基于Simulink的三相橋式全控整流電路的建模與仿真

祁峰

（山西工程技術(shù)學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化系 山西省陽(yáng)泉市 045000）

三相橋式全控整流電路是應(yīng)用最廣泛的整流電路，本文通過MATLAB 對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行建模和仿真，對(duì)其阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載兩種情況進(jìn)行了建模研究，也模擬了晶閘管損壞情況下的電路仿真，并且對(duì)其仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，改變?cè)骷?shù)，進(jìn)行了不同情況的仿真，對(duì)三相橋式全控整流電路的認(rèn)識(shí)更加深刻。

1 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)及其原理圖

1.1 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)

三相橋式全控整流電路是應(yīng)用最廣泛的一種整流電路，完整的三相橋式全控整流電路由整流變壓器、橋式連接的晶閘管、負(fù)載、觸發(fā)器和同步環(huán)節(jié)組成（如圖1），6 個(gè)晶閘管依次相隔60°觸發(fā)，將電源交流電整流為直流電。

1.2 三相橋式全控整流電路的原理圖與介紹

如圖1所示，晶閘管VT1、VT3、VT5 為共陰級(jí)組，VT2、VT4、VT6 為共陽(yáng)級(jí)組，對(duì)于共陰級(jí)組的三只晶閘管，總是陽(yáng)極電壓更高的那只優(yōu)先導(dǎo)通，輸出正電壓Ud1；對(duì)于共陽(yáng)級(jí)組的三只晶閘管，總是陰極電壓更低的那只優(yōu)先導(dǎo)通，輸出負(fù)電壓Ud2；負(fù)載上得到的整流電壓為共陰級(jí)組輸出電壓減去共陽(yáng)級(jí)組輸出電壓，既Ud=Ud1-Ud2，相應(yīng)的輸出電壓平均值為Ud=Ud1-Ud2=Ud1+|Ud2|=2Ud1。

2 系統(tǒng)建模與分析

根據(jù)圖1三相橋式全控整流電路原理圖用matlab 畫出仿真電路圖，如圖2所示。

圖1：三相橋式全控整流電路原理圖

圖2：三相橋式全控整流電路matlab 仿真圖

2.1 阻性負(fù)載

2.1.1 參數(shù)設(shè)置

（1）相電壓峰值值為314V，工頻率為50Hz；

（2）A、B、C 三個(gè)相位角分別為30°、150°和270°。阻抗值為0；

（3）負(fù)載R 設(shè)置為10Ω；

（4）晶閘管參數(shù)設(shè)置：Rs=le5，Cs=inf，Ron=le-3，Lon=0H，Vf=0；

（5）PLL 參數(shù)設(shè)置：初始頻率為50Hz，最小頻率為50Hz，初始相數(shù)設(shè)置為3；

（6）設(shè)置6 個(gè)雙脈沖觸發(fā)波，脈沖寬度為20deg。

2.1.2 仿真

選擇ode45tb 算法，仿真時(shí)間為0.1s，對(duì)不同觸發(fā)角α 進(jìn)行仿真，產(chǎn)生的波形如下：

當(dāng)觸發(fā)角α=0°時(shí)輸出電壓電流的波形圖如圖3所示。

圖3：觸發(fā)角α=0°時(shí)的輸出電壓電流波形圖

當(dāng)觸發(fā)角α=60°時(shí)輸出電壓電流的波形圖如圖4所示。

圖4：觸發(fā)角α=60°時(shí)的輸出電壓電流波形圖

當(dāng)觸發(fā)角α=90°時(shí)輸出電壓電流的波形圖如圖5所示。

圖5：觸發(fā)角α=90°時(shí)的輸出電壓電流波形圖

分析觀察結(jié)果可知:改變不同的觸發(fā)角，輸出電壓和輸出電流在發(fā)生不同的改變。無論觸發(fā)角的值是多少，在0.04s 之前，波形不穩(wěn)定，0.04s 之后，波形穩(wěn)定。

2.2 阻感性負(fù)載

2.2.1 參數(shù)設(shè)置

將負(fù)載RL 的電感設(shè)置為0.04H。

2.2.2 仿真結(jié)果分析

分析觀察結(jié)果得到：電壓的波形和阻性負(fù)載電壓波形相比，基本保持不變，但電流的波形發(fā)生了巨大的變化，電流因?yàn)殡姼械男盍髯饔泌吔谝粭l直線，當(dāng)電流減小的時(shí)候，電感阻礙電流減小，當(dāng)線路中的電流增大時(shí)，電感阻止其增大。0.04s 之前波形依然不穩(wěn)定。

隨著觸發(fā)角的增大，電流和電壓的波形也發(fā)生了一定的變化，觀察電壓的波形圖發(fā)現(xiàn)，正半軸的面積等于負(fù)半軸的面積，當(dāng)使用阻感性負(fù)載的時(shí)候，α=90°時(shí)，是整個(gè)波形中的臨界狀態(tài)，圖中還發(fā)現(xiàn)一些由諧波干擾引起的不平整波形。觀察電流的波形圖發(fā)現(xiàn)，隨著α 的增大，線路中總阻抗值也會(huì)隨著增大，導(dǎo)致負(fù)載的電流值略微下降。

2.3 晶閘管損壞

在高壓強(qiáng)電流的影響下，電路的晶閘管容易出現(xiàn)故障。假設(shè)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行仿真分析，當(dāng)負(fù)載為阻性，α=30°時(shí)，分析故障所產(chǎn)生的波形情況，得到只有一個(gè)晶閘管故障波形如圖6所示。

圖6：觸發(fā)角α=30°阻性負(fù)載時(shí)，晶閘管損壞一個(gè)波形圖

3 結(jié)語

本文通過matlab 對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行模擬和仿真，觀察分析可得三相橋式全控整流電路的輸出電壓受到觸發(fā)角α 和負(fù)載特性的影響，并對(duì)其輸出電流和輸出電壓波形進(jìn)行了分析，用可視化的simulink 對(duì)其進(jìn)行了分析，這種直觀快捷方法，可以使復(fù)雜的電力電子技術(shù)變得更加容易，在仿真中任意改變各項(xiàng)電子元器件的參數(shù)，減少了繁重的工作量，是分析各個(gè)電路模型的好方法。