1、 密级： 公开 科 学 技 术 学 院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（2008 2012 年）题 目 基于 MATLAB 的整流电路仿真分析 学 科 部： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起讫日期： 目 录摘要 .Abstract .第一章 三相桥式全控整流电路的仿真 .11.1 电路的构成及工作特点 .11.2 建模及仿真 .21.3 参数设置及仿真 .31.4 故障分析 .41.5 小结 .5第二章 基于 MATLAB 的单相桥式整流电
2、路仿真分析 .62.1 单相桥式半控整流电路 .62.2 单相桥式半控整流电路带纯电阻性负载情况 .82.3 单相桥式全控整流电路 .122.4 单相桥式全控整流电路带纯电阻性负载情况 .142.5 单相桥式全控整流电路带电阻电感性负载情况 .16结论 .18参考文献： .19致谢 .20基于 MATLAB 的整流电路仿真分析专业： 学号： 姓名： 指导老师： 摘要：随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。常用的整流电路有三相桥式全控整流电路和单相桥式可控电路。由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电
3、感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。atlab 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，进一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink 对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析。对单相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究，既进一步加深了三相桥式全控整流电路和单相桥式可控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。关键词：三相桥式全控整流电路，单相桥式半控整流，单相桥式全控整流，建模，
4、仿真 MATLAB-based simulation analysis of the rectifier circuitAbstract:With the social production and scientific and technological development, the rectifier circuit in the automatic control system, measurement system and generator excitation system, and other fields increasingly widespread. Commonly
5、used three-phase bridge rectifier circuit with full-controlled single-phase bridge rectifier circuit and control circuit. As the rectifier circuit involves the exchange of signals, DC signals and trigger signals, including thyristors, capacitors, inductors, resistors and other components, using conv
6、entional circuit analysis method appeared to be quite complicated, high-pressure situations is difficult to experiments carried out smoothly. Matlab provides a visual simulation tool Simtlink circuit simulation model can be directly set up, free to change simulation parameters and immediately availa
7、ble to any of the simulation results, intuitive, eliminating the need for further programming steps. In this paper, Simulink full control of three-phase bridge rectifier circuit model, for different control angle, the bridge under fault conditions were simulated analysis. Controlled single-phase bri
8、dge rectifier circuit parameters and the different nature of the work load of the comparative analysis and research, both to further deepen the three-phase full-controlled bridge rectifier circuit and controlled single-phase bridge rectifier circuit theory, while for modern power electronics experim
9、ent experimental teaching lay a good foundation.Keywords: Fully-controlled, three-phase, bridge, rectifier, circuit, single-phase, half-controlled rectifier bridge, single-phase full-controlled bridge, rectifier modeling, simulation0第一章 三相桥式全控整流电路的仿真随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。
10、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，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。Matlab 提供的可视化仿真工具 Simtlink 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，进一步省去了编程的步骤。本文利用 Simulink 对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。 1
11、.1 电路的构成及工作特点 三相桥式全控整流电路原理图如图 1 所示。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，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6 ，VT2)的串联组合。图 1 三相桥式全控整流电路原理图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；每隔 3 换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进
12、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1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；当 =O 时，输出电压 Ud 一周期内的波形是 6 个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的 6 倍，比三相半波电路高 l 倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为 6 脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为 3 脉动整流电路。0 时，Ud 的波形出现缺口，随
13、着 角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当 =23 时，输出电压为零，所以电阻性负载时， 的移相范围是 O23；当 O3 时，电流连续，每个晶闸管导通 23；当 323 时，电流断续，个晶闸管导通小于 23。23=3 是电阻性负载电流连续和断续的分界点。1.2 建模及仿真根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用 Simulink 内的模块建立仿真模型如图 2 所示。设置三个交流电压源 Va，Vb ，Vc 相位角依次相差 120，得到整流桥的三相电源。用6 个 Thyristor 构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6 个 pulse generator 产生整流桥的触发脉冲，且从上到下
14、分别给 16 号晶闸管触发脉冲。图 2 三相桥式全控整流电路仿真模型21.3 参数设置及仿真三相电源的相位互差 120，交流峰值电压为 l00 V，频率为 50 Hz。晶闸管的参数为：Rn=0001 ， Lon=0000 1 H ，Vf=0 V ，Rs=50 ，Cs=25010-9 。负载电阻性设 R=45 ，电感性负载设 L=1 H。脉冲发生器脉冲宽度设置为脉宽的 50 ，脉冲高度为 5 V，脉冲周期为 0016 7 s，脉冲移相角随着控制角的变化对“相位角延迟”进行设置。根据三相桥式全控整流电路的原理图，对不同的触发角 会影响输出电压进行仿真，负载为阻感特性。从以上仿真波形图可知改变不同的
15、控制角，输出电压在发生不同的变化。(1) 当触发角 =0 时的输出电压波形如图 3 所示。图 3 触发角 =0时的输出电压波形图(2) 当触发角 =60 时的输出电压波形如图 4 所示。图 4 触发角 =60时的输出电压波形图3(3) 当触发角 =90 时的输出电压波形如图 5 所示。图 5 触发角 =90时的输出电压波形图1.4 故障分析由于高压强电流的情况，整流电路晶闸管很容易出现故障。假设以下情况对故障现象进行仿真分析，当 =30，负载为阻感性时，仿真分析故障产生的波形情况。(1) 只有一个晶闸管故障波形如图 6 所示。图 6 一个晶闸管故障波形图(2) 同一相的两个晶闸管故障波形如图
16、7 所示。图 7 同一相的两个晶闸管故障波形图4(3) 不同桥且不同相的两个晶闸管发生故障时的仿真波形如图 8 所示。图 8 不同桥但不同相的两个晶闸管故障波形图从以上故障仿真波形图来看，不同的晶闸管出现故障时，产生的波形图是不一样的，所以，通过动态仿真能有效知道整流电路出现故意时候的工作情况，同时也加深对三相全控整流电路的理解和运用。1.5 小结 通过仿真和分析，可知三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角 和负载特性的影响，文中应用 Matlab 的可视化仿真工具 simulink 对三相桥式全控整流电路的仿真结果进行了详细分析，并与相关文献中采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较
17、，进一步验证了仿真结果的正确性。采用 MatlabSimulink 对三相桥式全控整流电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法。应用 MatlabSimulink 进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。5第 2 章 基于 MATLAB 的单相桥式整流电路仿真分析整流电路尤其是单相桥式可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、能源系统等其他领域。因此对单相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况
18、进行对比分析与研究具有很强的现实意义，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。2.1 单相桥式半控整流电路图 9 中 VT1 和 VT2 为触发脉冲相位互差 180的晶闸管，VD1 和 VD2 为整流二极管，由这四个器件组成单相桥式半控整流电路。电阻 R 和电感 L 为负载，若假定电感 L 足够大，即 LR，由于电感中电流不能突变，可以认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值。由于桥式结构的特点，只要晶闸管导通，负载总是加上正向电压，而负载电流总是单方向流动，因此桥式半控整流电路只能工作在第一象限，因为 LR，所以不论控制角 为何值，负载电流 id 的变化很小。图 9 单相桥式半控整流电路原理在 u2 正半周，触发角 处给晶闸管 VT1 施加触发脉冲，u2 经 VT1 和 VD4 向负载供电。u2 过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由 VT1 和 VD2 续流。此阶段若忽略器件的通态压降则负载压降 ud 不会出现负的情况。在 u2 负半周触发角 时刻，VT2 与 VD3 触发导通，同时向 VT1 施加反向电压并使之关断，u2 经 VT2 和 VD3 向负载供电。u2 过零变正时，VD4 导通，VD3 关断。VT1 和 VD4 续流，负载压降 ud 又变为零。根据上述分析，可求出输出负载电压平均值为：
