基于Matlab_Simulink的三相橋式全控整流電路的建模與仿真

1、基于Matlab/Simulink的三相橋式全控整流電路的建模與仿真 摘要 本文在對三相橋式全控整流電路理論分析的基礎上，建立了基于Simulink的三相橋式全控整流電路的仿真模型，并對其帶電阻負載時的工作情況進行了仿真分析與研究。通過仿真分析也驗證了本文所建模型的正確性。關鍵詞 Simulink建模 仿真 三相橋式全控整流對于三相對稱電源系統(tǒng)而言，單相可控整流電路為不對稱負載，可影響電源三相負載的平衡性和系統(tǒng)的對稱性。故在負載容量較大的場合，通常采用三相或多相整流電路。三相或多相電源可控整流電路是三相電源系統(tǒng)的對稱負載，輸出整流電壓的脈動小、控制響應快，因此被廣泛應用于眾多工業(yè)場合。本文在S

2、imulink仿真環(huán)境下，運用PowerSystemBlockset的各種元件模型建立三相橋式全控整流電路的仿真模型，并對其進行仿真研究。一、 三相橋式全控整流電路的工作原理三相橋式全控整流原理電路結構如圖1所示。三相橋式全控整流電路是應用最廣泛的整流電路，完整的三相橋式整流電路由整流變壓器、6個橋式連接的晶閘管、負載、觸發(fā)器和同步環(huán)節(jié)組成（見圖1-1）。6個晶閘管以次相隔60度觸發(fā)，將電源交流電整流為直流電。三相橋式整流電路必須采用雙脈沖觸發(fā)或寬脈沖觸發(fā)方式，以保證在每一瞬時都有兩個晶閘管同時導通（上橋臂和下橋臂各一個）。整流變壓器采用三角形/星形聯(lián)結是為了減少3的整倍次諧波電流對電源的影響

3、。元件的有序控制，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的三個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，共陽極組中與a、b、c三相電源相接的三個晶閘管分別為 VT、VT。它們可構成電源系統(tǒng)對負載供電的6條整流回路，各整流回路的交流電源電壓為兩元件所在的相間的線電壓。 圖1-1 三相橋式全控整流原理電路二、 基于Simulink三相橋式全控整流電路的建模 三相橋式全控整流電路在Simulink環(huán)境下，運用PowerSystemBlockset的各種元件模型建立了三相橋式全控整流電路的仿真模型，仿真結構如圖2-1所示： 圖2-1 三相橋式全控整流電路的仿真模型 在模型的整流變壓器和整流橋之間接入一個三相電

4、壓-電流測量單元V-I是為了觀測方便。整流器的輸出電壓和電流是通過多路測量器測量負載的電壓和電流來實現(xiàn)的，當然也可以用電壓和電流測量單元直接檢測整流器輸出單位和電流。在整流器工作中保證觸發(fā)脈沖與主電路同步很重要，仿真使用的6脈沖發(fā)生器是在同步電壓過零時作為控制角a=0的位置，因此在整流變壓器采用/Y-11聯(lián)結時，同步變壓器也可以采用/Y-11聯(lián)結，同步信號的連接如圖2-1所示。在同步信號關系難以確定時，可以發(fā)揮仿真的特點，將三相同步信號以不同的順序連接到6脈沖發(fā)生器的AB、BC、CA3個同步輸入端，然后運行該模型，觀察整流器輸出電壓波形，如果電壓波形在一周期中6個波頭連續(xù)規(guī)則，則該整流器的同步

5、是正確的。負載和控制角可以按需要設定。三、 設置模型參數(shù)三相橋式全控整流電路，電源相電壓為220V，整流器輸出電壓為100V（相電壓），觀察整流器在不同負載，不同觸發(fā)角時整流器輸出電壓、電流波形，測量其平均值。1、電阻負載（R的值為5歐姆、a=30）（1）設置模型參數(shù)如下：1）電源參數(shù)設置：三相電源的電壓峰值380V，頻率為50HZ，相位分別為0、-120、-240.2）整流器變壓器參數(shù)設置：一次繞組聯(lián)結（wingding 1 connection）選擇Delta(D11),線電壓為380V；二次繞組聯(lián)結（wingding 2 connection）選擇Y，線電壓為173v，在要求不高時變壓器

6、容量、互感等其他參數(shù)可以保持默認值不變。3）同步變壓器參數(shù)設置：一次繞組聯(lián)結（wingding 1 connection）選擇Delta(D11),線電壓為380V；二次繞組聯(lián)結（wingding 2 connection）選擇Y，線電壓為15v，其他參數(shù)可以保持默認值不變。4）三相晶閘管整流器參數(shù)設置：使用默認值。5）RLC負載參數(shù)設置：R的值為5歐姆，C的值為inf。6）6脈沖發(fā)生器設置：頻率為50HZ，脈沖寬度取1，選擇雙脈沖觸發(fā)方式。7）觸發(fā)角設置：給定alph設置為30.四、 仿真并觀察結果 設置的仿真參數(shù)如下：仿真時間為0.06S，數(shù)值算法采用ode15。仿真參數(shù)設置完成后即可啟動

7、仿真，得到的仿真的如圖4-14-6圖所示。 圖4-1 整流器輸入的三相線電壓波形 圖4-2 整流器輸出的電壓波形以及電阻負載時整流器輸出的電流波形 圖4-3整流器輸出電壓平均值分析觀察到的結果：將圖4-1所示的三相電壓波形與4-2所示的整流電壓（圖上部）和電流波形（圖下部）相比較，整流后的電壓是直流，而且波形與三相輸入電壓波形相對應。整流電壓平均值（見圖4-3）與計算值Ud=2.34*100cos30V=202.6V相符。因為是電阻負載，整流后的電壓和電流波形相同，但Y軸坐標不同。圖4-4到圖4-6所示分別為整流器交流側的電流波形。改變控制角可以觀察在不同控制角下整流器的工作情況。2. 電阻電

8、感負載（R的值為5歐姆、L的值為0.01h、a=60）在圖2-1中修改負載RLC參數(shù)，R的值為5歐姆，L的值為0.01H，C的值為inf，同時將觸發(fā)角設置為60.為了觀察整流器輸入電流和輸出電壓的諧波，在仿真模型中增加了傅立葉（Fourier）分析模塊，修改后的仿真模型如圖4-7所示。 圖4-7 三相橋式整流電路電阻電感負載（a=60） 在仿真參數(shù)中設置仿真時間為0.16S，重新啟動仿真，即可得到阻感負載時整流器輸出電壓和電流，如圖4-8a、4-8b、4-8c所示： 圖4-8a a=60時整流器輸出電壓 圖4-8b 整流器輸出平均電壓 圖4-8c 整流器輸出電流 分析觀察到的結果：由于電感是儲能元件，電感中電流（見圖4-8c）有以上升的過程，在啟動仿真0.01s以后電流進入穩(wěn)定狀態(tài)，電流的脈動很少。五、結論本文在對三相橋式全控整流電路理論分析的基礎上，利用MATLAB面向對象的設計思想和電氣元件的仿真系統(tǒng)，建立了基于Simulink的三相橋式全控整流電路的仿真模型，并對其進行了仿真研究。在對三相橋式全控整流電路帶電