1、摘 要 -2 -Abstract -3 -第一章 引言 -4 -1.1 設計背景 -4-1.2 設計任務 -4-第二章 方案選擇論證- 6 -2.1 方案分析 -6-2.2 方案選擇 -6-第三章電路設計- 7 -3.1 主電路原理分析- 7 -第四章仿真分析- 9 -3.2 建立仿真模型- 9 -3.3 仿真參數的設置- 10 -3.4 仿真結果及波形分析- 11 -第五章 設計總結- 26 -致 謝 -27 -參考文獻- 28 -摘要目 前， 各類電力電子變換器的輸入整流電路輸入功率級一般采用不可控整流或相控整流電路。這類整流電路結構簡單，控制技術成熟，但交流側輸入功率因數低，并向電網注入

2、大量的諧波電流。據估計，在發達國家有60%的電能經過變換后才使用，而這個數字在本世紀初達到95%。電力電子技術在電力系統中有著非常廣泛的應用。據估計， 發達國家在用戶最終使用的電能中，有 60%以上的電能至少經過一次以上電力電子變流裝置的處理。 電力系統在通向現代化的進程中，電力電子技術是關鍵技術之一。可以毫不夸張地說，如果離開電力電子技術，電力系統的現代化就是不可想象的。隨著社會生產和科學技術的發展，整流電路在自動控制系統、測量系統和發電機勵磁系統等領域的應用日益廣泛。Matlab 提供的可視化仿真工具Simulink可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數，并且立即可得到任意的仿真結果，直

3、觀性強，進一步省去了編程的步驟。本文利用Simulink 對三相橋式全控整流電路進行建模，對不同控制角、橋故障情況下進行了仿真分析，既進一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時也為現代電力電子實驗教學奠定良好的實驗基礎。此次課程設計要求設計晶閘管三相橋式可控整流電路，與三相半波整流電路相比，三相橋式整流電路的電源利用率更高，應用更為廣泛。關鍵詞：電力電子晶閘管 simulink 三相橋式整流電路AbstractAt present, all kinds of power electronic converter input rectifier circuit input power leve

4、l generally use the uncontrolled rectifier or phase controlled rectifier circuit. This kind of rectifier circuit is simple in structure, control technology is mature, but the ACinput power factor is low, and the harmonic currents injected a lot to the power grid. According to estimates, in developed

5、 countries 60%of the electric energy transformed before use, and this figure reached 95% at the beginning of the century.Power electronic technology has been widely used in electric power system. According to estimates, the developed countries in the end users to use electricity, with more than 60%

6、of the electricity at least after more than once in power electronic converter device. Power system in the modernization process, the power electronic technology is one of the key technologies. It is no exaggeration to say that, if you leave the power electronic technology, power system modernizatio

7、n is unthinkable.With the development of social production and scientific technology, application of rectifier circuit in the field of automatic control system, the measuring system and the generator excitation system is more and more widely. Matlab provides a visual simulation tool Simulink can dir

8、ectly establish circuit simulation model, changing the simulation parameters, and can immediately get the simulation results of arbitrary, intuitive, further saves the programming steps. In this paper, Simulink is used to model the three-phase full-bridge controlled rectifier circuit, the different

9、control angle, bridge fault conditions are simulated and analyzed, which deepens the three-phase full-bridge controlled rectifier circuit theory, it also examines the foundations for modern power electronic experimental teaching lay a good solid.The curriculum design for the design of thyristor thre

10、e-phase bridge controlled rectifier circuit, compared with three phase half wave rectifier circuit, the power of three-phase bridge rectifier circuitutilization rate higher, more extensive application.Key words: electronic power thyristor Simulink three-phase bridge rectifier circuit第一章 引言1.1 設計背景在電

11、力、冶金、交通運輸、礦業等行業，電力電子器件通常被用于電機變頻調速、 大功率設備驅動的關鍵流程之中，由于電力電子器件故障往往是致命性的、不可恢復的，常導致設備的損毀、生產的中斷，造成重大經濟損失。因此，通過儲存故障信息用以檢測對比尤為重要，并且也是一種簡單可行的測量方法。根據電力電路的實際運行情況可知，大多數故障表現為功率開關器件的損壞，其中以功率開關器件的開路和直通最為常見，本文通過仿真采集功率器件在開路時的各種波形，分析整流器件發生故障的種類，判斷可能發生故障的器件。1.2 設計任務一 、設計內容及技術要求：計算機仿真具有效率高、精度高、 可靠性高和成本低等特點，已經廣泛應用于電力電子電路

12、（或系統）的分析和設計中。計算機仿真不僅可以取代系統的許多繁瑣的人工分析，減輕勞動強度，提高分析和設計能力，避免因為解析法在近似處理中帶來的較大誤差，還可以與實物試制和調試相互補充，最大限度地降低設計成本，縮短系統研制周期。可以說， 電路的計算機仿真技術大大加速了電路的設計和試驗過程。通過本次仿真，學生可以初步認識電力電子計算機仿真的優勢，并掌握電力電子計算機仿真的基本方法。晶閘管三相橋式可控整流電路的電路，參數要求：電網頻率f=50hz電網額定電壓U=380v電網電壓波動正負 10%阻感負載電壓0250V 連續可調。1、設計內容（ 1）制定設計方案；（2） 主電路設計及主電路元件選擇；（3）

13、 驅動電路和保護電路設計及參數計算；器件選擇；（4） 繪制電路原理圖；（ 5）總體電路原理圖及其說明。2、仿真任務要求（ 1）熟悉matlab/simulink/power system 中的仿真模塊用法及功能；（ 2）根據設計電路搭建仿真模型；（ 3）設置參數并進行仿真（ 4）給出不同觸發角時對應電壓電流的波形；3、設計的總體要求（ 1） 熟悉整流和觸發電路的基本原理，能夠運用所學的理論知識分析設計任（ 2）掌握基本電路的數據分析、處理；描繪波形并加以判斷；（ 3）能正確設計電路，畫出線路圖，分析電路原理；（ 4）廣泛收集相關技術資料。第二章 方案選擇論證2.1 方案分析單相可控電路與三相可

14、控電路相比，有結構簡單，輸出脈動大，脈動頻率低的特點，其不適于容量要求高的情況，而三相可控整流電路有與之基本相反的特點，對于相當于反電動勢負載的電動機來說，它能滿足其電流容量較大，電流脈動小且連續不斷的要求。2.2 方案選擇課設題目中給出的正是要求為220V、 20A 的直流電動機供電，它的容量為S= kw,屬于高容量，所以應選用三相可控整流電路整流。另外三相橋式整流電壓的脈動頻率比三相半波高一倍，因而所需平波電抗器的電感量也減小約一半。三相半波雖具有接線簡單的特點，但由于其只采用三個晶閘管，所以晶閘管承受的反向峰值電壓較高，并且電流是單方向的，存在直流磁化問題。基于以上原因，最終我選擇三相橋

15、式全控電路為電機整流。三相可控整流電路的控制量可以很大，輸出電壓脈動較小，易濾波， 控制滯后時間短，因此在工業中幾乎都是采用三相可控整流電路。在電子設備中有時也會遇到功率較大的電源，例如幾百瓦甚至超過12kw的電源，這時為了提高變 壓器的利用率，減小波紋系數，也常采用三相整流電路。另外由于三相半波可控 整流電路的主要缺點在于其變壓器二次側電流中含有直流分量， 為此在應用中較 少。而采用三相橋式全控整流電路， 可以有效的避免直流磁化作用。 雖然三相橋 式全控整流電路的晶閘管的數目比三相半波可控整流電路的少， 但是三相橋式全 控整流電路的輸出電流波形使得平直， 當電感足夠大時，負載電流波形可以近似

16、 為一條水平線。在實際應用中，特別是小功率場合，較多采用單相可控整流電路。當功率超過4KWM,考慮到三相負載的平衡，因而采用三相橋式全控整流電路。第三章電路設計3.1主電路原理分析品閘管按從1至6的順序導通，為此將品閘管按圖示的順序編號，即共陰極 組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VTi、VT3、VT5,共陽極組中 與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT、VT6、VT2。編號如圖示，晶 閘管的導通順序為 VTi VPVT3VT4V下一VT6。vt4 vt6 vt2 d23-1 主電路原理圖其工作特點是任何時刻都有不同組別的兩只晶閘管同時導通，構成電流通路， 因此為保證電路啟

17、動或電流斷續后能正常導通，必須對不同組別應到導通的一對晶閘管同時加觸發脈沖，所以觸發脈沖的寬度應大于n/3的寬脈沖。寬脈沖觸發要求觸發功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以可以采用脈沖列代替雙窄脈沖；每隔 “3換相一次，換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進行，但只在同一組別中換相。接線圖中晶閘管的編號方法使每個周期內6 個管子的組合導通順序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6;共陰極組，T3, T5的脈沖依次相差 2冗/3;同 一相的上下兩個橋臂，即 VT1和VT4, VT3和VT6, VT5和VT2的脈沖相差 冗，當o=O 時，輸出電壓Ud一周期內的波形是6個線電壓的包絡線。輸出脈動直流

18、電壓頻 率是電源頻率的6 倍， 比三相半波電路高l 倍， 脈動減小，而且每次脈動的波形都一樣，故該電路又可稱為6 脈動整流電路。同理，三相半波整流電路稱為3脈動整流電路。介0時，Ud的波形出現缺口，隨著a角的增大，缺口增大，輸出 電壓平均值降低。當 審2”3時，輸出電壓為零，所以電阻性負載時， a的移相 范圍是O-2"3;當OCag3時，電流連續，每個晶閘管導通 2"3;當 ” 30a2&3時，電流斷續，個晶閘管導通小于 2”3。23行“3是電阻性負載電 流連續和斷續的分界點。第四章仿真分析4. 1 建立仿真模型(1)首先建立一個仿真的新文件，命名為 EQ(2)提取

19、電路與器件模塊，組成上述電路的主要元件有三相交流電源，品閘管、RLC負載等。表4-1三相整流電路模型主要元器件兀器件名稱提取兀器件路徑交流電源Electrical source/AC voltage source三相電壓-電流測量單元Measurements/Three-phaseV-I measurement三相晶閘管整流器Extra library/three-phaselibrary/6-pulse thyristorbridgeRLC負載Elements/series RLC bridge6脈沖發生器Extralibrary/controlblocks/synchronized6-pu

20、lsegenerator觸發角設定Simulink/sources/constans(3)將器件建立系統模型圖如下根據三相橋式全控整流電路的原理可以利用Simulink內的模塊建立仿真模型如圖2所示，設置三個交流電壓源 Va, Vb, Vc相位角依次相差120。，得到 整流橋的三相電源。用6個Thyristor構成整流橋，實現交流電壓到直流電壓的 轉換。6個PULSE generator產生整流橋的觸發脈沖，且從上到下分別給 16 號晶閘管觸發脈沖。intinixiu!.Three-FlTase SdudzeL+ BldBlock0aalpha_deg相EC乎0Synchrgnrjed 6-F

21、Llst Gtneraci圖4-1三相橋式全控整流電路仿真模型4.2仿真參數的設置1)電源參數設置：三相電源的電壓峰值為220Vx V2 ,可表示為“220*sqrt(2)”，頻率為50Hz,相位分另I為0、-120°、-240 ° 。2)三相晶閘管整流器參數設置：使用默認值。3) 6脈沖發生器設置：頻率為50Hz,脈沖寬度取1° ,取雙脈沖觸發方式4)觸發角設置：可以根據需要將alph 設置為 300、600、90° 。5)采用變步長算法ode23tb(stif/TR. BDF2>6)負載可以根據需要設成純電阻、純電感、阻感等，本次仿真中為電阻負

22、載 R=10Q,阻感負載 R=10Q , L=1H4. 3仿真結果及波形分析設置仿真時間0.06s,數值算法采用ode23tb(stiff /TR BDF2)。啟動仿真, 根據三相橋式全控整流電路的原理圖，對不同的觸發角a會影響輸出電壓進行仿真。從以下仿真波形圖可知改變不同的控制角，輸出電壓在發生不同的變化。1、阻性負載時，仿真結果對波形的變化分析如下：(1) a =30° 時301 x1 X(,11X'11 I11 11_ 111V耳Id(a=30O載2520151050-5Ud (a=3CKW00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0

23、450.05TrtijtfatUab,Ubc,Uca圖4-3整流器輸入的三相相電壓波形將圖4-3所示三相電壓波形與圖4-2所示的整流電壓相比較，整流后的電壓 是直流，一個周期內有六個波頭且波形與三相輸入電壓波形相對應。證明仿真波 形是準確的。因為是電阻負載，整流后的電壓和電流波形相同，但幅值不同Ia （a=30阻°性負載）圖4-4三相電流波形圖4-4中各相電流波反映了晶閘管中流過電流的波形，由此波形可以看出， 品閘管一周期中有120。處于通態，240。處于斷態，由于負載為電阻，故品閘 管處于通態時的電流波形與相應時段的 ud波形相同。以變壓器二次側 a相電流 的波形為例，該波形的特點

24、是，在 VTi處于通態的120°期間，i a為正，若ia波 形的形狀與同時段的ud波形相同，在VT4處于通態的120°期間，i a波形的形狀 也與同時段的 曲波形相同，但為負值。變壓器二次側 b相和c相電流的波形與 變壓器二次側a相電流的波形相同，只是相位不同，依次相差 120°。a角的移相范圍是120° ,如果繼續增大至120° ,整流/出電壓Ud波形將 全為零，其平均值也為零50Ivt 1a=3|®性負載）302520151050-515'10'500-5(-10-15-20-25-30J ''i

25、t11 131 JT10Uvt1 (a=3知負載0.jMJnJr10t0fri *J0A /0-35 000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05圖4-5 晶閘管VT1的電流（VTi）和電壓（VTu）圖4-5反映了通過晶閘管的電流及其電壓，VT導通時，相當于短路其兩端電壓為零，有電流通過，VT關斷時，電流為零，所受電壓最大值為電源電壓峰值。VT的a移相范圍為180%(2) a =60° 時加川蟠圖4-6輸出電壓、電流波形la （a=60S性負載）r紀hie時圖4-7三相電流波形M：*效圖4-8晶閘管VT1的電流（VTi）和電壓（VTu

26、）a =60°時相比a =30°時輸出電壓、電流，三相電流及晶閘管 VT1的電 壓電流的幅值明顯減小，這是因為它們的幅值大小與 COS a的大小成正比。所 以所得波形與理論相符合。(3) a =90° 時Id（a=90阻性負載）"wcilizd圖4-9 輸出電壓、電流波形Ia (a=9ffi性負耨圖4-10三相電流波形65111 iJ L4I 13!21081-1Uvt1 (a=90性負載3002001000 L:/i I/1I L/-100- 200, ,- 300,.:- 40000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.0

27、40.0450.05e on：*：圖4-11 晶閘管VT1的電流（VTi）和電壓（VTu）a =90°時相比a=30°、60°時輸出電壓、電流，三相電流及晶閘管VT1 的電壓電流的幅值明顯減小，基本趨向于零。所得波形與理論相符合。2、阻感性負載時，仿真結果對波形的變化分析如下：（1）當a分別等于0°、30°、60°、90°時，輸出電壓及電流的波形的仿真結果如下圖所示：d（a=0感性渙載_ vJ49-3n/一210QCu由二旭感性負載）35300r1hJ 1oc25200111I 1i110I1111 1 1 11151050

28、 1 11111111011i1i0111 I110-511i1000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04c).0450.05pn：d虢:圖4-12 輸出電壓、電流波形（a=0° ）16-2_ raF，Id（a=301感'生負裁d （a=30阻感性負載）350100503002502001500.005s m騎tD-50 0100.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05圖4-13 輸出電壓、電流波形（a =30° ）LId（a=60fi感性負載）987654321350

29、-500Ud （a=60lfi感性負載）3002502001501005000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05圖4-14 輸出電壓、電流波形（a =60° ）0.090.080.070.060.050.040.030.020.010-0.01L|1X, 'x.Id（a=90阻感性負載）Ud （a=90°阻感性負載）F ali:d:圖4-15 輸出電壓、電流波形（a =90° ）從以上仿真波形圖可知改變不同的控制角， 輸出電壓、電流隨之減小，直至 a =900時基本為零。由于電感的存在，電流的波形基本趨

30、于平直化。從仿真波 形上看稍微有所波動，不過最終會趨向于零或是在零附近很小的范圍內波動。所以，仿真結果基本正確。2）當a分別等于0°、30°、60°、90°時，電源三相電流波形的仿真結果對比分析如下:圖4-16三相電流波形（a=0°阻感性負載）圖4-17 三相電流波形（a =30°阻感性負載）圖4-18三相電流波形（a =60°阻感性負載）圖4-19三相電流波形（a =90°阻感性負載）從以上仿真波形圖可知改變不同的控制角， 三相電流隨之減小，直至a =90 時基本為零。由于電感的存在，電流的波形基本趨于平直化。從

31、仿真波形上看稍所以，仿真微有所波動，不過最終會趨向于零或是在零附近很小的范圍內波動 結果基本正確。3）當a分別等于0°、30°、60°、90°時，晶閘管VT1的電流及電壓波形的仿真結果對比分析如下：lr* Nlwd圖4-20晶閘管VT1的電流VTi和電壓VTu （ a =0°阻感性負載）7Ivt1 （ a=30阻感性負載）65432/10-1300Uvt1 （a=30阻感性負載）2001000/ ,|-100-200-300-40000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05圖4-21晶閘管VT1

32、的電流VTi和電壓VTu （ a =30°阻感性負載）1086Ivt1 (a=60 阻感性負載）l一一-"42H'0-2300Uvt1 （a=60祖感性負載）200/100/0-100-200-300I1 jr-40000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05pre wTsctF132.521.510.501-0.5600Uvt1（a=90阻感性負載）500400300200100jT0-100/-200-300-40000.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05r (

33、a =90°阻感囹 4-23的陰官VI1煙也沉Vli不口卸主VIU1 土貝軌）從以上仿真波形圖可知改變不同的控制角，晶閘管 VT1的電流VTi和電壓VTu 隨之減小，直至a =90°時基本為零。由于電感的存在，電流的波形基本趨于平 直化。從仿真波形上看稍微有所波動，不過最終會趨向于零或是在零附近很小的 范圍內波動。所以，仿真結果基本正確。綜上所述，三項全橋整流電路的仿真結果基本上與理論知識相一致，所以仿真試驗的任務基本完成。第五章 設計總結通過仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角a和負載特性的影響，文中應用Matlab 的可視化仿真工具simulink 對

34、三相橋式全控整流電路的仿真結果進行了詳細分析，并與相關文獻中采用常規電路分析方法所得到的輸出電壓波形進行比較，進一步驗證了仿真結果的正確性。采用Matlab Simulink 對三相橋式全控整流電路進行仿真分析，避免了常規分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種直觀、快捷分析整流電路的新方法。應用 Matlab Simulink 進行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數，并且能直觀地觀察到仿真結果隨參數的變化情況。應用Matlab 對整流電路故障仿真研究時，可以判斷出不同橋臂晶閘管發生故障時產生的波形現象，為分析三相橋式整流電路打下較好的基礎，是一種值得進一步應用推廣的功能強大的仿真軟件，同進也是電力電子技術實驗較好輔助工具。從本文上述系統仿真結果波形可以看出,利用SIMULINK對系統建模及仿真的結果 （ 波形 ） 具有真實性和極高的可信度。利用該方法還能對非常復雜的電路、電力電子變