dUUU 。随着负载加重，输出电压平均值减小， 至3wRC进入di 连续情况后， 输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为
3、22.34dUU 。可见，dU 在222.34 2.45UU 之间变化。1.2 参数设计及计算由设计要求输出电压为400V ，空载是输出电压平均值最大，为2262.45dUUU 。随着系统负载加重， 输出电压平均值减小， 至3wRC进入di 连续情况后， 输出电压波形成为线电压的包络线，其平均值为22.34dUU 。取22.4dUU , 由400dUV 可 知，2167U，则线电压为290aUV 。武汉理工大学能力拓展训练说明书2 图 1-1 三相整流原理图如图所示，输入三相电压源，线电压290V，50Hz。整流桥采用二极管，是不可控元件，内阻 0.001 欧姆。直流滤波电容3300F，负载为
4、电阻。图中的电容起到整流滤波的作用。如图 R是负载电阻，当 R趋向于无穷大时，可以看作为负载为空载。分别设电阻R为10、1 和 0.1 欧姆以及空载。2 建模与仿真2.1 输出电压的仿真如图 2-1 所示，建立仿真模型。图 2-1 仿真模型2.1.1 电路空载仿真仿真模型为如图为2-2 所示。武汉理工大学能力拓展训练说明书3 图 2-2 空载仿真模型由图 2-2 所知，电压平均值为410.1V。直流电压波形如图2-3 所示。图 2-3 空载电压输出波形在空载时，电容不向外界放电，唯一的放电渠道是在整流输出电压从峰值往回降的阶 段，所以得到的电压为一条直线。武汉理工大学能力拓展训练说明书4 2.
5、1.2 负载电阻为 10 欧姆的仿真负载为 10 欧姆的仿真模型为如图为2-4 所示。图 2-4 10R的仿真模型由图中可知电压平均值为399.4V 负载10R直流电压波形如图2-5 所示。图 2-5 负载10R电压输出波形武汉理工大学能力拓展训练说明书5 如果接上负载，电压会降低。由于有电压调整，以及电容的充放电，电感的储能，会发生振荡，所以这个阶段得到的电压波形不是一条直线，是一条波动的电压曲线。2.1.3 负载电阻为 1 欧姆的仿真负载为 1 欧姆的仿真模型为如图为2-6 所示。图 2-6 1R的仿真模型由图 2-6 可得电压平均值为390.1V。负载1R直流电压波形如图2-7 所示。图
6、 2-7 负载1R直流电压波形武汉理工大学能力拓展训练说明书6 由图 2-7 比较可知，负载电阻越小，获得的电压平均值越小。2.1.4 负载电阻为 0.1 欧姆的仿真负载为 0.1 欧姆的仿真模型为如图为2-8 所示。图 2-8 0.1R的仿真模型由图 2-6 可得电压平均值为376.6V。负载0.1R直流电压波形如图2-9 所示。图 2-9 负载0.1R直流电压波形武汉理工大学能力拓展训练说明书7 分析仿真图形和数据可以得出直流电压和负载电阻的关系：空载时，输出的直流电压波形近似为直线，负载越大电压的纹波越严重；随着电阻的增大，电压平均值越来越小。2.2 电流波形的仿真分别仿真负载电阻为10
7、、1 时的情况。记录直流电流和 a 相交流电流，并分析规律。仿真模型如图2-10 所示。图 2-10 电流仿真模型2.2.1 负载电阻为 10 欧姆电流仿真a 相交流电流波形，如图2-11 所示：图 2-11 a 相交流电流武汉理工大学能力拓展训练说明书8 直流电流波形如图2-12 所示，图 2-12 直流电流波形2.2.2 负载电阻为 1 欧姆电流仿真a 相交流电流波形，如图2-13 所示：图 2-13 1欧姆 a 相交流电流波形直流电流波形如图2-14 所示，武汉理工大学能力拓展训练说明书9 如图 2-14 1欧姆直流电流波形随着负载的加大（ 10、1） ，直流侧的电流逐渐增大，且直流侧电
8、流起伏逐渐增大，波纹增加。同时， a 相的电流也逐渐增大，并更接近正弦。当负载为10 时，直流侧电流为断续；负载为 1.67 时，直流侧电流为临界状态；负载为0.5 时，直流侧电流为连续。2.3 平波电抗器的作用直流侧加 1mH电感。分别仿真轻载10 欧姆和重载 0.5 欧姆时的情况，记录直流和交流电流波形，并计算交流电流的THD 。仿真同样负载条件下，未加平波电抗器的情况，并加以比较分析。2.3.1 负载 10 欧姆加 1mH 电感图 2-15 为仿真模型图图 2-15 仿真模型武汉理工大学能力拓展训练说明书10 a 相交流电流波形图为图2-16 所示，图 2-16 负载 10 加 1mH电
9、感 a 相交流电流波直流电流波形如图2-17 所示，图 2-17 负载 10 加 1mH电感直流电流波形2.3.2 负载 0.1 欧姆加 1mH 电感a 相交流电流波形图为图2-18 所示，武汉理工大学能力拓展训练说明书11 图 2-18 负载 0.1 加 1mH电感 a 相交流电流波直流电流波形如图2-19 所示,图 2-19 负载 0.1 加 1mH电感直流电流波形分析波形和 THD值，可知同样负载条件下： 有平波电抗器时， 直流电流明显平稳很多；有平波电抗器时， a 相交流电流也平稳很多；有平波电抗器时的THD较小，即有平波电抗器可以减小整流器交流侧电流的总谐波畸变率。取输入线电压为 2
10、90V，输出的直流电压接近400V，此时负载电阻为10 欧姆，电容为3300F，电感为 1mH 。武汉理工大学能力拓展训练说明书12 3 小结与体会通过这次的能力拓展训练，对matlab 的使用更加熟悉。这学期的几门课程设计的仿真都使用到了这款软件。我能力拓展做的题目是三相全桥不控整流电路的设计。整流电路我们已经接触很多了，所以对整流电路也很熟悉。我们一般使用的是桥式整流电路。在看到自己做的题目之后，给人的感觉就就是一个很基础的电路图。但开始的时候有些纠结，因为题目里要求的是不控整流电路。可能是对概念的生疏，我把不控整流的概念也忘记了。于是找到原来学的课本，一看其实就是用不可控元件二极管组成的
11、桥式整流电路。电路原理图及其原理也就得以解决。接下来就是有关于仿真的问题了。虽说经常用 matlab ，但每次都会遇到新的问题。就那这次能力拓展训练来说，老师要求横纵坐标要表明其代表的含义。我曾记得原来好像做过，但现在早忘记了。于是又早了了原来的资料，加上同学的帮组，这一问题才得以解决。至于，用matlab 的建模和使用simulink的仿真这一块， 我想主要的就是多这款软件使用还是不够熟悉，在寻找一些部件的时候，感觉花费了很多的时间。但等到模型建立完后，剩下的工作就相当较简单，就是一些调试的问题了。这次的能力拓展训练，加固了自己所学的知识。有些很基本的东西，有的忘记了，在这次训练中得以加强。还有就是关于软件的使用。不说自己会使用了，但比以前知道的更多了。总之，虽然时间有点紧，但是也有收获。武汉理工大学能力拓展训练说明书13 4 参考文献1 王兆安、刘进军 . 电力电子技术 . 北京：机械工业出版社，2009 2 杨荫福、段善旭、朝泽云 . 电力电子装置及系统 . 北京：清华大学出版社，2006 3 阮毅、陈伯时 . 电力拖动自动控制系统运动控制系统. 北京：机械工业出版社，2009 4 徐月华 , 汪仁煌 . MATLAB 与控制系统仿真实践 .北京：北京航空航天大学出版社,2009
