电力电子Matlab仿真

辽宁科技大学

课程名称：三项桥式全控整流的性能研究院系：电子与信息工程学院

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时间：2015年12月15日

摘要：对于广泛使用的三相桥式整流电容滤波电路，在直流侧接入电抗器是提高电路输入功率因数降低谐波电流的有效方法。通过分析得出了电路各项输入指标与参数间的理论关系式，为电路分析设计提供了有效的工具。仿真与实验证明了结论的正确性。利用MATLAB7.0 的Simulink 的电力系统仿真模型进行可控整流电路的仿真研究，给出三相桥式全控整流电路的理论分析波形图，用MATLAB 命令语言验证了理论分析，并提供该电路的MATLAB 的仿真模型图，得到仿真波形图。

关键词：三相桥式全控整流；触发角；电阻负载；仿真模型图

1、概述

随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。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。它是由半波整流电路发展而来的。由一组共阴极的三

相半波可控整流电路和一组共阳极接法的晶闸管串联而成。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。由于整流电路涉及到交流

信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、

电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压

情况下实验也难顺利进行。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，进一步省去了编程的

步骤。本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深

了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验

教学奠定良好的实验基础。

整流电路是电力电子中出现最早的一种形式，它将交流电转变为直流电，电路形式十分广泛。三相桥式全控整流电路以

及三相桥式全控逆变电路在现代电力电子技术中具有很重要的

作用和很广泛的应用。这里结合全控整流电路以及全控逆变电

路理论基础，采用Matlab的仿真工具Simulink对三相桥式全

控整流电路和三相桥式全控逆变电路进行仿真，对输出参数进

行仿真及验证，进一步了解三相桥式全控整流电路和三相桥式

全控逆变电路的工作原理。

2、原理

一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳

极。

（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，

且不能为同1相器件。

（2）对触发脉冲的要求：

1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60︒。

2)共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120︒，共阳极组VT4、VT6 、VT2也依次差120︒。

3)同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180︒。

（3）Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）

（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。

三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。 6 个晶闸管导通的顺序是按 VT6 –VT1 → VT1 –VT2 → VT2 –VT3 → VT3 –VT4 → VT4 –VT5 → VT5 –VT6 依此循环，每隔60 °有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为 60 °。

三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，

其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a ＞90 °，使 U d 为负值。

所谓逆变，就是要求把负载（电机）吸收的直流电能转变为交流电能反馈回电网。三相桥式有源逆变电路实质上是三相桥式可控整流电路工作的一个特定状态，三相桥式逆变。

要使整流电路工作于逆变状态，必须有两个条件：

(1)变流器的输出Ud能够改变极性。因为晶闸管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为了实现有源

逆变，必须去改变Ud 的电极性。只要使变流器的控制角α>90°即可。

(2)必须要有外接的直流电源E，并且直流电源E也要可以改变极性，并且|E|>|Ud|。

上述条件必须同时满足，才能实现有源逆变。

三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a ＞90 °，使 U d 为负值

KP1KP3KP5

KP4KP6KP2

图1 三相桥式全控整流电路

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图2 三相桥式整流电路的触发脉冲