三相桥式整流电路报告.docx
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三相桥式整流电路报告
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00000000
专业00000000
班级00000000
学号00000000
学生姓名00000000
指导教师00000000
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。
输入三相电压源，线电压取380V，50Hz，内阻0.002欧姆。
利用六个晶闸管搭建三相桥式整流电路的模型。
负载为纯电阻负载，电阻取1欧姆，仿真时间取0.12s，设置相关参数，利用示波器查看仿真波形，设置触发角为60°并将
、
、UVT1波形记录下来。
当负载为阻感负载，电阻取1欧姆，电感10mH，仿真时间取0.12s，设置相关参数，利用示波器查看仿真波形，并将
、
、UVT1波形记录下来。
故障波形的采集：
当触发角为60度时，将2号晶闸管断开，查看电阻负载下的输出电压
的波形，记录下来，并分析故障现象。
交流-直流变换装置又称整流器，用于将交流电转变为直流电，并在整流的同时对直流电压电流进行调节，以符合用电设备的要求。
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。
二、基本原理
晶闸管三相整流电路由整流变压器、六个桥式连接的晶闸管、负载和触发器等组成。
主电路结构原理如图1所示。
图1三相整流电路原理图
晶闸管按从1至6的顺序导通，将晶闸管按图示的顺序编号，共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，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，导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。
使用三相全桥整流时，负载相当于接在两相的线电压上，而线电压的最高值每个周期会交换六次，线电压波峰的交点为自然交换点，当触发角α=0时，整流出的电流为一个周期内有六个波峰的直流电，它们的电压波形如图2所示。
图2三相桥式全控整流电路电阻负载α=0时的电压输出波形
将波形中的一个周期等分为六段，每段为60度，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示。
时段
1
2
3
4
5
6
共阴极中导通的晶闸管
VT1
VT1
VT3
VT3
VT5
VT5
共阳极中导通的晶闸管
VT6
VT2
VT2
VT4
VT4
VT6
整流输出电压Ud
Uab
Uac
Ubc
Uba
Uca
Ucb
表1晶闸管导通顺序
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。
当为阻感负载时，此时负载电压连续，而负载电流的波动幅度的大小取决于电感的大小，当电感值比较大时，负载电流波动将会很小，
当α>60°，即使线电压过零为负值时，相应的晶闸管仍会导通，即电流仍然是连续的。
当α=90°时，线电压为正的导通部分与为负时的面积相等，则在一个周期内，负载电压为零，故阻感负载时，触发角不能大于90°。
可得当整流输出电压连续时的平均值为（阻感负载α≤90°或电阻负载α≤60°时）：
（1）
带电阻负载且α＞60°时，此时的负载电压和电流都不连续，整流电压平均值为：
（2）
三、仿真模型
1、纯电阻负载
纯电阻负载仿真电路如图3。
图3三相桥式全控整流电路纯电阻负载时的仿真电路
三相电源的相电压有效值为220V，频率为50HZ，电源内阻设为0.002Ω，负载为纯电阻负载，电阻取1Ω。
仿真时，设定触发角为60°，根据各个晶闸管的导通关系，可以得到每个晶闸管的导通延时为：
VT1延时：
0.02/4
VT2延时：
0.02/6+0.02/4
VT3延时：
0.04/6+0.02/4
VT4延时：
0.06/6+0.02/4
VT5延时：
0.08/6+0.02/4
VT6延时：
0.10/6+0.02/4
设置好参数后得到输出电压
、输出电流
波形如图。
图4α=60°时纯电阻负载下输出电压
图5α=60°时纯电阻负载下输出电压
利用公式计算纯电阻负载下
、
的平均值：
V
=257.4V
=
=257.4A
由图4、图5可知，在电阻负载，α=60°时，
、
的计算值与仿真波形一致，
、
波形相同且
出现了为零的点。
VT1的电压波形如图。
图6α=60°时VT1的电压波形
2、阻感负载
阻感负载仿真电路图如图7
图7阻感负载时的仿真电路图
设定三相电源的相电压有效值为220V，频率为50HZ，电源内阻设为0.002Ω，负载为纯电阻负载，电阻取1Ω，电感取10mH，设定触发角为60°，得到输出电流
，输出电压
波形如图。
图8α=60°时阻感负载下输出电压
图9α=60时阻感负载下输出电流
由图可以看出，在阻感负载α=60°时，电压和电流波形是不一样的，电压波形与纯电阻时负载一样，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。
电流则因为负载上电感的存在而变得平缓，因为电感的电流不能突变，电流缓慢上升到一个定值，随着电压的波动而在定值上下波动。
利用公式计算纯电阻负载下
的平均值：
V
=257.4V
晶闸管VT1的电压波形如图
图10阻感负载时α=60°时VT1的电压波形
3、故障仿真模型
设晶闸管的触发角α=60°，并断开第2个晶闸管VT2，作为故障波形的采集。
采用纯电阻负载的三相桥式整流电路作为分析，设置参数后，仿真得到输出电压波形
如图
图11VT2故障仿真模型
图12VT2故障时输出电压波形
由负载电压Ud的波形可以看出，导通的波峰显示完全，说明触发角α是60°，但一个周期只有4个波峰，通过与正常导通的
波形对比，可知是缺少第1，第2波峰。
由三相桥式整流电路的晶闸管导通关系可以判断出是VT2的触发脉冲出现了故障，导致负载电压到了第一和第二个波峰时，由于VT2没有导通，电压仍然保持上一个波峰的电压一直降到零，经过120°后，再次导通。
所以负载电压总是缺少第一第二个波峰。
四、课程设计体会
对于这次的课程设计感触很多。
首先是电路模型的搭建，网上虽然有很多电路图但大多采用集成模块，不符合设计要求。
在参照合适的电路图搭建好模型后对元件进行参数设置，虽然Matlab是纯英文的，但借助翻译软件可以勉强使用。
在完成电路模型的搭建后，对电路进行仿真测试，但软件一直报错，而电路的连接、参数设置均没有检查出问题。
在网上查找资料后，发现进行此类仿真实验需要在电路中添加名为Powergui的元件才可以正常使用，而参照的电路图中并未出现该元件，可能是使用的Matlab版本不同造成的，可见参考的资料未必一定正确，应当根据自己的需要参考其他资料进行修改。
在电路可以正常使用后，生成的所需波形与参考波形差距较大，依旧需要修改元件的设置参数。
与同学讨论后发现应当更改Pulse的参数，因为使用电源的频率为50Hz，所以其周期应当改为0.02s与电源频率相对应。
经过对元件参数的重新设置后终于得出了正常的波形。
对于这次的课程设计，不光重新温习了电力电子的相关知识，更学会了使用Matlab对电路建模仿真，这对日后的学习更有帮助。
图书馆中有关Matlab的参考书很多，内容也很复杂，在这些参考书中找到对此次设计有帮助的内容着实费了一番力气，但同样收获也是巨大的，今后要多多学习使用Matlab方便日后的学习。
五、参考文献
[1]张兴.高等电力电子技术.[M].北京：
机械工业出版社,2011.
[2]李传琦,等.电力电子技术计算机仿真试验.北京:
电子工业出版社,2006.
[3]刘卫国.MATLAB程序设计教程（第二版）[M].北京：
中国水利水电出版社,2010.
[4]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京：
机械工业出版社,2009.
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