1、五 邑 大 学电 力 电 子 技 术 课 程 设 计 报 告题 目： 三相桥式整流电路的 MATLAB 仿真院 系 00000000 专 业 00000000 班 级 00000000 学 号 00000000 学生姓名 00000000 指导教师 00000000 电力电子技术课程设计报告2三相桥式整流电路的 MATLAB 仿真一、 题目的要求和意义利用 MATLAB 软件中的 SIMULINK 对三相桥式整流电路进行建模、仿真，设置参数，采集波形。输入三相电压源，线电压取 380V，50Hz，内阻 0.002 欧姆。利用六个晶闸管搭建三相桥式整流电路的模型。负载为纯电阻负载，电阻取 1 欧
2、姆，仿真时间取 0.12s，设置相关参数，利用示波器查看仿真波形，设置触发角为 60并将 、 、UVT1 波形记dUI录下来。当负载为阻感负载，电阻取 1 欧姆，电感 10mH，仿真时间取 0.12s，设置相关参数，利用示波器查看仿真波形，并将 、 、UVT1 波形记录下来。故障波形的采集：dUI当触发角为 60 度时，将 2 号晶闸管断开，查看电阻负载下的输出电压 的波形，记录下d来，并分析故障现象。交流-直流变换装置又称整流器，用于将交流电转变为直流电，并在整流的同时对直流电压电流进行调节，以符合用电设备的要求。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控
3、整流电路。三相全控整流电路的整流负载容量较大,输出直流电压脉动较小,是目前应用最为广泛的整流电路。Matlab 提供的可视化仿真工具 Simulink 可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强。二、 基本原理晶闸管三相整流电路由整流变压器、六个桥式连接的晶闸管、负载和触发器等组成。主电路结构原理如图 1 所示。图 1 三相整流电路原理图晶闸管按从 1 至 6 的顺序导通，将晶闸管按图示的顺序编号，共阴极组中与a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5，共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT4、VT6
4、、VT2，导通顺序为 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。电力电子技术课程设计报告3使用三相全桥整流时，负载相当于接在两相的线电压上，而线电压的最高值每个周期会交换六次，线电压波峰的交点为自然交换点，当触发角 =0 时，整流出的电流为一个周期内有六个波峰的直流电，它们的电压波形如图 2 所示。图 2 三相桥式全控整流电路电阻负载 =0 时的电压输出波形将波形中的一个周期等分为六段，每段为 60 度，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表 1 所示。时段 1 2 3 4 5 6共阴极中导通的晶闸管VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5共阳极中导通的晶闸管VT6 VT2
5、VT2 VT4 VT4 VT6整流输出电压 UdUab Uac Ubc Uba Uca Ucb表 1 晶闸管导通顺序电力电子技术课程设计报告4六个晶闸管分别由按一定规律的脉冲触发导通，来实现对三相交流电的整流，当改变晶闸管的触发角时，相应的输出电压平均值也会改变，从而得到不同的输出。 以线电压的过零点为时间坐标的零点，当负载为纯电阻负载是，只要触发角少于 60，负载电流就能连续。当为阻感负载时，此时负载电压连续，而负载电流的波动幅度的大小取决于电感的大小，当电感值比较大时，负载电流波动将会很小，当 60，即使线电压过零为负值时，相应的晶闸管仍会导通，即电流仍然是连续的。当 =90时，线电压为正
6、的导通部分与为负时的面积相等，则在一个周期内，负载电压为零，故阻感负载时，触发角不能大于 90。可得当整流输出电压连续时的平均值为（阻感负载 90或电阻负载 60时）：(1)cos34.2)(sin63122d UtdU带电阻负载且 60时，此时的负载电压和电流都不连续，整流电压平均值为：(2) 3cos134.2)(sin632tdd三、 仿真模型1、纯电阻负载纯电阻负载仿真电路如图 3。图 3 三相桥式全控整流电路纯电阻负载时的仿真电路电力电子技术课程设计报告5三相电源的相电压有效值为 220V，频率为 50HZ，电源内阻设为 0.002，负载为纯电阻负载，电阻取 1。仿真时，设定触发角为
7、 60，根据各个晶闸管的导通关系，可以得到每个晶闸管的导通延时为：VT1 延时：0.02/4 VT2 延时：0.02/6+0.02/4 VT3 延时：0.04/6+0.02/4 VT4 延时：0.06/6+0.02/4 VT5 延时：0.08/6+0.02/4 VT6 延时：0.10/6+0.02/4设置好参数后得到输出电压 、输出电流 波形如图。dUdI图 4 =60时纯电阻负载下输出电压 dU图 5 =60时纯电阻负载下输出电压 dI利用公式计算纯电阻负载下 、 的平均值：dUIcos34.2)(sin63122d tUV0cos*4.d=257.4VdU电力电子技术课程设计报告6= =2
8、57.4AdIRU由图 4、图 5 可知，在电阻负载，=60时， 、 的计算值与仿真波形一致，dUI、 波形相同且 出现了为零的点。dUIdUVT1 的电压波形如图。图 6 =60时 VT1 的电压波形2、阻感负载阻感负载仿真电路图如图 7图 7 阻感负载时的仿真电路图设定三相电源的相电压有效值为 220V，频率为 50HZ，电源内阻设为 0.002，负载为纯电阻负载，电阻取 1，电感取 10mH，设定触发角为 60，得到输出电流 ，输出dI电力电子技术课程设计报告7电压 波形如图。dU图 8 =60时阻感负载下输出电压 dU图 9 =60 时阻感负载下输出电流 dI由图可以看出，在阻感负载
9、=60时，电压和电流波形是不一样的，电压波形与纯电阻时负载一样，线电压还没有过零另外的晶闸管又被导通了，故不会有负值。电流则因为负载上电感的存在而变得平缓，因为电感的电流不能突变，电流缓慢上升到一个定值，随着电压的波动而在定值上下波动。利用公式计算纯电阻负载下 的平均值：dUcos34.2)(sin63122d tUV0cos*4.d=257.4VdU晶闸管 VT1 的电压波形如图电力电子技术课程设计报告8图 10 阻感负载时 =60时 VT1 的电压波形3、故障仿真模型设晶闸管的触发角 =60，并断开第 2 个晶闸管 VT2，作为故障波形的采集。采用纯电阻负载的三相桥式整流电路作为分析，设置
10、参数后，仿真得到输出电压波形 如图dU图 11 VT2 故障仿真模型图 12 VT2 故障时输出电压波形 dU由负载电压 Ud 的波形可以看出，导通的波峰显示完全，说明触发角 是 60，但一个周期只有 4 个波峰，通过与正常导通的 波形对比，可知是缺少第 1，第 2 波峰。由d电力电子技术课程设计报告9三相桥式整流电路的晶闸管导通关系可以判断出是 VT2 的触发脉冲出现了故障，导致负载电压到了第一和第二个波峰时，由于 VT2 没有导通，电压仍然保持上一个波峰的电压一直降到零，经过 120后，再次导通。所以负载电压总是缺少第一第二个波峰。四、 课程设计体会对于这次的课程设计感触很多。首先是电路模
11、型的搭建，网上虽然有很多电路图但大多采用集成模块，不符合设计要求。在参照合适的电路图搭建好模型后对元件进行参数设置，虽然 Matlab 是纯英文的，但借助翻译软件可以勉强使用。在完成电路模型的搭建后，对电路进行仿真测试，但软件一直报错，而电路的连接、参数设置均没有检查出问题。在网上查找资料后，发现进行此类仿真实验需要在电路中添加名为 Powergui 的元件才可以正常使用，而参照的电路图中并未出现该元件，可能是使用的 Matlab 版本不同造成的，可见参考的资料未必一定正确，应当根据自己的需要参考其他资料进行修改。在电路可以正常使用后，生成的所需波形与参考波形差距较大，依旧需要修改元件的设置参
12、数。与同学讨论后发现应当更改 Pulse 的参数，因为使用电源的频率为 50Hz，所以其周期应当改为 0.02s 与电源频率相对应。经过对元件参数的重新设置后终于得出了正常的波形。对于这次的课程设计，不光重新温习了电力电子的相关知识，更学会了使用 Matlab对电路建模仿真，这对日后的学习更有帮助。图书馆中有关 Matlab 的参考书很多，内容也很复杂，在这些参考书中找到对此次设计有帮助的内容着实费了一番力气，但同样收获也是巨大的，今后要多多学习使用 Matlab 方便日后的学习。五、 参考文献1 张兴.高等电力电子技术.M.北京：机械工业出版社,2011.2 李传琦,等 .电力电子技术计算机仿真试验.北京: 电子工业出版社, 2006. 3 刘卫国.MATLAB 程序设计教程（第二版） M.北京：中国水利水电出版社,2010. 4 王兆安,刘进军 .电力电子技术 M.北京：机械工业出版社,2009.
