基于MATLAB的三相橋式半控整流電路的設(shè)計(jì)及仿真

1、 題 目基于MATLAB的三相橋式半控整流電路的設(shè)計(jì)及仿真目錄摘要- 1 -Abstract- 2 -1 MATLAB 簡(jiǎn)介- 3 -1.1 MATLAB在整流電路中的應(yīng)用- 3 -1.2 MATLAB的特點(diǎn)- 4 -1.2.1 MATLAB 直觀、簡(jiǎn)單的電氣系統(tǒng)SimPowerSystems- 4 -1.2.2 編程效率高- 4 -1.2.3 界面友好，用戶(hù)使用方便- 5 -1.2.4 擴(kuò)充能力強(qiáng)- 5 -1.2.5 語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富- 6 -1.2.6 高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算- 6 -1.2.7 方便的繪圖功能- 6 -1.2.8 MATLAB 的“活”筆記本功能- 7 -2 三相橋式

2、半控整流電路分析- 8 -2.1 當(dāng)為不同值時(shí)電路輸出電壓ud的波形特點(diǎn)- 8 -2.2 計(jì)算三相橋式半控整流電路（電阻性負(fù)載）輸出平均電壓Ud- 8 -2.3 三相橋式半控整流電路的輸出波形分析- 9 -2.4 三相橋式半控整流電路（電阻性負(fù)載）輸出平均電壓Ud- 12 -3 電路仿真- 15 -3.1 Simulink軟件- 15 -3.2 運(yùn)行Simulink- 16 -3.3 模型仿真及其結(jié)果- 23 -致謝- 26 -參考文獻(xiàn)- 27 -摘要本設(shè)計(jì)首先簡(jiǎn)要介紹了MATLAB的特點(diǎn)以及在整流電路中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)三相橋式半控整流電路實(shí)例進(jìn)行分析討論了三相橋式整流電路在不同控制角在電路帶電

3、感性負(fù)載和電阻性負(fù)載時(shí)輸出負(fù)載電壓的變化。然后利用MATLAB SIMULINK對(duì)電力電力電路進(jìn)行仿真的方法，并給出了三相橋式整流電路在不同控制角在電路帶電感性負(fù)載和電阻性負(fù)載的仿真波形，證實(shí)了該軟件的簡(jiǎn)便直觀、高效快捷和真實(shí)準(zhǔn)確性。與理論分析進(jìn)行對(duì)比，更容易發(fā)現(xiàn)電路中一些忽略的東西。用MATLAB系統(tǒng)建立模型和實(shí)際系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)過(guò)程非常的相似，用戶(hù)不用進(jìn)行編程，也無(wú)需推到電路、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，就可以很快地得到系統(tǒng)的仿真結(jié)果，整個(gè)過(guò)程就像用筆在紙上畫(huà)一樣簡(jiǎn)單，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果分析就可以將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或?qū)⒂嘘P(guān)參數(shù)進(jìn)行修改使系統(tǒng)達(dá)到要求的結(jié)果和性能，這樣就可以極大的加快系統(tǒng)的分析或設(shè)計(jì)過(guò)程，并使一

4、些器件變更時(shí)對(duì)輸出電壓波形的對(duì)比更直觀方便快捷。AbstractFirst, a brief introduction of the design features of MATLAB and the rectifier application, through the three-phase half-controlled rectifier bridge circuit examples analyzed and discussed the three-phase bridge rectifier circuit in the circuit at different control an

5、gle and resistive inductive load charged Output load voltage when the load changes. Then the electricity power circuit MATLAB SIMULINK simulation method, and gives the three-phase bridge rectifier circuit in the circuit at different control angle live resistive load inductive load and the simulation

6、 waveforms, confirming the intuitive software is simple, fast and efficient and accurate. Compared with the theoretical analysis, the circuit easier to find some overlooked things. Using MATLAB system model and the actual system to establish the design process is very similar to the user without pro

7、gramming, and need not pushed to the circuit, the systems mathematical model, we can quickly get the system simulation results, the whole process is like a pen in as simple as drawing on paper, through simulation results of the system structure can improve or modify the parameters of the system to a

8、chieve the required results and performance, so that you can greatly speed up the system analysis or design process, and some of device changes the output voltage waveform when compared to the more intuitive convenient.Keywords: MATLABThree-phasehalf-controlledbridge Simulation Model Convenient1 MAT

9、LAB 簡(jiǎn)介在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，往往要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，其中包括矩陣運(yùn)算。這些運(yùn)算一般來(lái)說(shuō)難以用手工精確和快捷地進(jìn)行，而要借助計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的程序做近似計(jì)算。目前流行用Basic、Fortran和c語(yǔ)言編制計(jì)算程序, 既需要對(duì)有關(guān)算法有深刻的了解，還需要熟練地掌握所用語(yǔ)言的語(yǔ)法及編程技巧。對(duì)多數(shù)科學(xué)工作者而言，同時(shí)具備這兩方面技能有一定困難。通常，編制程序也是繁雜的，不僅消耗人力與物力,而且影響工作進(jìn)程和效率。為克服上述困難，美國(guó)Mathwork公司于1967年推出了“Matrix Laboratory”（縮寫(xiě)為Matlab）軟件包，并不斷更新和擴(kuò)充。目前最新的7.x版本（windows

10、環(huán)境）是一種功能強(qiáng)、效率高便于進(jìn)行科學(xué)和工程計(jì)算的交互式軟件包。其中包括：一般數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應(yīng)用程序，并集應(yīng)用程序和圖形于一便于使用的集成環(huán)境中。在此環(huán)境下所解問(wèn)題的Matlab語(yǔ)言表述形式和其數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程。不過(guò)，Matlab作為一種新的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，要想運(yùn)用自如，充分發(fā)揮它的威力，也需先系統(tǒng)地學(xué)習(xí)它。但由于使用Matlab編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致，所以不象學(xué)習(xí)其它高級(jí)語(yǔ)言-如Basic、Fortran和C等那樣難于掌握。實(shí)踐證明，你可在幾十分鐘的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)Matlab的基礎(chǔ)知識(shí)，在短短幾個(gè)小時(shí)的使用中

11、就能初步掌握它.從而使你能夠進(jìn)行高效率和富有創(chuàng)造性的計(jì)算。 Matlab大大降低了對(duì)使用者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)的要求，而且編程效率和計(jì)算效率極高，還可在計(jì)算機(jī)上直接輸出結(jié)果和精美的圖形拷貝，所以它的確為一高效的科研助手。自推出后即風(fēng)行美國(guó)，流傳世界。1.1 MATLAB在整流電路中的應(yīng)用從事電力和電子工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員，常常要把所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行實(shí)物接線和調(diào)試。過(guò)去，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是：制作一些實(shí)驗(yàn)電路板，通過(guò)繁瑣的線路連接，利用實(shí)際的元器件利用實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，在儀器上取得一些數(shù)據(jù)和參數(shù)后再修正原來(lái)設(shè)計(jì)的電路，已達(dá)到最佳設(shè)計(jì)要求。由于受工作場(chǎng)地、儀器設(shè)備、元器件品種、元器件價(jià)格和元器件數(shù)量的

12、限制，很多實(shí)驗(yàn)往往無(wú)法順利完成，這樣一來(lái)既束縛了技術(shù)人員的手腳，又影響了設(shè)計(jì)工作的正常進(jìn)行。為了克服上述困難，可以采用MATLAB的Simulink軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電路的模擬和仿真。MATLAB軟件是一套具有很高實(shí)用價(jià)值的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，為從事電力和電子專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員提供了極大的方便，再也無(wú)需受到有限條件的制約和資金的困擾，使設(shè)計(jì)工作可以非常順利地進(jìn)行，節(jié)省了大量時(shí)間，節(jié)約了一定得資金。同其他電路仿真軟件相比,MATLAB具有功能強(qiáng)大，界面直觀，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，他改變了有些電路仿真軟件輸入電路采用文本方式的不便之處，MATLAB軟件在創(chuàng)建電路、選用元器件、選擇測(cè)試儀器等方面，都可以直接從

13、屏幕圖形中選取，而且選取的測(cè)試儀器的圖形與實(shí)際電路的波形基本相似，使技術(shù)人員很容易理解和掌握，從而提高了設(shè)計(jì)工作的效率。1.2 MATLAB的特點(diǎn) MATLAB 直觀、簡(jiǎn)單的電氣系統(tǒng)SimPowerSystems(實(shí)體圖形化仿真模型)在MATLAB的Simulink里，提供了一個(gè)實(shí)體圖形化仿真模型，與數(shù)學(xué)模型相對(duì)應(yīng)。有文獻(xiàn)把“SimPowerSystems”譯成電力系統(tǒng)，筆者認(rèn)為這有與強(qiáng)電領(lǐng)域的電力系統(tǒng)相混淆之弊，故在此譯成電氣系統(tǒng)。實(shí)體圖形化模型庫(kù)中的模塊就是實(shí)際工程里實(shí)物的圖形符號(hào)，例如，代表電阻、電容、電感、電機(jī)、觸發(fā)器與晶閘管整流裝置、電壓表等事物的特有圖形符號(hào)，將這些實(shí)際物體的圖形符

14、號(hào)連接就能成為一個(gè)電路、一個(gè)裝置或是一個(gè)系統(tǒng)，它不是真是的物體，而是實(shí)際物體的圖形化模型。這種實(shí)體圖形化模型的仿真（有文獻(xiàn)稱(chēng)為按系統(tǒng)原理圖進(jìn)行的仿真）更具有使用價(jià)值與低成本等特點(diǎn)。 編程效率高M(jìn)ATLAB語(yǔ)言提供了豐富的庫(kù)函數(shù)（稱(chēng)為M文件），既有成用的基本庫(kù)函數(shù)，又有種類(lèi)齊全、功能豐富多樣的專(zhuān)用工具箱Toolbox函數(shù)。函數(shù)即使預(yù)先編制好的子程序。在編制程序時(shí)，這些庫(kù)函數(shù)都可以被直接調(diào)用。這無(wú)疑會(huì)大大提高編程效率。MATLAB是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，允許用數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言編寫(xiě)程序，且比Basic、Fortran和C等語(yǔ)言更加接近我們書(shū)寫(xiě)計(jì)算公式的思維方式，用Matlab編寫(xiě)程序猶如在

15、演算紙上排列出公式與求解問(wèn)題。因此，Matlab語(yǔ)言也可通俗地稱(chēng)為演算紙式科學(xué)算法語(yǔ)言由于它編寫(xiě)簡(jiǎn)單，所以編程效率高，易學(xué)易懂。 界面友好，用戶(hù)使用方便首先，Matlab具有友好的用戶(hù)界面與易學(xué)易用的幫助系統(tǒng)。用戶(hù)在命令窗口里通過(guò)help命令可以查詢(xún)某個(gè)函數(shù)的功能及用法，命令的格式極為簡(jiǎn)單（格式為help+命令或函數(shù)），這樣，對(duì)初學(xué)者也不會(huì)望而生畏。其次，Matlab語(yǔ)言是一種解釋執(zhí)行的語(yǔ)言（在沒(méi)被專(zhuān)門(mén)的工具編譯之前），它靈活、方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。人們用任何一種語(yǔ)言編寫(xiě)程序和調(diào)試程序一般都要經(jīng)過(guò)四個(gè)步驟：編輯、編譯、連接以及執(zhí)行和調(diào)試。各個(gè)步驟之間是順序關(guān)系，

16、編程的過(guò)程就是在它們之間作瀑布型的循環(huán)。Matlab語(yǔ)言與其它語(yǔ)言相比，較好地解決了上述問(wèn)題，把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫(huà)面上進(jìn)行靈活操作快速排除輸入程序中的書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤、語(yǔ)法錯(cuò)誤以至語(yǔ)意錯(cuò)誤，從而加快了用戶(hù)編寫(xiě)、修改和調(diào)試程序的速度，可以說(shuō)在編程和調(diào)試過(guò)程中它是一種比VB還要簡(jiǎn)單的語(yǔ)言。再者，Matlab運(yùn)行時(shí)，如直接在命令行輸入Mailab語(yǔ)句（命令），包括調(diào)用M文件的語(yǔ)句，每輸入一條語(yǔ)句，就立即對(duì)其進(jìn)行處理，完成績(jī)譯、連接和運(yùn)行的全過(guò)程。又如，將Matlab源程序編輯為M文件，由于Mat1ab磁盤(pán)文件也是M文件，所以編輯后的源文件就可直接運(yùn)行，而不需進(jìn)行編譯和連接。在運(yùn)行M

17、文件時(shí)，如果有錯(cuò)，計(jì)算機(jī)屏幕上會(huì)給出詳細(xì)的出鍺信息，用戶(hù)經(jīng)修改后再執(zhí)行，直到正確為止。所以可以說(shuō)，Mat1ab語(yǔ)言不僅是一種語(yǔ)言，廣義上講是一種該語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，即語(yǔ)言調(diào)試系統(tǒng)。 擴(kuò)充能力強(qiáng) Matlab系統(tǒng)不僅為用戶(hù)提供了可直接調(diào)用的豐富的庫(kù)函數(shù)，在進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)可以直接調(diào)用，而且用戶(hù)還可以根據(jù)需要，自行建立或擴(kuò)充完成指定功能的M文件。所以用戶(hù)文件也可作為Matlab的庫(kù)函數(shù)來(lái)調(diào)用。因而，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴(kuò)充新的庫(kù)函數(shù)，以便提高M(jìn)atlab使用效率和擴(kuò)充它的功能。另外，為了充分利用Fortran、C等語(yǔ)言的資源，包括用戶(hù)已編好的Fortran，C語(yǔ)言程序，通過(guò)建立Me調(diào)

18、文件的形式，混合編程，方便地調(diào)用有關(guān)的Fortran，C語(yǔ)言的子程序。1.2.5 語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富Mat1ab語(yǔ)言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一般形式為a，6，c = fun（d，e，f，），即一個(gè)函數(shù)由函數(shù)名，輸入變量d，e，f,和輸出變量a，b，c組成，同一函數(shù)名F，不同數(shù)目的輸入變量（包括無(wú)輸入變量）及不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義（有點(diǎn)像面向?qū)ο笾械亩鄳B(tài)性。這不僅使Matlab的庫(kù)函數(shù)功能更豐富，而大大減少了需要的磁盤(pán)空間，使得Matlab編寫(xiě)的M文件簡(jiǎn)單、短小而高效。 高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算Matlab語(yǔ)言象Basic、Fortran和C語(yǔ)言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)

19、系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、條件運(yùn)算符及賦值運(yùn)算符，而且這些運(yùn)算符大部分可以毫無(wú)改變地照搬到數(shù)組間的運(yùn)算，有些如算術(shù)運(yùn)算符只要增加“”就可用于數(shù)組間的運(yùn)算，另外，它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專(zhuān)門(mén)的庫(kù)函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，顯得大為簡(jiǎn)捷、高效、方便，這是其它高級(jí)語(yǔ)言所不能比擬的。在此基礎(chǔ)上，高版本的Matlab已逐步擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算的其它領(lǐng)域。因此，不久的將來(lái)，它一定能名符其實(shí)地成為“萬(wàn)能演算紙式的”科學(xué)算法語(yǔ)言。 方便的繪圖功能Matlab提供了許多“高級(jí)”圖形函數(shù)，可繪制出多只多彩的圖形。例如，繪制二維、三維曲線并對(duì)平面或空間多

20、邊形填充；繪制三維曲線面并對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜操作。Matlab還開(kāi)發(fā)了一些面向圖形對(duì)象的“低級(jí)”圖形函數(shù)，可以訪問(wèn)硬件系統(tǒng)建立各種“低級(jí)”圖形對(duì)象，它們以圖形句柄為界面。用戶(hù)使用圖形句柄可以操作圖形的局部元素。Matlab有一系列繪圖函數(shù)命令，適用于不同的坐標(biāo)體系，例如，線性坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)、半對(duì)數(shù)坐標(biāo)、極坐標(biāo)及三維坐標(biāo)，只需要調(diào)用不同的繪圖函數(shù)命令，即可在圖上標(biāo)出圖形的標(biāo)題，X軸、Y軸的坐標(biāo)，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡(jiǎn)單易行。另外，在調(diào)用繪圖函數(shù)時(shí)，調(diào)整自變量可繪出不同的線形：點(diǎn)線、實(shí)線、復(fù)線、或多重線；調(diào)整繪圖函數(shù)的另一些自變量可繪出不同顏色的各種線條。這就使得在Matlab環(huán)境下繪制的

21、圖形尤其清晰、精美、絢麗多彩。利用Matlab提供的這些圖形技術(shù)可以創(chuàng)造出無(wú)與倫比的彩色世界?？傊琈atlab語(yǔ)言的設(shè)計(jì)思想可以說(shuō)代表了當(dāng)前計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展方向。1.2.8 MATLAB 的“活”筆記本功能MATLAB的Notebook成功地把Microsift word與MATLAB集成為一個(gè)集體，為文字處理、科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)構(gòu)造了一個(gè)完美的統(tǒng)一的工作環(huán)境。Notebook是一個(gè)能夠解決各種計(jì)算問(wèn)題的文字處理軟件。只要在命令窗口中執(zhí)行Notebook或者在Word環(huán)境中建立M-book模板，就可以進(jìn)入一個(gè)新環(huán)境：在編輯科技文稿的同時(shí)可進(jìn)行科學(xué)演算（數(shù)值的或者符號(hào)的）,還可以作圖。這些

22、演算的結(jié)果可以即時(shí)顯示于操作命令之后。在這個(gè)環(huán)境中輸入的一切命令能夠隨時(shí)被激活、修改、重新運(yùn)算并更新原有結(jié)果。故Notebook稱(chēng)為MATLAB的“活”筆記本。這對(duì)于撰寫(xiě)科技論文的工程技術(shù)人員，對(duì)于編寫(xiě)理工學(xué)科教材的教師，對(duì)于演算理工學(xué)科習(xí)題的大學(xué)生，MATLAB的Notebook確實(shí)是一個(gè)極為理想的工具。2 三相橋式半控整流電路分析2.1 當(dāng)為不同值時(shí)電路輸出電壓ud的波形特點(diǎn)根據(jù)電力電子技術(shù)原理：（1）當(dāng)t=30即控制角=0時(shí)，正是三相整流電路的自然換相點(diǎn)，三相半控橋式整流電路的輸出電壓Ud的波形與三相橋式全控電路在=0時(shí)的輸出電壓波形一樣，ud為最大，其值為2.34U2；（2）當(dāng)60時(shí)，

23、負(fù)載R上得到的ud是三個(gè)間隔波頭完整而三個(gè)波頭卻缺角的脈動(dòng)波形；（3）當(dāng) =60時(shí)，ud是三個(gè)間隔波頭完整而波形正好連續(xù)的脈動(dòng)波形；（4）當(dāng)60180時(shí)，輸出電壓ud波形出現(xiàn)斷續(xù)。2.2 計(jì)算三相橋式半控整流電路（電阻性負(fù)載）輸出平均電壓Ud根據(jù)電力電子技術(shù)原理：當(dāng)060時(shí)， （1-1） 啟動(dòng)MATLAB的操作界面，MATLAB操作界面是用戶(hù)和MATLAB進(jìn)行那個(gè)交互的集成平臺(tái)，其默認(rèn)的外觀如圖31所示，在其中的命令窗口（Command Window）中輸入MATLAB符號(hào)運(yùn)算程序，計(jì)算整流輸出平均電壓 syms U2 Ud alpha omega t; T=1/50;omega=100*pi

24、; u1=sqrt(3)*sqrt(2)*U2*sin(omega*t); Ud1=3/(2*pi/omega)*int(u1,t,(pi/3+alpha)/omega,(2*pi/3)/omega); u2=sqrt(3)*sqrt(2)*U2*sin(omega*t-pi/3); Ud2=3/(2*pi/omega)*int(u2,t,(2*pi/3)/omega,(alpha+pi)/omega); Ud=Ud1+Ud2;Ud=expand(Ud);Ud=factor(Ud);Ud=vpa(Ud,4) 程序運(yùn)行結(jié)果為 Ud =1.169*U2*(1.+cos(alpha) （1） 當(dāng)0時(shí)

25、，有 （1-2） syms U2 Ud alpha omega t; T=1/50;omega=100*pi; u1=sqrt(3)*sqrt(2)*U2*sin(omega*t); Ud=3/(2*pi/omega)*int(u1,t,alpha/omega,pi/omega); Ud=expand(Ud);Ud=factor(Ud); Ud=vpa(Ud,) Ud=vpa(Ud,4)程序運(yùn)行結(jié)果為Ud =1.169*U2*(1.+cos(alpha) 由上可見(jiàn)，在帶電阻性負(fù)載時(shí)，三相橋式半控整流電路輸出平均電壓為（001800） （1-3）2.3 三相橋式半控整流電路的輸出波形分析圖2-1

26、a) 為三相橋式半控整流電路與電壓波形，它是由共陰極組三相半波可控整流與共陽(yáng)極組三相半波不可控整流電路串聯(lián)而成，兼有可控與不可控兩者的特點(diǎn)。a）一個(gè)變壓器同時(shí)對(duì)共陰極的晶閘管與共陽(yáng)極的二極管同時(shí)供電，A相正向電流iT1流過(guò)共陰極組管VT1管，經(jīng)負(fù)載流過(guò)共陽(yáng)極的二極管VD6回到B相。本設(shè)計(jì)既克服三相半波整流變壓器二次側(cè)只有1/3周期有單方向電流流過(guò)，變壓器利用率底，且直流分量造成變壓器直流磁化。為克服直流磁化引起的較大漏磁，需增大變壓器截面增加用鐵用銅量，而且三相橋式半控整流電路比三相橋式全控整流電路更加簡(jiǎn)單更加經(jīng)濟(jì)。b)電阻負(fù)載時(shí)，=0整流電路輸出最大電壓為2.34 U2 ，整流電路的波形如圖

27、2-1C）三相電路中，把晶閘管承受正壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的角度稱(chēng)為控制角，亦稱(chēng)為觸發(fā)角、移相角（Firing Angle）,晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度用表示，稱(chēng)為導(dǎo)通角（Conduction Angle）。改變的大小即改變觸發(fā)脈沖在每周期內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)刻稱(chēng)為移相，這周控制方式稱(chēng)為相控。由于三相整流在自然換流點(diǎn)之前晶閘管承受反壓，因此，自然換流點(diǎn)是晶閘管控制角的起算點(diǎn)（ =0）。由于自然換流點(diǎn)距相電壓波形原點(diǎn)為30，所以觸發(fā)脈沖距對(duì)應(yīng)相電壓的原點(diǎn)為30+ 。共陰極組的自然換流點(diǎn)（ =0）在t1時(shí)刻，由于A點(diǎn)位高于B、C，忽略管子的壓降，陰極點(diǎn)位將高于B、C點(diǎn)的電位，觸發(fā)VT1晶閘管，VT1導(dǎo)通，晶

28、閘管VT3、VT5承受反電壓而截至，B點(diǎn)點(diǎn)位最低，忽略管子的壓降，從而使共陽(yáng)極點(diǎn)的電位低于A、B點(diǎn)的電位，VD4、VD2反向截止，UAB電壓通過(guò)晶閘管VT1和二極管VD6加于負(fù)載，t2時(shí)，自然換流，VD2導(dǎo)通，VD6關(guān)斷，UAC電壓通過(guò)VT1、VD2加于負(fù)載，t3時(shí)，電路觸發(fā)換流為VT3而VT1關(guān)斷。以此類(lèi)推，負(fù)載上得到三個(gè)完整的波頭與三個(gè)間隔缺角的波形。當(dāng)=60時(shí)Ud的波形只剩三個(gè)波頭，波形維持臨界連續(xù)。=120是VT1管在t1時(shí)刻才導(dǎo)通，Uac電壓輸出，t2是Uac=0VT1才關(guān)斷。因此， 60時(shí)Ud的波形斷續(xù)，=180時(shí)Ud才為零。電阻負(fù)載時(shí)輸出電壓為 （1-4）2.4 三相橋式半控整流

29、電路（電阻性負(fù)載）輸出平均電壓Ud大電感負(fù)載時(shí)的電路圖見(jiàn)圖22，在t1是觸發(fā)晶閘管VT1導(dǎo)通，負(fù)載電流id經(jīng)過(guò)VT1、VD6流通。當(dāng)電流變小時(shí)，由于電感Ld產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用，維持電流的流通，既電路有續(xù)流作用，Ud波形與電阻負(fù)載時(shí)一樣，不會(huì)出現(xiàn)負(fù)電壓。當(dāng)電路工作時(shí)突然切除觸發(fā)脈沖或把快速調(diào)至180時(shí)，也會(huì)發(fā)生導(dǎo)通晶閘管不關(guān)斷而三個(gè)整流管輪流導(dǎo)通的現(xiàn)象，負(fù)載上仍有Ud=1.17 U2的電壓。為了避免失控，可在電路中并接續(xù)流管。并接續(xù)流管后只有當(dāng)60時(shí)才有續(xù)流電流，電流電壓波形請(qǐng)自行分析，為使電路能起到續(xù)流效果，要選用正向壓降小的續(xù)流管，整流橋輸出端與續(xù)流管之間的連線應(yīng)短而粗，最好選擇維持電流較

30、大的晶閘管。整流電路直流負(fù)載的感抗Ld和電阻Rd的大小相比不可忽略時(shí)，這種負(fù)載稱(chēng)為電感性負(fù)載。屬于此類(lèi)負(fù)載的有：電機(jī)的勵(lì)磁線圈，輸出串聯(lián)電抗器的負(fù)載等，整流電路帶電感性負(fù)載時(shí)的工作情況與帶電阻性負(fù)載時(shí)有很大不同，為便于分析，本設(shè)計(jì)的電路中把電感Ld與電阻Rd分開(kāi)，如圖2-2所示。電路串接電感后，id的變化波形落后ud的變化，使電流的峰值下降導(dǎo)通時(shí)間（導(dǎo)通角）延長(zhǎng)，負(fù)載端出現(xiàn)負(fù)電壓。Ld使電流波形平穩(wěn)起到“平波”的作用。在實(shí)際使用中為了在負(fù)載Rd上得到平穩(wěn)的直流，特地外接電感量很大第平波電抗器。由于Ld中無(wú)電阻（實(shí)際上導(dǎo)線電阻很?。?，其兩端的直流電壓Udl=0，負(fù)載電阻Rd上的電壓平均值UdR等

31、于管子導(dǎo)通時(shí)電源電壓平均值Ud，即ud的波形中的直流成分Ud全部降落在Rd上，而ud中的交流成分大部分降落在Ld上。在帶大電感負(fù)載時(shí)，三相橋式半控整流電路Ud的波形與電阻負(fù)載時(shí)一樣，不會(huì)像單相半波相控整流電路時(shí)那樣出現(xiàn)負(fù)電壓現(xiàn)象，但當(dāng)電路工作時(shí)突然切除觸發(fā)脈沖或把快速調(diào)至1800時(shí)，也會(huì)發(fā)生導(dǎo)通晶閘管不關(guān)斷而三個(gè)整流管輪流導(dǎo)通的現(xiàn)象，負(fù)載上仍有的電壓。為了避免失控，需要加續(xù)流管。在電感Ld很大的電感性負(fù)載電路中，當(dāng)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流上升比較緩慢，用窄脈沖觸發(fā)時(shí)，有可能在陽(yáng)極電流尚未達(dá)到晶閘管住電流IL時(shí)觸發(fā)脈沖已消失，使晶閘管不能導(dǎo)通。因此在大電感負(fù)載時(shí)要求觸發(fā)脈沖有足夠?qū)挾?，也可在?fù)

32、載兩端或電抗器兩端并聯(lián)電阻以使電流能快速增大。3 電路仿真3.1 Simulink軟件MATLAB提供的Simulink是一個(gè)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建立模型、仿真和分析的軟件，它支持連續(xù)、離散和兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時(shí)也支持多種采樣速率系統(tǒng)。Simulink為用戶(hù)提供了用框圖進(jìn)行建立模型的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)建立模型差不多就像用筆和紙作畫(huà)一樣直觀，與傳統(tǒng)的仿真軟件相比，具有更直觀、更方便、更靈活的有點(diǎn)。更重要的是Simulink能夠用MATLAB自身語(yǔ)言或C語(yǔ)言、FORTRAN語(yǔ)言，根據(jù)S 函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)格式寫(xiě)成用戶(hù)自己定義的功能模塊，其擴(kuò)充非常強(qiáng)。使用模塊的用戶(hù)可直接利用鼠標(biāo)在模型界面窗口中直

33、觀地“畫(huà)”出系統(tǒng)模型。在定義完一個(gè)模型后，可通過(guò)Simulink的菜單或MATLAB的命令窗口鍵入有關(guān)命令來(lái)對(duì)建立的模型進(jìn)行仿真。Simulink是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。在Simulink環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直接地“畫(huà)”出系統(tǒng)模型，然后之際進(jìn)行仿真。它為用戶(hù)提共了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫(huà)模型就想用手和紙來(lái)畫(huà)一樣容易。Simulink包含有Sinks（輸出方式）、Source（輸入端）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear(非線性環(huán)節(jié))、連接與接口和Extr

34、a（其他環(huán)節(jié)）等子模型庫(kù)，而且每個(gè)子模型庫(kù)中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶(hù)也可以定制和創(chuàng)建自己的模塊。Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶(hù)可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶(hù)可以從最高級(jí)開(kāi)始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來(lái)查看其下一級(jí)的內(nèi)容，以此類(lèi)推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶(hù)理解模型理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個(gè)模型后，用戶(hù)可以通過(guò)Simulink的菜單或MATLAB的命令窗口鍵入命令來(lái)對(duì)它進(jìn)行仿真。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一大類(lèi)仿真非常有用。采用Scope模塊和其他的畫(huà)圖模塊，在仿真進(jìn)行的同時(shí)，就可觀

35、看到仿真結(jié)果。除此之外用戶(hù)還可以在改變參數(shù)后迅速觀看到系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到MATLAB的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括顯性化和平衡點(diǎn)分析工具、MATLAB的許多基本工具箱及MATLAB的應(yīng)用工具箱。由于MATLAB和Simulink是集成在一起的，因此用戶(hù)可以在這兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。Simulink具有非常高的開(kāi)放性，提倡將模型通過(guò)框圖表示出來(lái)，或者將已有的模型添加組合到一起，或者將自己創(chuàng)建的模塊添加到模型當(dāng)中。Simulink具有較高的交互性，允許隨意修改模型參數(shù)，并且可以直接無(wú)縫地使用MATLAB的所有分析工具。對(duì)最后得到的結(jié)果可進(jìn)行

36、分析，并能夠?qū)⒔Y(jié)果可視化顯示。3.2 運(yùn)行Simulink單擊MATLAB工具條上的Simulink圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖3-1的Simulink模塊庫(kù)瀏覽器，單擊工具條左邊建立新模型的快捷方式，則顯示新建模型窗口，在模型窗口中可通過(guò)選擇模塊庫(kù)中的仿真模塊，建立三相橋式半控整流電路的MATLAB仿真模型如圖3-2所示 圖3-2 三相橋式半控整流電路的仿真模型s9027.mdl對(duì)于復(fù)雜、大型系統(tǒng)的模型，為了減少功能模塊得到個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化圖形，使控制系統(tǒng)仿真模型的結(jié)構(gòu)清晰，上下層次分明，互相關(guān)系明確，而方便大型復(fù)雜系統(tǒng)的仿真，把能夠?qū)崿F(xiàn)某些功能的相關(guān)模塊組合在一起，構(gòu)成一個(gè)新的功能模塊，稱(chēng)為子系統(tǒng)。 自定義新

37、功能模塊采用Simulink.模塊庫(kù)瀏覽器的“Commonly Used Block”模塊組中的“Subsystem”功能模塊。這種方法是:先復(fù)制“Subsystem”子系統(tǒng)的外套（罩），然后打開(kāi)“Subsystem”子系統(tǒng)窗口，再將要組合的功能模塊復(fù)制其中。本設(shè)計(jì)中就采用了子系統(tǒng)創(chuàng)建系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)方式。如下圖3-4和3-5所示。就是三相橋式半控整流電路仿真模型中的兩個(gè)子系統(tǒng)。圖3-3 仿真模型s9027.mdl的圖3-4 仿真模型s9027.mdl的子系統(tǒng)的連接端子。請(qǐng)關(guān)注圖標(biāo)形狀。崽子系統(tǒng)中，橢圓形圖標(biāo)為輸入（In1）或輸出模塊（Out1），六邊形圖標(biāo)為連接端口模塊（Connection

38、Port），系統(tǒng)中主要使用的模塊與提取路徑分別如下：輸入模塊In1 Simulink SimulinkCommonly Used BlocksIn1輸出模塊Out1 Simulink Simulink Commonly Used BlocksOut1連接端口模塊Connection Port SimulinkSimpoweSystemElementsConnection Port 交流電源 AC220v SimulinkSimpoweSystemElectricalSourcesACVoltage Source晶閘管Th SimulinkSimpoweSystemPower Electroni

39、csThyristor二極管 SimulinkSimpoweSystemPower ElectronicsDiode同步6脈沖發(fā)生器Pulse Generator SimulinkSimpoweSystemsControl BlocksSample 6-Pulse Generator負(fù)載電阻RSimulinkSimpoweSystemElementsSeries RLC Branch電壓測(cè)量 SimulinkSimpoweSystemMeasurementsVoltage Measurement電流測(cè)量 SimulinkSimpoweSystemMeasurements Current Mea

40、surement選路器 Simulink SimulinkSignal RoutingSelector 示波器ScopeSimulink SimulinksinksScope選路器Selector也叫選擇開(kāi)關(guān)，是MATLAB仿真庫(kù)中的一個(gè)重要的模塊，圖標(biāo)如圖3-5所示。 圖3-5 選擇器Selectr圖標(biāo)左側(cè)小黑方塊與小空白方塊數(shù)之和是其輸入信號(hào)的個(gè)數(shù)或路數(shù)（即使參數(shù)“Input port width”中設(shè)置的數(shù)值），右側(cè)小黑方塊數(shù)是輸出信號(hào)的個(gè)數(shù)或路數(shù)（即是參數(shù)“Elements（-1 for all elements）”中設(shè)置數(shù)組的維數(shù)），右側(cè)小黑方塊與左側(cè)小黑方塊有連線者表示信號(hào)聯(lián)通即有

41、左側(cè)輸入傳送到右側(cè)輸出，左側(cè)沒(méi)有被連線者一定是小空白方塊。其參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖3-6所示。圖3-6 選路器Selector參數(shù)設(shè)置對(duì)話框“Input type”輸入信號(hào)類(lèi)型，可選擇Vector（向量）與Matrix（矩陣），一般都是向量輸入，本例都是從一組向量數(shù)據(jù)中選取應(yīng)要信息，故選擇Vector?！癐ndex mode”基數(shù)標(biāo)志模式，可選擇Zero-based（零基）與One-based(一基)來(lái)進(jìn)行數(shù)數(shù)，“零基”者，即第一個(gè)數(shù)從0開(kāi)始計(jì)數(shù)；“一基”者，即第一個(gè)數(shù)從1開(kāi)始計(jì)數(shù)?！癝ource of element indeces(E)”輸入向量元素源，有Internal（內(nèi)部）與Extern

42、al（外部）兩個(gè)選擇，本設(shè)計(jì)只能選擇內(nèi)部?！癊lements（-1 for all elements）”輸入向量全部元素中元素的順序號(hào)，并用數(shù)組的形式設(shè)置，數(shù)組的維數(shù)是右側(cè)小黑方塊數(shù)即輸出信號(hào)的個(gè)數(shù)。數(shù)組的元素順序號(hào)，可按“零基”或按“一基”計(jì)數(shù)。請(qǐng)注意，只有元素源選擇內(nèi)部時(shí)才有效，本例是在“零基”下，故設(shè)置為【0 2 4】，即第一個(gè)元素、第二個(gè)元素、第三個(gè)元素?！癐nput port width”選路器輸入信號(hào)的個(gè)數(shù)或路數(shù)，設(shè)置的數(shù)值應(yīng)與輸入到選路器的模塊相配合，本設(shè)計(jì)是從六脈沖同步信號(hào)發(fā)生器輸入到選路器時(shí)應(yīng)設(shè)置為6.“Row（-for all rows）”矩陣行數(shù)，輸入信號(hào)類(lèi)型為Matri

43、x時(shí)才設(shè)置?！癈oluns（-1 for all columns）”矩陣列數(shù)，輸入信號(hào)類(lèi)型為Matrix時(shí)才設(shè)置。二極管參數(shù)及其設(shè)置在模型結(jié)構(gòu)圖中，雙擊二極管圖標(biāo)，則彈出二極管參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖3-7所示。“Resistance Ron（Ohms）”晶閘管導(dǎo)通電阻Ron （）?！癐nductance London（H）”晶閘管內(nèi)電感Lon（H）。當(dāng)電感參數(shù)設(shè)為0時(shí)，電阻參數(shù)不能同時(shí)設(shè)為0；當(dāng)電阻參數(shù)設(shè)為0時(shí)，電感參數(shù)也不能同時(shí)設(shè)為0?！癋orward voltage Vf（V）”晶閘管門(mén)檻電壓(V).在設(shè)置了門(mén)檻電壓Uf時(shí)，只有當(dāng)二極管正向電壓大于Uf后二極管才能導(dǎo)通?！癐nitial cur

44、rent Ic(A)”初始電流Ic(A)：通常將Ic設(shè)置為0,使系統(tǒng)在零狀態(tài)下開(kāi)始仿真。當(dāng)然，也可將Ic設(shè)置為非零。但是，初始電流Ic設(shè)置是有條件的。第一，二極管內(nèi)電感大于0，第二，仿真電路的其他儲(chǔ)能元件也設(shè)定了初始值?！癝nubber esistance Rs(Ohms)”吸收電阻（或稱(chēng)緩沖電阻）Rs（）。“Snubber capacitance Cs（F）”吸收電容（或稱(chēng)緩沖電容）Cs（F）；為消除緩沖，即取消吸收電路（或稱(chēng)緩沖電路），可將Rs設(shè)置為無(wú)窮大（inf），并將Cs設(shè)置為0.為設(shè)置純電阻吸收電路，可將Cs設(shè)置為無(wú)窮大（inf），只設(shè)置吸收電阻。晶閘管參數(shù)及其設(shè)置在模型結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)

45、鼠標(biāo)雙擊晶閘管圖標(biāo)是，則彈出晶閘管參數(shù)設(shè)置對(duì)話框圖略。“Resistance Ron（Ohms）”晶閘管導(dǎo)通電阻Ron （）?！癐nductance London（H）”晶閘管內(nèi)電感Lon（H）。與二極管相同，當(dāng)電感參數(shù)設(shè)為0時(shí)，電阻參數(shù)不能同時(shí)設(shè)為0；當(dāng)電阻參數(shù)設(shè)為0時(shí)，電感參數(shù)也不能同時(shí)設(shè)為0?！癋orward voltage Vf（V）”晶閘管門(mén)檻電壓Uf(V)?！癐nitial current Ic(A)”初始電流Ic(A)；其設(shè)置同二極管。“Snubber esistance Rs(Ohms)”吸收電阻Rs（）?！癝nubber capacitance Cs（F）”吸收電容Cs（F）；同二極管，可對(duì)Rs與Cs設(shè)置不同的數(shù)值以改變或取消吸收電路。3.3 模型仿真及其結(jié)果對(duì)三相橋式半控整流電路s9027.mdl仿真，其仿真選取了