三相橋式全控整流電路

1、-可編輯修改 -實(shí)驗(yàn)六：三相橋式全控整流電路（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握實(shí)驗(yàn)電路的工作原理和關(guān)鍵波形；2. 分析不同參數(shù)設(shè)置對(duì)仿真結(jié)果的影響二）實(shí)驗(yàn)原理在三相橋式全控整流電路中，對(duì)共陰極組和共陽極組是同時(shí)進(jìn)行控制的，控 制角都是。由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯(lián)，因此整流電壓 為三相半波時(shí)的兩倍。 很顯然在輸出電壓相同的情況下， 三相橋式晶閘管要求的 最大反向電壓，可比三相半波線路中的晶閘管低一半。為了分析方便，使三相全控橋的六個(gè)晶閘管觸發(fā)的順序是 1-2-3-4-5-6 ，晶 閘管是這樣編號(hào)的：晶閘管 KP1 和 KP4 接 a 相，晶閘管 KP3 和 KP6 接 b 相， 晶管 K

2、P5 和 KP2 接 c 相。R圖1 三相橋式全控整流電路晶閘管 KP1 、KP3、KP5 組成 共陰極組，而晶閘管 KP2 、KP4 、KP6 組成共陽極組。為了搞清楚變化時(shí)各晶閘管的導(dǎo)通規(guī)律， 分析輸出波形的變化規(guī)則， 下面 研究幾個(gè)特殊控制角， 先分析=0 的情況， 也就是在自然換相點(diǎn)觸發(fā)換相時(shí)的情 況。圖 1 是電路接線圖。為了分析方便起見，把一個(gè)周期等分 6 段(見圖 2)。在第(1)段期間， a 相電壓最高，而共陰極組的晶閘管 KP1 被觸發(fā)導(dǎo)通， b 相電位最低，所以供陽極組的晶閘管 KP6 被觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí)電流由 a 相經(jīng) KP1 流向負(fù)載，再經(jīng) KP6 流入 b 相。變壓器

3、a、b 兩相工作，共陰極組的 a 相電流 為正，共陽極組的 b 相電流為負(fù)。加在負(fù)載上的整流電壓為u2圖2 三相橋式整流電路的觸發(fā)脈沖經(jīng)過 60后進(jìn)入第(2) 段時(shí)期。這 時(shí) a 相電位仍然最高，晶閘管 KPl 繼 續(xù)導(dǎo)通，但是 c 相電位卻變成最低， 當(dāng)經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)觸發(fā) c 相晶閘管 KP2 ，電流即從 b 相換到 c 相，KP6 承受反向電壓而關(guān)斷。這時(shí)電流由 a相流出經(jīng) KPl、負(fù)載、 KP2 流回電源 c相。變壓器 a、c 兩相工作。這時(shí) a相電流為正， c 相電流為負(fù)。在負(fù)載上的電壓為再經(jīng)過 60 ，進(jìn)入第(3) 段時(shí)期。這時(shí) b 相電位最高，共陰極組在經(jīng)過自然 換相點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)

4、通晶閘管 KP3 ，電流即從 a相換到 b相，c相晶閘管 KP2 因 電位仍然最低而繼續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)變壓器 bc 兩相工作，在負(fù)載上的電壓為余相依此類推由上述三相橋式全控整流電路的工作過程可以看出：1.三相橋式全控整流電路在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，而且這兩個(gè) 晶閘管一個(gè)是共陰極組， 另一個(gè)是共陽極組的， 只有它們能同時(shí)導(dǎo)通， 才能形成 導(dǎo)電回路。2. 三相橋式全控整流電路就是兩組三相半波整流電路的串聯(lián)， 所以與三相半 波整流電路一樣，對(duì)于共陰極組觸發(fā)脈沖的要求是保證晶閘管 KPl、KP3 和KP5 依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差應(yīng)為 120 。對(duì)于共陽極組觸發(fā)脈 沖的要求是保證

5、晶閘管 KP2 、 KP4 和 KP6 依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間 的相位差也是 120 。3. 由于共陰極的晶閘管是在正半周觸發(fā)，共陽極組是在負(fù)半周觸發(fā)，因此接 在同一相的兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)該相差 180 。4. 三相橋式全控整流電路每隔 60有一個(gè)晶閘管要換流，由上一號(hào)晶閘管換 流到下一號(hào)晶閘管觸發(fā)，觸發(fā)脈沖的順序是： 123 4561 ，依次下去。 相鄰兩脈沖的相位差是 60 。5. 由于電流斷續(xù)后，能夠使晶閘管再次導(dǎo)通，必須對(duì)兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對(duì)晶 閘管同時(shí)有觸發(fā)脈沖。 為了達(dá)到這個(gè)目的， 可以采取兩種辦法； 一種是使每個(gè)脈 沖的寬度大于 60（必須小于 120，）一般取

6、 80100，稱為寬脈沖觸發(fā)。另 一種是在觸發(fā)某一號(hào)晶閘管時(shí)， 同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖， 使共陰極組 和共陽極組的兩個(gè)應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖， 相當(dāng)于兩個(gè)窄脈沖等效地代 替大于 60的寬脈沖。這種方法稱雙脈沖觸發(fā)。6. 整流輸出的電壓，也就是負(fù)載上的電壓。整流輸出的電壓應(yīng)該是兩相電壓相減后的波形，實(shí)際上都屬于線電壓，波頭，均為線電壓的一部分，是上述線電壓的包絡(luò)線。 相電壓的交點(diǎn)與線電壓的交點(diǎn)在同一角度位置上， 故線 電壓的交點(diǎn)同樣是自然換相點(diǎn)， 同時(shí)亦可看出， 三相橋式全控的整流電壓在一個(gè) 周期內(nèi)脈動(dòng)六次，脈動(dòng)頻率為 6 50=300Hz ，比三相半波時(shí)大一倍。7晶閘管所承受的電

7、壓。三相橋式整流電路在任何瞬間僅有二臂的元件導(dǎo) 通，其余四臂的元件均承受變化著的反向電壓。 例如在第 （1） 段時(shí)期，KP1 和 KP6 導(dǎo)通，此時(shí) KP3 和 KP4, 承受反向線電壓 =- 。KP2 承受反向線電壓 =- 。KP5 承 受反向線電壓 =- 。晶閘管所受的反向最大電壓即為線電壓的峰值。當(dāng)從零增大 的過程中，同樣可分析出晶閘管承受的最大正向電壓也是線電壓的峰值。（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在 MATLAB/Simulink 中構(gòu)建三相橋式全控整流電路； 2.測(cè)量不同觸發(fā)角下輸入、輸出電壓波形，輸出電流波形，分析電阻負(fù)載和阻感 負(fù)載波形的區(qū)別。（四）實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果分析1仿真系統(tǒng)MATLAB

8、 平臺(tái)2仿真參數(shù)三相電源分別設(shè)置為 Va：220V,相位角為 0 度，Vb ：220V,相位角為 -120 度， Vc:220V,相位角為 +120 度，頻率都設(shè)為 50Hz 。脈沖發(fā)生器頻率設(shè)為 50，寬度為 10。Universal Bridge 中橋臂設(shè)為 3。純電阻負(fù)載時(shí)電阻為 10 歐，阻感 負(fù)載時(shí)電阻為 10 歐電感為 1H 。觸發(fā)角分別為3仿真波形與分析三相橋式全控型整流電路仿真模型如下：圖 3. 三相橋式全控型整流電路仿真模型1）純電阻性負(fù)載時(shí)不同觸發(fā)角下的仿真波形如下：圖 5.三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載=30 時(shí)的波形圖 6.三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載 =60 時(shí)的波形圖

9、 7.三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載=90 時(shí)的波形波形分析：對(duì)于純電阻性負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角小于等于 90時(shí)，波形均為正值， 直流電流 與 同相，所以直流電流波形和直流電壓波形一樣。隨著觸發(fā)角增大， 在電壓反向后管子即關(guān)斷，所以晶閘管的正向?qū)〞r(shí)間減少，對(duì)應(yīng)著輸出平均電 壓逐漸減小，并且當(dāng)觸發(fā)角大于 60后Ud 波形出現(xiàn)斷續(xù)。而隨著觸發(fā)角的持續(xù)增大，輸出電壓逐漸減小，當(dāng)觸發(fā)角繼續(xù)增大到 120 ，整流輸出電壓 波形將全 為零，其平均值也為零，可見帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路觸發(fā)角的移相 范圍是 0-120。2）阻感負(fù)載時(shí)不同觸發(fā)角下的仿真波形如下：圖 8.三相橋式全控整流電路電阻電感性負(fù)載=0

10、時(shí)的波形圖 9.三相橋式全控整流電路電阻電感性負(fù)載=30 時(shí)的波形圖 10. 三相橋式全控整流電路電阻電感性負(fù)載=60 時(shí)的波形圖 11. 三相橋式全控整流電路電阻電感性負(fù)載=90 時(shí)的波形波形分析：對(duì)于阻感性的負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角小于 60 時(shí)，整流輸出電壓波形與 純阻性負(fù)載時(shí)基本相同， 所不同的是， 阻感性負(fù)載直流側(cè)電流由于有電感的濾波 作用而不會(huì)發(fā)生急劇的變化，輸出波形較為平穩(wěn)。而當(dāng)觸發(fā)角大于等于60 小于90時(shí)，由于電感的作用，延長了管子的導(dǎo)通時(shí)間，使 波形出現(xiàn)負(fù)值，而不會(huì) 出現(xiàn)斷續(xù)，所以直流側(cè)輸出電壓會(huì)減小，但是由于正面積仍然大于負(fù)面積，這時(shí) 直流平均電壓仍為正值。觸發(fā)角為 90時(shí)，若電感足夠大， 中正負(fù)面積將基本 相等， 平均值近似為零。這表明，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的移 相范圍為 0- 90。4結(jié)論 通過對(duì)電力電子的仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角 和負(fù)載特性的影響，在應(yīng)用 Matlab 的可視化仿真工具 Simulink 對(duì)三相橋式全 控整流電路的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，并采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出 電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。采用 Matlab Simulink 對(duì) 三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真分