基于Simulink的三相橋式半控整流電路的仿真分析

于家鳳，李沁生

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基于Simulink的三相橋式半控整流電路的仿真分析

于家鳳，李沁生

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京211170）

針對三相橋式半控整流電路，本文在分析了電路的工作原理基礎(chǔ)上，采用Matlab/Simulink仿真平臺，分別對帶有電阻性負(fù)載及電阻電感性負(fù)載的三相橋式半控整流電路建立仿真模型，改變共陰極組晶閘管的控制角為0°、30°、60°、90°進行仿真分析，仿真結(jié)果驗證三相橋式半控整流電路的工作特性。

Simulink 晶閘管 建模 仿真 三相橋式半控整流電路

0 引言

整流電路是利用電子器件的開關(guān)特性把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電路，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及其他領(lǐng)域。三相橋式半控整流電路相比于三相橋式全控整流電路更簡單、更經(jīng)濟，因此，在中等容量的整流裝置或不要求可逆的電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

本文基于SIMULINK仿真平臺，對三相橋式半控整流電路的不同性質(zhì)負(fù)載的工作情況建立仿真模型及仿真研究，具有一定的現(xiàn)實意義。不僅有利于電力電子技術(shù)理論學(xué)習(xí)，還對工程實踐具有指導(dǎo)作用。

1 三相橋式半控整流電路的工作原理

三相橋式半控整流電路如圖1所示，是由變壓器、共陰極接法的3個晶閘管（VTl、VT3和VT5）、共陽極接法的3個二極管（VD2、VD4和VD6）及負(fù)載連接而成，這種電路具有可控和不可控的特性。輸出整流電壓o是三組整流電壓之和，改變共陰極組晶閘管的控制角，可獲得0—2.34U2(變壓器二次側(cè)電壓)的直流電壓。VTl、VT3和VT5為觸發(fā)脈沖相位互差120°的晶閘管，VD2、VD4和VD6為整流二極管，由這6個管子組成三相橋式半控整流電路。它們的導(dǎo)通順序依次為：VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6。假定負(fù)載電感 L足夠大，可以認(rèn)為負(fù)載電流在整個穩(wěn)態(tài)工作過程中保持恒值，因此，控制角不論為何值，負(fù)載電流如總是單向流動，而且變化很小。

圖1 三相橋式半控整流電路圖

圖1中各個管子總是在換相點處換相。當(dāng)控制角=0時，給晶閘管控制極加觸發(fā)脈沖，針對3個共陰極組的晶閘管，陽極所接的交流電壓最高的一個導(dǎo)通；而對共陽極組的3個二極管，陰極所接的交流電壓最低的一個導(dǎo)通。因此，在共陽極組和共陰極組中，任意時刻總是各有一個管子導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓為兩個相電壓之差，是線電壓中最大的一個。只要共陰極組中有晶閘管導(dǎo)通，共陽極組中就會有二極管續(xù)流。當(dāng)控制角￡60°時，負(fù)載輸出電壓o波形連續(xù)，對于電阻性負(fù)載，負(fù)載輸出電流o波形與電壓o波形形狀一樣且都連續(xù)。當(dāng)控制角>60°時，負(fù)載輸出電壓o波形中有一段為零，但不會出現(xiàn)負(fù)值。

具有電阻性負(fù)載的三相橋式半控整流電路，根據(jù)上述分析，￡60°時，負(fù)載輸出電壓平均值為

￡60°時，負(fù)載輸出電流平均值為

>60°時，負(fù)載輸出電壓平均值

>60°時，負(fù)載輸出電流平均值

2 三相橋式半控整流電路在SIMULINK中建模和仿真

2.1具有電阻性負(fù)載的三相橋式半控整流電路的仿真模型

三相橋式半控整流電路是由三相電源、3個橋式晶閘管、3個橋式二極管、觸發(fā)器、電阻性負(fù)載和同步環(huán)節(jié)組成，仿真建模如圖2。

圖2 電阻性負(fù)載的三相橋式半控整流電路的仿真模型

2.2 仿真參數(shù)設(shè)置

1）三相交流電源仿真參數(shù)設(shè)置：=100 V，頻率=50 Hz，三相電源相位互差120°。

2）晶閘管參數(shù)設(shè)置：R= 0.001W，= 0.0001 H，V= 0.8 V，R= 500W，C= 250 pF。

3）RLC負(fù)載參數(shù)設(shè)置：= 10W，= 0 H，= inf。

4）控制角參數(shù)設(shè)置：=0°、=30°、=60°、=90°。

5）脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置：脈沖發(fā)生器的周期為 0.02 s（=1/），脈沖寬度為3。脈沖發(fā)生器延時：

式中為控制角。

2.3 仿真結(jié)果及分析

當(dāng)= 0°時，脈沖發(fā)生器延時依次設(shè)為0.0017 s，0.0083 s，0.015 s。三相電源電壓、觸發(fā)信號u、晶閘管電流 i、晶閘管電壓u、負(fù)載電流 i、負(fù)載電壓u，仿真各波形如圖3。

當(dāng)= 30°時，脈沖發(fā)生器延時依次設(shè)為0.0033 s，0.01，0.0167 s，仿真各波形如圖4。

當(dāng)= 60°時，脈沖發(fā)生器延時依次設(shè)為0.005 s，0.0117 s，0.0183 s，仿真各波形如圖5。

當(dāng)= 90°時，脈沖發(fā)生器延時依次設(shè)為0.0067 s，0.0134 s，0.02 s，仿真各波形如圖6。

對純電阻性負(fù)載的三相橋式半控整流電路，由仿真的波形圖3-6比較可得，當(dāng)控制角?[0，60°]時，負(fù)載電流及電壓是連續(xù)的。當(dāng)控制角> 60°時，負(fù)載電流及電壓不連續(xù)，有一段為零，但不會出現(xiàn)負(fù)值。

圖4 控制角a=30°時，純電阻性負(fù)載的各波形

圖5 控制角a=60°時，純電阻性負(fù)載的各波形

2.4 具有電阻電感性負(fù)載的三相橋式半控整流電路

具有電阻電感性負(fù)載的三相橋式半控整流電路的仿真模型與電阻性負(fù)載的三相橋式半控整流電路仿真模型相似。只需將RLC的負(fù)載參數(shù)設(shè)置為：= 10W，= 0.04 H，= inf。三相電源電壓、觸發(fā)信號u、晶閘管電流 i、晶閘管反相電壓u、負(fù)載電流i、負(fù)載電壓u。

仿真如圖7～圖10。

圖8 控制角a=30°時，電阻電感性負(fù)載的各波形

圖9 控制角a=60°時，電阻電感性負(fù)載的各波形

圖10 控制角a=90°時，電阻電感性負(fù)載的各波形

對電阻電感性負(fù)載的三相橋式半控整流電路，由仿真的波形圖7-10比較可得，當(dāng)控制角?[0，60°]時，負(fù)載電流及電壓是連續(xù)的，且電感足夠大時，電流接近恒定值。當(dāng)控制角> 60°時，負(fù)載電壓不連續(xù)。

3 結(jié)論

本文在分析三相橋式半控整流電路工作原理的基礎(chǔ)上，利用SIMULINK仿真平臺，對三相橋式半控整流電路建立了仿真模型，并分別對晶閘管控制角為0、30°、60°、90°純電阻負(fù)載及電阻電感性負(fù)載的三相橋式半控整流電路進行仿真。通過仿真驗證了理論分析的正確性，為其有效地運用于工程提供了指導(dǎo)作用。

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Simulation Analysis for Three-phase Bridge Semi-controlled Rectifier Circuit Based on Simulink

Yu Jiafeng, Li Qinsheng

（Jiangsu Maritime Institute, Nanjing 21170, China）

TM461

A

1003-4862（2017）09-0077-04

2017-06-15

中國交通教育研究會，項目編號交教研1602-2

于家鳳，女，講師。研究方向；船舶電氣及自動化。