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 信息工程学院 专 业 自动化 班 级 130705 学 号 3113001682 学生姓名 李上雄 指导教师 张建民 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。设计意义：整流电路是电力电子技术中最为重要的电路，应用广泛。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整流电路。三相全控整流电路的整流负载容量
2、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。利用 matlab 对三相桥式全控整流电路仿真，可以让我们进一步深入了解三相整流电路工作的每一个步骤，充分掌握三相整流电路，而对故障波形的采集与分析，锻炼我们解决电路出现问题时的能力，以使我们在实际工作中也能足够的理论知识去排除及解决各种电路故障，具有十分重要的意义。设计目的：1、掌握 MATLAB 软件中的 SIMULINK 仿真。2、加深对三相桥式整流电路的理解。实验要求：1、利用示波器观察纯电阻负
3、载时的仿真波形，并将 ud、 id、 uVT1波形记录下来（触发角选择 30） 。2、利用示波器观察阻感负载时的仿真波形，并将 ud、 id、 uVT1波形记录下来（触发角选择 30） 。3、故障波形的采集：当触发角为 0 度时，将晶闸管 2 断开，查看阻感负载下的输出电压 ud的波形，记录下来，并分析故障现象。二、 基本原理三相桥式全控整流电路图如下：图 1 三相桥式全控整流电路原理图晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4 VT5VT6，相位依次差 60；共阴极组电力电子技术课程设计报告3中与 a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5，相位依次差 120。
4、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、VT2，相位也依次差120。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。1、纯电阻负载时的工作情况（0 120）假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角 时的0情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通。而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最小的一个导通。这样，任
5、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。此时电路的工作波形如图所示：图 2 三相桥式全控整流电路带电阻负载 时的波形0为了说明各晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期等分为六段，每段为 60，如图2 所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压情况如表 1 所示。具体分析如下：在第 I 段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管 VT1 被触发导通，b 相电位最低，所以共阳极组的晶闸管 VT6 被触发导通。这时电流由 a 相经 VT1 流向负载，再经 VT6 流入 b 相。变压器 a、b 两相工作，共阴极组的 a 相电流为正，共阳极组的 b 相电流为负。
6、加在负载上的整流电压为 。其余段依此类推。abau电力电子技术课程设计报告4表 1 三相桥式全控整流电路电阻负载 时晶闸管工作情况0时段 I II III IV V VI共阴级组中导通的晶闸管VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5共阴级组中导通的晶闸管VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6整流输出电压 abuacubcubaucacucbcu表 1从 =0时的情况可以推出 =30时纯电阻负载输理想出电压波形如图 3 所示：与 =0时的情况相比，一周期的 波形仍由六段线电压构成，每一段导通晶闸管d的编号等仍符合表 1 的规律。区别在于，晶闸管导通时刻推迟了 30，组成 的每一段d
7、u线电压也因此推迟了 30， 平均值降低。du图 3 纯电阻负载、阻感负载 =30时的波形2、阻感负载时的工作情况（0 90）当 时， 波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的60du通断情况、输出整流电压 波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。所以 =30时阻感负载输出电压波形也如图 3 所示。3、三相桥式全控整流电路定量分析(1)以线电压的过零点为时间坐标的零点，当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或电力电子技术课程设计报告5带电阻负载 时）的平均值为：60公式 1 cos34.2sin3 222 UwttdUUd (2)带电阻负载且 60时，整流电压平均值为：公式 2
8、cos134.2sin3 22wtdd输出电流平均值为 ： 公式 3/RUId三、 纯电阻和阻感负载仿真模型1、 纯电阻负载=30的仿真模型如下：图 4 =30的纯电阻负载仿真模型参数设计：输入三相电压源，线电压取 380V，50Hz，内阻 0.008 欧姆, 负载电阻取 5 欧姆，仿真时间取 0.14s；设置脉冲信号的属性时，由于仿真时，matlab 内每个晶闸管的触发角是按坐标 Y 轴处算起的，而我们定义的触发角是按线电压的自然交换点算的，它们之间差了 30，所以即使在 =0 时，每个晶闸管都要的导通延时都要加上 30。所以 =30时，电力电子技术课程设计报告6VT1 的触发信号在 60的
9、时候，即第一个 Phase Delay 应设为 0.02/6，然后按照 1 到 6 的顺序依次加 0.02/6，因为 6 个晶闸管的脉冲按照 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的顺序，相位差依次为 60 度。具体如下：VT1 延时：0.02*(30+30)/360，VT2 延时：0.02*(30+90)/360，VT3 延时：0.02*(30+150)/360，VT4 延时：0.02*(30+210)/360，VT5 延时：0.02*(30+260)/360，VT6 延时：0.02*(30+320)/360，仿真得到的 ud、 id、 uVT1波形依次如下：udiduVT1图 5
10、 =30的纯电阻负载仿真波形因为第一个周期是不稳定的，得不到稳定的波形，所以为了波形完整，每一个脉冲发生器的 Phase Delay 均-0.02 ，即波形整体往左平移一个周期。 （下面的波形图都是如此）由图可知，纯电阻负载时，负载的电压跟电流是完全一样的，都是连续的，而且每个波峰都只有一半，这是因为触发角，而每个波峰本来也就是 60，刚好缺了一半，这跟纯电阻负载时电压、电流的理论关系一样。2、 阻感负载=30的仿真模型如下：电力电子技术课程设计报告7图 6 =30的阻感负载仿真模型参数设计：输入三相电压源不变，负载电阻取 5 欧姆，电感 10mH，仿真时间取 0.14s，脉冲信号不变。仿真得
11、到的 ud、 id、 uVT1波形依次如下：UdiduVT1图 7 =30的阻感负载仿真波形电力电子技术课程设计报告8由于电感的存在，使电流不能突变，所以输出电流的波形有缓慢上升的趋势。很明显，阻感负载触发角 =30 时，电压和电流波形是不一样的，电压波形可以突变，且跟纯电阻时一样，没有负值的情况，这是因为此时 ，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。而电流则是很明显的平缓了很多，这是因为负载上有电感的存在，而电感的电流是不能突变的，故电流会缓慢上升到一定值，随后会在这个值上，随着电压的波动而有相对平缓很多的波动，纹波峰值相对纯电阻时减少了很多。四、 故障仿真模型故障波形的采集
12、：当触发角为 0 度时，将晶闸管 4 断开，查看阻感负载下的输出电压 ud的波形，记录下来，并分析故障现象。每个晶闸管的导通延时为：VT1 延时： 0.02*(30+0)/360，VT2 延时：0.02*(30+60)/360，VT3 延时：0.02*(30+120)/360，VT4 延时： 0.02*(30+180)/360，VT5 延时：0.02*(30+240)/360，VT6 延时：0.02*(30+300)/360仿真模型如下：图 8 =0的阻感负载的故障仿真模型参数设计：输入三相电压源不变，负载电阻取 1 欧姆，电感 15mH，仿真时间取 0.14s ， =0时，VT1 的触发信号
13、在 30的时候，即第一个 Phase Delay 应设为 0.02/12，然后按照 1 到 6的顺序依次加 0.02/6，因为波形也要整体往左平移一个周期，所以每一个脉冲发生器的Phase Delay 均-0.02，然后再把 VT2 的触发信号去掉得到的输出电压 波形如下：du电力电子技术课程设计报告9图 9 =0的阻感负载的故障仿真 波形du故障分析：由负载电压 Ud 的波形可以清晰看到，导通的波峰只有为线电压的正半周的包络线，说明触发角是 0，但是一个周期只有四个波峰，缺少了两个，而且都是每个周期的第二和第三个波峰。对比一下正常情况下三相桥式整流电路的波形图及晶闸管导通关系（表1） ，可以
14、很轻易地判断出 VT2 的触发脉冲出现了故障，只有这样才会导致负载电压丢失了第二和第三个波峰时。但是由于 VT2 没有导通，即电压仍然保持上一个波峰的电压一直降到零，经过 120 后，又再次导通，故每个周期，负载电压都会缺了第二个和第三个波峰。又因为无论是纯电阻负载还是阻感负载，在 0时电流都连续，会得到相同的波形图，所以不能判断出是阻感负载还是纯电阻负载。五、 课程设计体会这次课程设计我们使用 MATLAB 中的 Simulink 去仿真三相桥式整流电路，观察并记录波形，以及对故障波形进行分析。这次课程设计是我第一次使用 MATLAB 去做电力电子应用相关的仿真，我用的 MATLAB 是 2
15、014 版本的，刚开始由于版本的不同一直仿真提示错误，后来上网查阅资料才知道 07 版本以上的都要在仿真模型面加上 powergui 模块才能正常仿真。由于对 Simlink 的各个模块不熟悉，只好上网一边查看各个模块的介绍，一边把仿真电路图画出来，通过这次的仿真实验，我又一次加深了对 MATLAB 熟悉程度，让我再一次深深地感受这个软件的强大，在接下来的时间里，一定要认真学好。通过这次课程设计，是我对三相桥式整流电路有了更深入的认识，加深巩固了自己对电力电子技术应用的分析和设计能力。明白了仿真的重要性，在设计之前光有理论设计使不够的，还要通过仿真来直观地观察相关数据及波形来判断设计是否合理正
16、确。通过这次仿真实验，使我深刻地理解了三相全控桥式整流各个晶闸管的导管顺序和关系，也掌握了故障分析的相关理论知识，受益匪浅。六、 参考文献1 王兆安.刘进军.电力电子技术M.北京.机械工业出版社，2009.52林飞.杜欣.电力电子应用技术的 MATLAB 仿真M.北京.电力出版社，2001.13薛定宇，陈阳泉.基于 MATLABSimulink 的系统仿真技术与应用M.北京：清华大学出版社，2002. 4洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的 MATLAB 仿真M.北京：机械工业出版社，电力电子技术课程设计报告10说 明一、报告应包括下列主要内容：1概述所作题目的要求和意义、本人所做的工作及系统
17、的主要功能；2基本原理，应包括整流电路的电路结构图，输出电压电流的计算公式等(重点内容)3仿真电路的建模，结果分析(重点内容)4课程设计体会5主要参考文献二、对报告的要求：1页面设置：上下左右页边距分别为 2.5cm、2.0cm、2.5cm、2.0cm2正文字体：宋体，小四号字，行间距最小值 18 磅；数字与字母用 Times new roman 字体3表格不能跨越两页，图和图的标题、表和表的标题不能跨页，表中字体以及图、表的标题要用五号字。整篇报告的图和表从 1 开始编号，比如“图 1 三相桥式整流电路电路结构图（纯电阻负载） ”。4公式、变量要用公式编辑器书写，整篇报告的公式从 1 开始编
18、号。5参考文献要求如下：论文参考文献类型标识：M-专著（书） ； C-论文集； J-期刊文章； D-学位论文；R-报告； S-标准； P-专利； 并放在“论文标题”与“ 刊名（书名） ”之间。文献的标题，作者（仅需给出 3 位） ，年、卷、期、起始页码均需给全。参考文献不少于 3篇，并在文中备注清楚例如：1 蔡菲娜 ,刘勤贤 ,朱根兴等 . 数据融合方法在单传感器系统中的应用 J.数据采集与处理.2005，3(1)：8890 2 郑少仁，王海涛，赵志峰等. Ad Hoc 网络技术M.北京:人民邮电出版社，20053 金纯，许光辰，孙睿. 蓝牙技术M. 北京：电子工业出版社， 20014 张海滨，宋文涛. 无线通信发展与“高频电子线路”课程教学J. 电气电子教学学报.2004，26(2):电力电子技术课程设计报告112326
