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1、武汉理工大学能力拓展训练说明书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，ud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VD6和vu开始同时导通的时 刻为零点，则线电压为Uab 二6U2 sin（，t 7）在t=0时，二极管VD6和VD_,”始导通，直流侧电压等于uab ;下一次同时导通的一对 管子是VD1和VD2，直流侧电压等于uac。着两段导通过
2、程之间的交替有两种情况，一种是 VD1和VD2同时导通之前和VD6和。1是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续的； 另一种是VU 直导通，交替时由VD6导通换相至VD2导通，id是连续的。介于两者之间的 临界情况是，VD6和VU同时导通的阶段与VD1和VD2同时导通的阶段在t，二二 处恰 好衔接起来，id恰好连续，可以确定临界条件wRC =、3当wRC 、一3和wRC 一、3分别是电流id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 Ud h.f6U2 =2.45U2。随着负载加 重，输出电压平均值减小，至wRC-、3进入id连续情况后，输出电压波形成为线电压的包 络线
3、，其平均值为Ud =2.34U2。可见，Ud在2.34U2 2.45U2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 Ud i6U2 =2.45U2。 随着系统负载加重，输出电压平均值减小，至wRC-、3进入id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5 =2.346。取Ud =2.4U2 ,由Ud =400V可知，U2 =167，则线电压为Ua =290V。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3300卩F,负载为电阻。图中的电
4、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。:覽 rgj 1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Sxci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。2.1.2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:krtnucus po w
5、erguiastBA XAT A E CParalllel RLC BrincnDisplayB|- I站旺任Volttge Lleiiun! rent Mesn value孟纭图2-4 R=10的仿真模型由图中可知电压平均值为399.4V负载R =10直流电压波形如图2-5所示。#图2-5负载 101电压输出波形武汉理工大学能力拓展训练说明书如果接上负载，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。pa :、erjj1图2-9负载
6、R = 0.11直流电压波形#图2-6 R=1的仿真模型由图2-6可得电压平均值为390.1V。负载R=1直流电压波形如图2-7所示。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powerjjA图2-8 R=0.1的仿真模型由图2-6可得电压平均值为376.6V。负载R=0.1直流电压波形如图2-9所示输出电压、电流波形40035030025015010050电压00.010 020 030.040 050 060.070 080.090仿真时间s)Q武汉理工大学能力拓展训练说明书分析仿真图形和数据可以
7、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、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直流电流波形如图2-14所示,#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相交流电流波形武汉理工大学能力拓展训练说明书如
8、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为仿真模型图武汉理工大学能力拓展训练说明书a相交流电流波形图为图2-18所示，#a相交流电
9、流波形图为图2-16所示,图2-16负载10加1mH电感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电感武汉理工大学能力拓展训练说明书#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,4000350030002500150010005000.世流波形10.1S0.2仿真时间3)0.250 3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
10、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290V,输出的直流电压接近400V,此时负载电阻为10欧姆，电容为3300卩F,电感为1mH3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
11、是用不可控元件二极管组成的桥式整流电 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simuli nk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。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，20092 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，20062009,20093 阮毅、陈伯时.电力拖动自动控制系统一运动控制系统北京：机械工业出版社，4 徐月华,汪仁煌.MATLABf控制系统仿真实践北京：北京航空航天大学出版社
