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下面是本人在大二下时做MATLAB设计仿真，在此做分享。 附件压缩包中有相关SIMULINK仿真文件（本人很菜，可交流学习；若有错误或做得不好之处欢迎各位前辈指正）
三相全控桥整流电路在各种整流电路中，应用最为广泛。应用计算机仿真来研究电力电子装置，有利于提高研究效率，降低研发成本。基于MATLAB/ SIMULINK软件的电力电子电路仿真，更有助于学习电力电子，加深对各种电路器件原理的理解。结合全控整流电路理论基础，采用MATLAB的仿真工具SIMULINK对三相桥式全控整流电路的进行仿真，对输出电压、电流、变压器二次侧电压、二次侧电流、晶闸管电压等参数进行仿真验证，进一步了解三相桥式全控整流电路的工作原理及输出特性。
目录
一、概述 二、理论基础 三、带电阻负载时的工作状态 3.1 状态分析 3.2 MATLAB/SIMULINK仿真与分析 四、带阻感负载时的工作状态 4.1 状态分析 4.2 MATLAB/SIMULINK仿真与分析 五、定量分析 六、总结 七、参考文献
一、概述 电力电子技术在当代生活中发挥着无可替代的作用，而其中的整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。并且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。它是由半波整流电路发展而来的。由一组共阴极的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的晶闸管串联而成。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。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。
二、理论基础 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(VT4，VT6，VT2)的串联组合。在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管VT1和VT4接a相，晶闸管VT3和VT6接b相，晶管VT5和VT2接c相。晶闸管VT1，VT3，VT5组成共阴极组，而晶闸管VT4，VT6，VT2组成共阳极组。 三、带电阻负载时的工作状态 3.1状态分析 三相桥式全控整流电路点电阻负载的原理图如图1所示。可以假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角a=0°时的情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极组接交流电压值最大的一个导通。而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最小的一个晶闸管处于导通状态。这样任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加在负载上的电压为某一线电压。 图1 三相桥式整流电路电阻负载电路原理图 a=0°时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二次绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析Ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。 从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，以变压器二次侧的中点n为参考点，整流输出电压Ud为相电压在正半周的包络线;共阳极组导通时，整流输出电压Ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压Ud=Ud1-Ud2，是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。 直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大(正得最多)的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小(负得最多)的相电压，输出整流电压Ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ug波形为线电压在正半周期的包络线。 图2 三相桥式整流电路电路点电阻负载a=0°时的波形 如图2所示，将波形的一个周期等分为六段，每段为60°。在第一段，a相电压最高，共阴极组的晶闸管VT1被触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管VT6被触发导通。这时电流由a相经VT1流向负载，再经VT6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为Ud=Ua-Ub=Uab。 经过60°后为第二段，a相电位仍然最高，晶闸管VT1继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管VT2，电流即从b相换到c相，VT6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经VT1、负载、VT2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为Ud=Ua-Uc=Uac。再经过60°进入第三段，这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管VT3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管VT2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为Ud=Ub-Uc=Ubc。 同样，按上述方式类推，可得到每一段中晶闸管的导通及输出整流电压情况：
3.2MATLAB/ SIMULINK仿真与分析 本次仿真使用的是MATLAB2018b，经分析三相桥式全控整流电路带电阻负载原理图后，在SIMULINK中做出三相桥式全控整流电路仿真电路图，如图3所示。
图3 三相桥式全控整流电路带电阻负载SIMULINK仿真电路图 在上述仿真电路图中，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发信号源分别是PG1、PG2、PG3、PG4、PG5、PG6，电阻阻值设定为10欧姆，CM1测量为变压器二次侧电流Id、CM2测量为经过VT1的电流，VM测量变压器二次侧电压Ud、VM1测量VT1上的电压，并且所测数据均在一个示波器中显示。 以a=0°时为例,对三相电来说，最大值为310V；相位相差120°，故对AC1、AC2、AC3分别为0°、-120°、-240°。
调节触发脉冲时，需要计算对VT1-VT6给定脉冲的时刻，在MATLAB命令行窗口输入字段如下：
所得结果为：VT1 =0.0017；VT2 =0.0050；VT3 =0.0083；VT4 =0.0117；VT5 =0.0150；VT6 =0.0183。故对PG1触发时刻修改为0.0017周期修改为0.02；其他时间的出发时刻按计算结果修改即可。
调节电阻阻值，设置10欧姆。 设置示波器7个输入口，分别检测变压器二次侧电压VM，晶闸管VT1电压VW1，变压器二次侧电流CM1，通过AC的电流CM3， AC1、AC2、AC3两两之间的电压降以及PG1—PG6之间的触发脉冲。 在电路图链接好之后，对电路进行运行；运行通过过后，点击示波器，观察相应波形，a=0°时 三相桥式全控整流带电阻电路仿真图像，如图4所示。 图4 a=0°时三相桥式全控整流带电阻电路仿真图像 从触发角a=0°时的情况可以总结出三相桥式全控整流电路的一些特点如下:
1)每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。
2)对触发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2，也依次差120°；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。
3)整流输出电压Ua一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。 4)在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于60°(一般取80°— 100°)， 称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60°，脉宽一般为20°—30°，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。因此，常用的是双脉冲触发。 5) a=0°时晶闸管承受的电压波形示于图5的VM1。图中仅给出VT的电压波形。将此波形与三相半波时图5中的VT,电压波形比较可见，两者是相同的，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也与三相半波时一样。 图5还给出了晶闸管VT,流过电流Ivt1的波形，由此波形可以看出，晶闸管一周期中有120处于通态，240°处于断态，由于负载为电阻，故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的Ua波形相同。 修改触发角a=30°，运行得到计算对VT1-VT6给定脉冲的时刻，VT1 =0.0033；VT2 =0.0067；VT3 = 0.0100；VT4 =0.0133；VT5 =0.0167；VT6 =0.0200。运行后得到a=30°时的三相桥式全控整流带电阻电路仿真图像，如图5所示。 图5 a=30°时三相桥式全控整流带电阻电路仿真图像 同理，根据上述原则修改触发角，分别得到a=60°、a=90°、a=120°的图像，分别如图6、图7、图8所示。 图6 a=60°时三相桥式全控整流带电阻电路仿真图像 图7 a=90°时三相桥式全控整流带电阻电路仿真图像 图8 a=120°时三相桥式全控整流带电阻电路仿真图像 当触发角a改变时，电路的工作情况将发生变化。图5 给出了a=30°时的波形。从wt角开始把一个周期等分为六段，每段为60°。与a =0°时的情况相比，一周期中Ud波形仍由六段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合晶闸管的导通及输出整流电压情况的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30°，组成的每一段线电压因此推迟30°，Ud平均值降低，晶闸管电压波形也相应发生了变化。图中同时给出了变压器二次侧a相电流i，的波形，该波形的特点1是，在VT，处于通态的120°期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的us波形相同，在VT4处于通态的120°期间，ia波形的形状也与同时段的Ud波形相同，但为负值。 图6给出了a= 60°时的波形，电路工作情况仍可对照导通及输出整流电压情况的规律分析。Ua 波形中每段线Ud电压的波形继续向后移，Ud平均值继续降低。a=60°时Ud出现了为零的点。 由以上分析可见，当a≤60°时，Ud波形均连续，对于电阻负载，ig 波形与ua波形的形 状是一样的，也连续。当a>60°时，如a=90°时电阻负载情况下的工作波形如图7所示，此时Ud波形每60°中有30°为零，这是因为电阻负载时id波形与Ud波形一致，一旦Ud降至零id也降至零，流过晶闸管的电流即降至零，晶闸管关断，输出整流电压Ud为零，因此Ud波形不能出现负值。图7还给出了晶闸管电流Ivt1和变压器二次电流ia的波形。 如果a角继续增大至120°，整流输出电压Ud波形将全为零，其平均值也为零，可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是0°—120°。 四、带阻感负载时的工作状态 4.1状态分析 三相桥式整流电路带阻感负载是仅在电阻负载的情况下，添加了一个电感，原理与带电阻负载基本相同，在此不再赘述。 4.2 MATLAB/ SIMULINK仿真与分析 经分析三相桥式全控整流电路带阻感负载原理图后，在SIMULINK中做出三相桥式全控整流电路仿真电路图，如图9所示。 另外，在仿真时，触发脉冲的给定时间以及三相电源的相位差和最大值均与电阻负载情况下相同。但值得注意的是，在设定电感时，可将其设定为0.5,而不是无穷大。 图9 三相桥式全控整流电路带阻感负载SIMULINK仿真电路图 下面分别是a分别为0°、30°、60°、90°、120°的示波器得到的仿真图像。 图10 a=0°时三相桥式全控整流带阻感负载电路仿真图像 图11 a=30°时三相桥式全控整流带阻感负载电路仿真图像 图12 a=60°时三相桥式全控整流带阻感负载电路仿真图像 图13 a=90°时三相桥式全控整流带阻感负载电路仿真图像 图14 a=120°时三相桥式全控整流带阻感负载电路仿真图像 当a≤60°时，Ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压Ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同，电阻负载时id波形与Ud波形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。图11和图12分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0°和a= 30°时的波形。 当a >60°时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时Ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，Ud波形会出现负的部分。图14 给出了a=90°时的波形。若电感L值足够大，Ud中正负面积将基本相等，Ud平均值近似为零。这表明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为0°—90°。 五、定量分析 带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是0°—120°； 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为0°—90°。 5.1 整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载a≤60°时， 带电阻负载且a>60°时， 5.2 整流输出电流平均值 5.3 带反电势阻感负载时的整流输出电流平均值 六、总结 通过此次仿真实验，让自己对三相全控桥整流电路工作原理及输出特性了解得更加详细和印象深刻，了解了三相全控桥整流电路在不同触发角及负载条件下的输出波形特性，并且练习了MATLAB/SIMULINK软件的使用，学会了仿真模型的搭建及通过设置各种合理的参数组合来观察实验结果以得到比较理想的波形，收获良多。
本人初学,仅供参考,存在错误和不足之处,请大家回帖多多指教,切勿照搬,文件下载:
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