基于MATLAB的三相半波可控整流电路的仿真研究

基于Matlab/Simulink的三相桥式全控整流电路的建模与仿真摘要本文在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上，建立了基于Simulink的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其带电阻负载时的工作情况进行了仿真分析与研究。

通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。

关键词Simulink建模仿真三相桥式全控整流对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载，可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。

故在负载容量较大的场合，通常采用三相或多相整流电路。

三相或多相电源可控整流电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小、控制响应快，因此被广泛应用于众多工业场合。

本文在Simulink仿真环境下，运用PowerSystemBlockset的各种元件模型建立三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其进行仿真研究。

一、三相桥式全控整流电路的工作原理三相桥式全控整流原理电路结构如图1所示。

三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（见图1-1）。

6个晶闸管以次相隔60度触发，将电源交流电整流为直流电。

三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。

整流变压器采用三角形/星形联结是为了减少3的整倍次谐波电流对电源的影响。

元件的有序控制，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT、VT。

它们可构成电源系统对负载供电的6条整流回路，各整流回路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。

图1-1 三相桥式全控整流原理电路二、基于Simulink三相桥式全控整流电路的建模三相桥式全控整流电路在Simulink环境下，运用PowerSystemBlockset的各种元件模型建立了三相桥式全控整流电路的仿真模型，仿真结构如图2-1所示：图2-1 三相桥式全控整流电路的仿真模型在模型的整流变压器和整流桥之间接入一个三相电压-电流测量单元V-I是为了观测方便。

用simulink对三相桥式全控整流电路进行仿真研究姓名：刘佰兰学校：中山大学学号：09382014 专业：自动化摘要：三相桥式全控整流电路在现代电力电子技术中具有很重要的作用和很广泛的应用。

这里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，对输出参数进行仿真及验证，进一步了解三相桥式全控整流电路的工作原理。

关键词：simulink 三相桥式全控整流仿真一、研究背景随着社会生产和科学技术的发展，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。

本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。

二、三相桥式全控整流电路工作原理1.三相桥式全控整流电路特性分析图1是电路接线图。

三相桥式全控整流电路图是应用最为广泛的整流电路，其电路图如下：图1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。

学号中州大学毕业设计（论文）题目基于MATLAB 的三相桥式半控整流电路的设计及仿真学院工程技术学院专业电气自动化技术年级 07 班级 07电气学生姓名王惊涛指导教师赵静职称讲师时间 2010年5月8号中州大学工程技术学院毕业设计（论文）任务书专业电气自动化技术年级___07级____班级 07电气__指导老师__赵静_学号_______200701131011311______学生__ 王惊涛 _____毕业设计（论文）题目毕业设计（论文）工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法、成果形式，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页）1、对三相桥式半控整流电路在带电阻性及电阻电感性负载、不同控制角o 、60o ）下的工作情况进行理论分析；2、对上述电路进行仿真，得到各支路电压及电流的仿真曲线，并验证仿真结果和理论分析是否相符；3、带电感性负载时若去掉平波电抗器，重新对电路仿真，根据仿真结果说明平波电抗器的作用。

电路参数：1、三相对称电源：峰值电压为100V ，频率为25Hz 。

4、电感性负载：R =0.01Ω、L =0.08H成品形式:1、论文一份2、硬件图（零号图纸）一张指导老师：赵静日期：2010年1月专业（教研室）审批意见：审批人签名：日期：年月课题名称：基于MATLAB 的三相桥式半控整流电路的设计及仿真_____ 级班学号_____200701131011311____学生_ _王惊涛__ __指导老师__ 赵静___开题报告内容：（调研资料的准备，设计/论文的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；小组内其他成员的分工；完成设计（论文）所具备的条件因素等。

）一、选题的目的和思路在工业自动控制设备及自动化控制实验装置中, 经常采用三相半控桥整流电路作为不可逆系统的整流电路, 通过一些资料及参考书之分析了一部分输出波形, 为了全面的了解三相半控桥及其中各个不见得作用, 我希望能在完成设计的同时发现原看来忽略的东西, 对自己的知识有一个很好的补充. 二、设计的要求：用MATLAB 对三相桥式半控整流电路在各个控制角下的输出电压电流三、进度安排及完成时间：四、完成论文所要具备的条件：五、预期成果：设计及论文可以在规定的时间内，按照规定来圆满完成指导教师签名：日期：目录摘要 .............................................................- 1 -Abstract .........................................................- 2 - 1 MATLAB 简介 ....................................................- 3 -1.1 MATLAB在整流电路中的应用 ................................ - 3 -1.2 MATLAB的特点 ............................................ - 4 -1.2.1 MATLAB 直观、简单的电气系统SimPowerSystems ......... - 4 -1.2.2 编程效率高 ......................................... - 4 -1.2.3 界面友好，用户使用方便 ............................. - 5 -1.2.4 扩充能力强 ......................................... - 5 -1.2.5 语句简单，内涵丰富 ................................. - 6 -1.2.6 高效方便的矩阵和数组运算 ........................... - 6 -1.2.7 方便的绘图功能 ..................................... - 6 -1.2.8 MATLAB 的“活”笔记本功能 .......................... - 7 - 2 三相桥式半控整流电路分析 .......................................- 8 -2.1 当α为不同值时电路输出电压ud 的波形特点 .................. - 8 -2.2 计算三相桥式半控整流电路（电阻性负载）输出平均电压Ud .... - 8 -2.3 三相桥式半控整流电路的输出波形分析 ....................... - 9 -2.4 三相桥式半控整流电路（电阻性负载）输出平均电压Ud ....... - 12 - 3 电路仿真 ......................................................- 15 -3.1 Simulink软件 ........................................... - 15 -3.2 运行Simulink ........................................... - 16 -3.3 模型仿真及其结果 ........................................ - 23 - 致谢 ............................................................- 26 - 参考文献 ........................................................- 27 -摘要本设计首先简要介绍了MATLAB 的特点以及在整流电路中的应用，通过对三相桥式半控整流电路实例进行分析讨论了三相桥式整流电路在不同控制角在电路带电感性负载和电阻性负载时输出负载电压的变化。

基于MATLAB^真平台的三相半波整流电路作者: 日期:基于MATLAB仿真平台的三相半波整流电路专业:学号:姓名:三相半波可控整流电路1、阻性负载阻性负载的三相半波可控整流电路如图1所示:图1三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路其中，R=1,三相电源为220V50HZ A、B、C三相初始相角分别设置为：0、120、240，VT1、VT2、VT3脉冲触发信号分别为（a+30+O）*0.01/180、（a+30+120 *0.01/180、（a+30+240*0.0Y180）。

（1）?=00时的仿真结果如图2所示。

由波形图可以看出，脉冲触发角?=00时刚好与自然换相点重合（改变触发角也只能在此基础上增大），故而电路的工作情况与三相半波不可控整流电路中的二极管整流工作情况相同，均在自然换相点处换流，U波形为三个相电压在正半周期的包络线。

丁—(2) ?=300时的仿真结果如图3所示。

？=30°时，VT1触发导通至a、b 两相的自然换相点时，虽有u b>u a,但VT2触发脉冲还未到，故VT2不能导通。

VT1持续导通至a相由0变负点将要承受反压自行关断时恰好VT2受触发导通，从而保证了负载电流的连续。

从输出电压、输出电流的波形也可看出，？=30°时，负载电流处于连续和断续的临界点，各相仍导通120°。

图3 ?=300时的波形(3) ?=600时的仿真结果如图4所示。

由波形图可看出，？=60°时晶闸管刚好在该相峰值处导通，导通前承受晶闸管的最大正向压降，即相电压峰值。

由理论分析可得出结论：1)三只晶闸管有且只有一相导通时，另外两只必承受或正或负的线电压，且最大反相电压为线电压峰值；2)三只晶闸管均不导通时，各自承受对应相的相电压。

?=90°、?=1200时的波形与？=600时雷同，不再一一阐述，仅出示仿真结果见图5和图6。

图4 ?=60°时的波形图5 ?=900时的波形图6 ?=1200时的波形(4) ?=1500时的仿真结果如图7所示。

基于MATLAB仿真平台的三相半波整流电路专业：学号：姓名：三相半波可控整流电路1、阻性负载阻性负载的三相半波可控整流电路如图1所示：图1 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路其中，R=1，三相电源为220V/50HZ，A、B、C三相初始相角分别设置为：0、120、240，VT1、VT2、VT3脉冲触发信号分别为（a+30+0）*0.01/180、（a+30+120）*0.01/180、（a+30+240*0.01/180）。

（1）∂=00时的仿真结果如图2所示。

由波形图可以看出，脉冲触发角∂=00时刚好与自然换相点重合（改变触发角也只能在此基础上增大），故而电路的工作情况与三相半波不可控整流电路中的二极管整流工作情况相同，均在自然换相点处换流，U d波形为三个相电压在正半周期的包络线。

图2 ∂=00时的波形（2）∂=300时的仿真结果如图3所示。

∂=300时，VT1触发导通至a 、b 两相的自然换相点时，虽有u b >u a ，但VT2触发脉冲还未到，故VT2不能导通。

VT1持续导通至a 相由0变负点将要承受反压自行关断时恰好VT2受触发导通，从而保证了负载电流的连续。

从输出电压、输出电流的波形也可看出，∂=300时，负载电流处于连续和断续的临界点，各相仍导通1200。

图3 ∂=300时的波形U2Ug I v t1U v t1Id wtUd U 2U gI v t 1U v t 1I d wtUd（3）∂=600时的仿真结果如图4所示。

由波形图可看出，∂=600时晶闸管刚好在该相峰值处导通，导通前承受晶闸管的最大正向压降，即相电压峰值。

由理论分析可得出结论:1)三只晶闸管有且只有一相导通时，另外两只必承受或正或负的线电压，且最大反相电压为线电压峰值；2）三只晶闸管均不导通时，各自承受对应相的相电压。

∂=900、∂=1200时的波形与∂=600时雷同，不再一一阐述，仅出示仿真结果见图5和图6。

基于MATLAB仿真平台的三相半波整流电路基于MATLAB仿真平台的三相半波整流电路专业：学号：姓名：三相半波可控整流电路1、阻性负载阻性负载的三相半波可控整流电路如图1所示：图1 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路其中，R=1，三相电源为220V/50HZ，A、B、C三相初始相角分别设置为：0、120、240，VT1、VT2、VT3脉冲触发信号分别为（a+30+0）*0.01/180、（a+30+120）*0.01/180、（a+30+240*0.01/180）。

（1）∂=00时的仿真结果如图2所示。

由波形图可以看出，脉冲触发角∂=00时刚好与自然换相点重合（改变触发角也只能在此基础上增大），故而电路的工作情况与三相半波不可控整流电路中的二极管整流工作情况相同，均在自然换相点处换流，U d波形为三个相电压在正半周期的包络线。

图2 ∂=00时的波形（2）∂=300时的仿真结果如图3所示。

∂=300时，VT1触发导通至a 、b 两相的自然换相点时，虽有u b >u a ，但VT2触发脉冲还未到，故VT2不能导通。

VT1持续导通至a 相由0变负点将要承受反压自行关断时恰好VT2受触发导通，从而保证了负载电流的连续。

从输出电压、输出电流的波形也可看出，∂=300时，负载电流处于连续和断续的临界点，各相仍导通1200。

图3 ∂=300时的波形U2Ug I v t1U v t1Id wtUd U 2U gI v t 1U v t 1I d wtUd（3）∂=600时的仿真结果如图4所示。

由波形图可看出，∂=600时晶闸管刚好在该相峰值处导通，导通前承受晶闸管的最大正向压降，即相电压峰值。

由理论分析可得出结论:1)三只晶闸管有且只有一相导通时，另外两只必承受或正或负的线电压，且最大反相电压为线电压峰值；2）三只晶闸管均不导通时，各自承受对应相的相电压。

∂=900、∂=1200时的波形与∂=600时雷同，不再一一阐述，仅出示仿真结果见图5和图6。

基于matlab的三相半波可控整流电路的仿真研究随着电力领域的快速发展，对电能的高效利用成为了一个关键的议题。

三相半波可控整流电路是一种常见的电力电子装置，可以将交流电转换为直流电，广泛应用于电力传输、工业控制和电动机驱动等领域。

本文旨在利用matlab软件对三相半波可控整流电路进行仿真研究，验证其性能和稳定性。

首先，我们将建立整流电路的数学模型，并通过matlab进行仿真计算。

模型包括三相交流输入电源、可控硅装置和负载电阻。

在建立电路模型后，我们将通过matlab的模拟工具进行电路参数的优化和性能分析。

通过调整可控硅的导通角度和负载电阻的大小，我们将研究整流电路的输出电压、输出电流和功率因数等关键参数的变化规律。

同时，我们还将分析整流电路在不同工况下的稳定性和可靠性。

除了基本的三相半波可控整流电路，我们还可以拓展研究其他相关内容。

例如，可以研究带有滤波电容的整流电路，以减小输出电压的脉动；可以研究多电平逆变器拓扑结构，以实现更低的谐波失真和更高的功率因数。

通过以上的仿真研究，我们可以深入了解三相半波可控整流电路的工作原理和特性，并优化电路设计，提高能量转换效率和电路稳定性。

此外，通过matlab的仿真工具，我们还可以快速评估不同电路参数对整体性能的影响，提供设计和优化的指导，为实际应用提供技术支持。