三相桥式整流电路的matlab仿真-电力电子课程设计

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仿真院系信息工程学院专业自动化班级130705学号3113001682学生姓名李上雄指导教师张建民电力电子技术课程设计报告2三相桥式整流电路的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。设计意义：整流电路是电力电子技术中最为重要的电路，应用广泛。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。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。利用matlab对三相桥式全控整流电路仿真，可以让我们进一步深入了解三相整流电路工作的每一个步骤，充分掌握三相整流电路，而对故障波形的采集与分析，锻炼我们解决电路出现问题时的能力，以使我们在实际工作中也能足够的理论知识去排除及解决各种电路故障，具有十分重要的意义。设计目的：1、掌握MATLAB软件中的SIMULINK仿真。2、加深对三相桥式整流电路的理解。实验要求：1、利用示波器观察纯电阻负载时的仿真波形，并将ud、id、uVT1波形记录下来（触发角选择30°）。2、利用示波器观察阻感负载时的仿真波形，并将ud、id、uVT1波形记录下来（触发角选择30°）。3、故障波形的采集：当触发角为0度时，将晶闸管2断开，查看阻感负载下的输出电压ud的波形，记录下来，并分析故障现象。二、基本原理三相桥式全控整流电路图如下：图1三相桥式全控整流电路原理图晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6，相位依次差60°；共阴极组中电力电子技术课程设计报告3与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，相位依次差120°。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，相位也依次差120°。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。1、纯电阻负载时的工作情况（0≤≤120º）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0时的情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所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导通。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，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路的工作波形如图所示：图2三相桥式全控整流电路带电阻负载0时的波形为了说明各晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期等分为六段，每段为60°，如图2所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压情况如表1所示。具体分析如下：在第I段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管VT1被触发导通，b相电位最低，所以共阳极组的晶闸管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abbauuu。其余段依此类推。电力电子技术课程设计报告4表1三相桥式全控整流电路电阻负载0时晶闸管工作情况时段IIIIIIIVVVI共阴级组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阴级组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压abbauuuaccauuubccbuuubaabuuucaacuuucbbcuuu表1从=0°时的情况可以推出=30°时纯电阻负载输理想出电压波形如图3所示：与=0°时的情况相比，一周期的du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表1的规律。区别在于，晶闸管导通时刻推迟了30°，组成du的每一段线电压也因此推迟了30°，du平均值降低。图3纯电阻负载、阻感负载=30°时的波形2、阻感负载时的工作情况（0≤≤90º）当60时，du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du波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。所以=30°时阻感负载输出电压波形也如图3所示。3、三相桥式全控整流电路定量分析(1)以线电压的过零点为时间坐标的零点，当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或电力电子技术课程设计报告5带电阻负载60时）的平均值为：cos34.2sin322323UwtwtdUUd公式1(2)带电阻负载且60时，整流电压平均值为：cos134.2sin3223UwtwtdUUd公式2输出电流平均值为：/RUIdd公式3三、纯电阻和阻感负载仿真模型1、纯电阻负载=30°的仿真模型如下：图4=30°的纯电阻负载仿真模型参数设计：输入三相电压源，线电压取380V，50Hz，内阻0.008欧姆,负载电阻取5欧姆，仿真时间取0.14s；设置脉冲信号的属性时，由于仿真时，matlab内每个晶闸管的触发角是按坐标Y轴处算起的，而我们定义的触发角是按线电压的自然交换点算的，它们之间差了30，所以即使在α=0时，每个晶闸管都要的导通延时都要加上30。所以=30°时，VT1的触电力电子技术课程设计报告6发信号在60°的时候，即第一个PhaseDelay应设为0.02/6，然后按照1到6的顺序依次加0.02/6，因为6个晶闸管的脉冲按照VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位差依次为60度。具体如下：VT1延时：0.02*(30+30)/360，VT2延时：0.02*(30+90)/360，VT3延时：0.02*(30+150)/360，VT4延时：0.02*(30+210)/360，VT5延时：0.02*(30+260)/360，VT6延时：0.02*(30+320)/360，仿真得到的ud、id、uVT1波形依次如下：udiduVT1图5=30°的纯电阻负载仿真波形因为第一个周期是不稳定的，得不到稳定的波形，所以为了波形完整，每一个脉冲发生器的PhaseDelay均-0.02，即波形整体往左平移一个周期。（下面的波形图都是如此）由图可知，纯电阻负载时，负载的电压跟电流是完全一样的，都是连续的，而且每个波峰都只有一半，这是因为触发角，而每个波峰本来也就是60，刚好缺了一半，这跟纯电阻负载时电压、电流的理论关系一样。2、阻感负载=30°的仿真模型如下：电力电子技术课程设计报告7图6=30°的阻感负载仿真模型参数设计：输入三相电压源不变，负载电阻取5欧姆，电感10mH，仿真时间取0.14s，脉冲信号不变。仿真得到的ud、id、uVT1波形依次如下：UdiduVT1图7=30°的阻感负载仿真波形电力电子技术课程设计报告8由于电感的存在，使电流不能突变，所以输出电流的波形有缓慢上升的趋势。很明显，阻感负载触发角α=30时，电压和电流波形是不一样的，电压波形可以突变，且跟纯电阻时一样，没有负值的情况，这是因为此时α，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。而电流则是很明显的平缓了很多，这是因为负载上有电感的存在，而电感的电流是不能突变的，故电流会缓慢上升到一定值，随后会在这个值上，随着电压的波动而有相对平缓很多的波动，纹波峰值相对纯电阻时减少了很多。四、故障仿真模型故障波形的采集：当触发角为0度时，将晶闸管4断开，查看阻感负载下的输出电压ud的波形，记录下来，并分析故障现象。每个晶闸管的导通延时为：VT1延时：0.02*(30+0)/360，VT2延时：0.02*(30+60)/360，VT3延时：0.02*(30+120)/360，VT4延时：0.02*(30+180)/360，VT5延时：0.02*(30+240)/360，VT6延时：0.02*(30+300)/360仿真模型如下：图8=0°的阻感负载的故障仿真模型参数设计：输入三相电压源不变，负载电阻取1欧姆，电感15mH，仿真时间取0.14s，=0°时，VT1的触发信号在30°的时候，即第一个PhaseDelay应设为0.02/12，然后按照1到6的顺序依次加0.02/6，因为波形也要整体往左平移一个周期，所以每一个脉冲发生器的PhaseDelay均-0.02，然后再把VT2的触发信号去掉得到的输出电压du波形如下：电力电子技术课程设计报告9图9=0°的阻感负载的故障仿真du波形故障分析：由负载电压Ud的波形可以清晰看到，导通的波峰只有为线电压的正半周的包络线，说明触发角是0°，但是一个周期只有四个波峰，缺少了两个，而且都是每个周期的第二和第三个波峰。对比一下正常情况下三相桥式整流电路的波形图及晶闸管导通关系（表1），可以很轻易地判断出VT2的触发脉冲出现了故障，只有这样才会导致负载电压丢失了第二和第三个波峰时。但是由于VT2没有导通，即电压仍然保持上一个波峰的电压一直降到零，经过120后，又再次导通，故每个周期，负载电压都会缺了第二个和第三个波峰。又因为无论是纯电阻负载还是阻感负载，在0°时电流都连续，会得到相同的波形图，所以不能判断出是阻感负载还是纯电阻负载。五、课程设计体会这次课程设计我们使用MATLAB中的Simulink去仿真三相桥式整流电路，观察并记录波形，以及对故障波形进行分析。这次课程设计是我第一次使用MATLAB去做电力电子应用相关的仿真，我用的MATLAB是2014版本的，刚开始由于版本的不同一直仿真提示错误，后来上网查阅资料才知道07版本以上的都要在仿真模型面加上powergui模块才能正常仿真。由于对Simlink的各个模块不熟悉，只好上网一边查看各个模块的介绍，一边把仿真电路图画出来，通过这次的仿真实验，我又一次加深了对MATLAB熟悉程度，让我再一次深深地感受这个软件的强大，在接下来的时间里，一定要认真学好。通过这次课程设计，是我对三相桥式整流电路有了更深入的认识，加深巩固了自己对电力电子技术应用的分析和设计能力。明白了仿真的重要性，在设计之前光有理论设计使不够的，还要通过仿真来直观地观察相关数据及波形来判断设计是否合理正确。通过这次仿真实验，使我深刻地理解了三相全控桥式整流各个晶闸管的导管顺序和关系，也掌握了故障分析的相关理论知识，受益匪浅。六、参考文献[1]王兆安.刘进军.电力电子技术[M].北京.机械工业出版社，2009.5[2]林飞.杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真[M].北京.电力出版社，2001.1[3]薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2002.[4]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京：机械工业出版社，电力电子技术课程设计报告10说明一、报告应包括下列主要内容：1．概述所作题目的要求和意义、本人所做的工作及系统的主要功能；2．基本原理，应包括整流电路的电路结构图，输出电压电流的计算公式等(重点内容)3．仿真电路的建模，结果分析(重点内容)4．课程设计体会5．主要参考文献二、对报告的要求：1．页面设置：上下左右页边距分别为2.5cm、2.0cm、2.5cm、2.0cm2．正文字体：宋体，小四号字，行间距最小值18磅；数字与字母用Timesnewroman字体3．表格不能跨越两页，图和图的标题、表和表的标题不能跨页，表中字体以及图、表的标题要用五号字。整篇报告的图和表从1开始编号，比如“图1三相桥式整流电路电路结构图（纯电阻负载）”。4．公式、变量要用公式编辑器书写，整篇报告的公式从1开始编号。5．参考文献要求如下：论文参考文献类型标识：M-专著（书）；