電力電子Matlab仿真

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)遼寧科技大學課程名稱： 三項橋式全控整流的性能研究 院 系： 電子與信息工程學院 班 級： 學 號： 姓 名： 時 間： 2015年12月15日 摘要：對于廣泛使用的三相橋式整流電容濾波電路，在直流側接入電抗器是提高電路輸入功率因數(shù)降低諧波電流的有效方法。通過分析得出了電路各項輸入指標與參數(shù)間的理論關系式，為電路分析設計提供了有效的工具。仿真與實驗證明了結論的正確性。利用MATLAB7.0 的Simulink 的電力系統(tǒng)仿真模型進行可控整流電路的仿真研究，給出三相橋式全

2、控整流電路的理論分析波形圖，用MATLAB 命令語言驗證了理論分析，并提供該電路的MATLAB 的仿真模型圖，得到仿真波形圖。關鍵詞：三相橋式全控整流；觸發(fā)角 ；電阻負載；仿真模型圖概述隨著社會生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，整流電路在自動控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和發(fā)電機勵磁系統(tǒng)等領域的應用日益廣泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路。三相全控整流電路的整流負載容量較大,輸出直流電壓脈動較小,是目前應用最為廣泛的整流電路。它是由半波整流電路發(fā)展而來的。由一組共陰極的三相半波可控整流電路和一組共陽極接法的晶閘管串聯(lián)而成。六個晶閘管分別由按一定規(guī)律的脈沖觸發(fā)導通

3、，來實現(xiàn)對三相交流電的整流，當改變晶閘管的觸發(fā)角時，相應的輸出電壓平均值也會改變，從而得到不同的輸出。由于整流電路涉及到交流信號、直流信號以及觸發(fā)信號，同時包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當繁瑣，高壓情況下實驗也難順利進行。Matlab提供的可視化仿真工具Simulink可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結果，直觀性強，進一步省去了編程的步驟。本文利用Simulink對三相橋式全控整流電路進行建模，對不同控制角、橋故障情況下進行了仿真分析，既進一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時也為現(xiàn)代電力電子實驗教學奠定良好的實驗基礎。

4、整流電路是電力電子中出現(xiàn)最早的一種形式，它將交流電轉變?yōu)橹绷麟?，電路形式十分廣泛。三相橋式全控整流電路以及三相橋式全控逆變電路在現(xiàn)代電力電子技術中具有很重要的作用和很廣泛的應用。這里結合全控整流電路以及全控逆變電路理論基礎，采用Matlab的仿真工具Simulink對三相橋式全控整流電路和三相橋式全控逆變電路進行仿真，對輸出參數(shù)進行仿真及驗證，進一步了解三相橋式全控整流電路和三相橋式全控逆變電路的工作原理。原理一般變壓器一次側接成三角型，二次側接成星型，晶閘管分共陰極和共陽極。一般1、3、5為共陰極，2、4、6為共陽極。（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器

5、件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。2)共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6 、VT2也依次差120。3)同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。（3）Ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。三相橋式全控整流電路實質上是三相半波共陰極組與

6、共陽極組整流電路的串聯(lián)。在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通才能形成導電回路，其中一個晶閘管是共陰極組的，另一個晶閘管是共陽組的。 6 個晶閘管導通的順序是按 VT6 VT1 VT1 VT2 VT2 VT3 VT3 VT4 VT4 VT5 VT5 VT6 依此循環(huán)，每隔 60 有一個晶閘管換相。為了保證在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個周期內對每個晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為 60 。三相橋式全控整流電路用作有源逆變時，就成為三相橋式逆變電路。由整流狀態(tài)轉換到逆變狀態(tài)必須同時具備兩個條件：一定要有直流電動勢源，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應稍大于變流

7、器直流側的平均電壓；其次要求晶閘管的 a 90 ，使 U d 為負值。所謂逆變，就是要求把負載（電機）吸收的直流電能轉變?yōu)榻涣麟娔芊答伝仉娋W(wǎng)。三相橋式有源逆變電路實質上是三相橋式可控整流電路工作的一個特定狀態(tài)，三相橋式逆變。要使整流電路工作于逆變狀態(tài)，必須有兩個條件：(1)變流器的輸出Ud能夠改變極性。因為晶閘管的單向導電性，電流Id不能改變方向，為了實現(xiàn)有源逆變，必須去改變Ud 的電極性。只要使變流器的控制角90即可。(2)必須要有外接的直流電源E，并且直流電源E也要可以改變極性，并且|E|Ud|。上述條件必須同時滿足，才能實現(xiàn)有源逆變。三相橋式全控整流電路用作有源逆變時，就成為三相橋式逆變

8、電路。由整流狀態(tài)轉換到逆變狀態(tài)必須同時具備兩個條件：一定要有直流電動勢源，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應稍大于變流器直流側的平均電壓；其次要求晶閘管的 a 90 ，使 U d 為負值在第（1）段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管KP1被觸發(fā)導通，b相電位最低，所以供陽極組的晶閘管KP6被觸發(fā)導通。這時電流由a相經(jīng)KP1流向負載，再經(jīng)KP6流入b相。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流為正，共陽極組的b相電流為負。加在負載上的整流電壓為Ud=Ua-Ub=Uab 經(jīng)過60后進入第(2)段時期。這時a相電位仍然最高，晶閘管KPl繼續(xù)導通，但是c相電位卻變成最低，當經(jīng)過自然換相點時觸發(fā)

9、c相晶閘管KP2，電流即從b相換到c相，KP6承受反向電壓而關斷。這時電流由a相流出經(jīng)KPl、負載、KP2流回電源c相。變壓器a、c兩相工作。這時a相電流為正，c相電流為負。在負載上的電壓為Ud=Ua-Uc=Uac再經(jīng)過60，進入第(3)段時期。這時b相電位最高，共陰極組在經(jīng)過自然換相點時，觸發(fā)導通晶閘管KP3，電流即從a相換到b相，c相晶閘管KP2因電位仍然最低而繼續(xù)導通。此時變壓器bc兩相工作，在負載上的電壓為Ud=Ub-Uc=Ubc3、實驗線路和參數(shù)設置 實驗仿真模型如下：對于晶閘管兩端的電壓、電流波形，我們觀察VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6中的一個即可，在該模型中我觀察

10、的是VT1的電壓、電流波形。設置模型參數(shù)：交流電壓源U2，電壓為141V，頻率為50Hz，初始相位角0。參數(shù)設置框如下：這是A相的電壓，B、C相分別在Phaes設置240和120。這是A相的電壓，B、C相分別在Phaes設置：VT1VT6的參數(shù)設置是一樣的。負載的參數(shù)設置：我們的負載是RL型的，所以在Branch type這欄選擇的是RL，且RL的值設定如上圖：本電路中晶閘管的觸發(fā)采用簡單的脈沖觸發(fā)器（PulseGenerator）來產(chǎn)生，脈沖發(fā)生器的脈沖周期必須和交流電源u2同步。晶閘管的控制角以脈沖的延遲時間t來表示，t=/360，其中，為控制角，=1/f，f為交流電源頻率。本仿真電路在=

11、0、30、60、90、120時的脈沖發(fā)生器參數(shù)0306090120觸發(fā)時間(S)晶閘管名VT10.0.0.0050.0.VT20.0.0.0.0.VT30.0.0.0.0.VT40.0.0.0.0.VT50.0.0.0.0.VT60.0.0.0.0.（5）示波器參數(shù)設置將示波器的記錄時間為1秒，頁面應該是設置為白色或者淺色背景色（底色），黑色或者深色前景色（畫筆顏色）。并將示波器的數(shù)據(jù)記錄點改成53069，如下圖：4. 過程及波形實驗步驟：在實驗模型在SIMULINK內搭建完成后，并且把每個模塊的實驗參數(shù)設置完成后。在本仿真電路中，將仿真時間設為0.2s，在參數(shù)設置完畢后即可開始仿真。在菜單S

12、imulation下選擇Start，或者直接點擊工具欄上的運行仿真立即開始，在屏幕下方的狀態(tài)欄上可以看到仿真的進程。若要中途停止仿真可以選擇Stop，在仿真計算完成后即可以通過示波器來觀察仿真的結果。實驗結果：（1）當觸發(fā)角a為0時，三相電源電壓、晶閘管兩端電壓、負載電流、負載電壓波形如下圖所示（2）當觸發(fā)角a為30時，三相電源電壓、晶閘管兩端電壓、負載電流、負載電壓波形如下圖所示（3）當觸發(fā)角a為60時，三相電源電壓、晶閘管兩端電壓、負載電流、負載電壓波形如圖下圖所示（4）當觸發(fā)角a為90時，三相電源電壓、晶閘管兩端電壓、負載電流、負載電壓波形如下圖所示（5）當觸發(fā)角a為120時，三相電源電

13、壓、晶閘管兩端電壓、負載電流、負載電壓波形如圖下圖所示5、 分析和討論5.1、波形分析1.當觸發(fā)角小于60時，整流輸出電壓波形與純阻性負載時基本相同，所不同的是，阻感性負載直流側電流由于有電感的濾波作用而不會發(fā)生急劇的變化，輸出波形較為平穩(wěn)。2.當觸發(fā)角大于等于60小于90時，由于電感的作用，延長了管子的導通時間，使Ud波形出現(xiàn)負值，而不會出現(xiàn)斷續(xù)，所以直流側輸出電壓會減小，但是由于正面積仍然大于負面積，這時直流平均電壓仍為正值。3.觸發(fā)角大于90時，由于Id太小，晶閘管無法再導通，輸出幾乎為0。工作在整流狀態(tài)，晶閘管所承受的電壓主要為反向阻斷電壓。移相范圍為090。電感能夠使電流輸出平穩(wěn)；在

14、沒有續(xù)流二極管的情況下，晶閘管的導通時間得到延長，而當加入續(xù)流二極管后，電流通過二極管續(xù)流，二極管續(xù)流功率損耗較小，這時輸出電流相對來說就較不加續(xù)流二極管時要小，而輸出電壓相對來說卻要大。5.2、討論問題：1、不同的晶閘管參數(shù)設置，對應的的波形一樣嗎？答：不同的晶閘管參數(shù)設置，U2和Uvt的波形沒有什么變化，主要變化的是Id和Ud的波形，幅值改變了。如下圖是為120時，每個晶閘管參數(shù)為Rs是3.1e1，Cs為7.0e-6的時候波形圖:2、不同的RL值，對應的波形一樣嗎？答：對應的波形不一樣，下圖是改變了RL參數(shù)的波形圖，R改為了100e-1，L改為了100e-3，其對應的波形除了U2的波形外都

15、有明顯的不同，無論是波形的幅值還是波形的形狀。6、結論與收獲通過仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路及逆變電路的輸出電壓受控制角和負載特性的影響，通過應用Matlab的可視化仿真工具Simulink對三相橋式全控整流電路及逆變電路的仿真結果進行了詳細分析，并與常規(guī)電路理論分析方法所得到的輸出電壓波形進行比較，進一步驗證了仿真結果的正確性。采用MatlabSimulink對三相橋式全控整流電路及逆變電路進行仿真分析，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種直觀、快捷分析整流電路的新方法。應用MatlabSimulink進行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直觀地觀察到仿真結果隨參數(shù)的變化情況。通過這次課程設計，我了解到了整個電力電子裝置的研制流程。在設計主電路