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
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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d U 、d I 、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d U 、d I 、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d U 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。
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）：
αωωπ
απα
π
cos 34.2)(sin 63
1
2323
2d U t td U U ==
⎰++ (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：
⎥⎦⎤
⎢⎣
⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++==
⎰+απωωπ
π
α
π
3cos 134.2)(sin 63232U t td U U d (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d U 、输出电流d I 波形如图。
图4 α=60°时纯电阻负载下输出电压d U
图5 α=60°时纯电阻负载下输出电压d I
利用公式计算纯电阻负载下d U 、d I 的平均值：
αωωπ
απα
π
cos 34.2)(sin 63
1
2323
2d U t td U U ==
⎰++
()︒=60cos *220*34.2d U V d U =257.4V d I =
R
U d
=257.4A
由图4、图5可知，在电阻负载，α=60°时，d U 、d I 的计算值与仿真波形一致，d U 、
d I 波形相同且d U 出现了为零的点。
VT1的电压波形如图。
图6 α=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d I ，输出电压
d U 波形如图。
