三相全控整流电路仿真研究

付保红，成宝芝

(大庆师范学院 物理与电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163712)

0 引言

整流电路，尤其是三相全控整流电路，是电力电子技术中最为重要的电路，应用十分广泛。但三相全控整流电路的工作情况比较复杂，尤其是繁杂的波形分析，给教学带来很大不便。对电路进行建模仿真，使学生能够对比较难以理解的抽象内容有一个直观的认识。

1 三相全控整流电路的工作原理

1.1 基本工作原理

图1 三相全控整流电路电路结构图

将一个周期相电压分为6个区间，每个区间整流电路工作情况如下表：

表1 整流电路工作情况

由上表可见，在三相桥式全控整流电路中，每一个导电回路中有2 个晶闸管，即用2个晶闸管同时导通以控制导电的回路。晶闸管的导通顺序为VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6。

从上述分析可以总结出三相全控桥式整流电路的工作特点：

1)任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形成电流通路；

2)共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5，按相序依次触发导通，相位相差120°，共阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6，相位相差120°，同一相的晶闸管相位相差180°。每个晶闸管导通角120°；

3)输出电压Ud由六段线电压组成，每周期脉动六次；

4)晶闸管承受的电压只与晶闸管导通情况有关，其波形由3段组成：一段为零(忽略导通时的压降)，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。

1.2 基本数量关系

1)α≤60°

2)α>60°

2 三相全控整流电路的仿真模型

在Matlab环境下，运用Simulink及Power System Blockset的各种元件模型建立了三相桥式全控整流电路的仿真模型，仿真模型如图2所示：

图2 三相全控整流电路仿真模型

模型参数的设置：

1)交流电压源的参数设置：设置交流峰值相电压为100V，频率为25Hz。

2)负载的参数设置：选择R=8Ω，L=1H，C=inf。

3)脉冲发生器参数的设置：选择宽脉冲触发方式，宽度取30%。

在模型参数的设置中，难点在各个晶闸管触发角的设置。正半周第一个自然换相点在距X轴30°的位置，则在电源频率为25Hz的情况下延迟0.0033s。当α=0°时，Pulse1的延迟时间即为0.0033s。VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发相位依次相差60°，则Pulse1、Pulse2、Pulse3、Pulse4等的相位依次延迟0.0066s。在α=30°时，各个晶闸管触发相位依次再延迟0.0033s。α=60°、α=90°时以此类推。

3 三相全控整流电路的仿真分析

3.1 整流输出电压与触发角的关系

以纯阻性负载为例，不同α角时输出电流、输出电压平均值对比如下：

α=0° α=30°

由仿真波形可见，在负载相同时，α角越大，整流输出电流、电压平均值越小，二者成反比。

3.2 整流输出电压与负载的关系

α=90°时，阻性与感性负载的输出电流、输出电压对比如下：

阻性负载 感性负载

在三相全控整流电路中，由仿真波形可见当α>60°时，阻性负载输出电流、电压波形出现断续；α=90°时，阻性负载，输出电流、电压波形出现断续；当α<60°时，感性负载输出电流、电压连续。

4 结语

本文对三相全控整流电路进行了理论分析，建立了仿真模型。从触发角和负载的角度触发，通过对比，分析了二者对整流输出电压的影响。通过仿真分析，验证了所建模型的正确性。利用MATLAB强大的绘图功能，不需要复杂的实验装置，就可以直观地观察到不同参数对整流电路的影响，这对电力电子技术的教学和实验研究具有重要意义。

[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.

[2] 王云亮.电力电子技术[M].北京:电子工业出版社，2004.

[3] 飞思科技产品研发中心.MATLAB7基础与提高[M].北京：电子工业出版社，2005.