三相橋式整流電路的matlab仿真-電力電子課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上五邑大學(xué)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 三相橋式整流電路的MATLAB仿真院 系 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 李上雄 指導(dǎo)教師 張建民 三相橋式整流電路的matlab仿真一、 題目的要求和意義 利用MATLAB軟件中的SIMULINK對(duì)三相橋式整流電路進(jìn)行建模、仿真，設(shè)置參數(shù)，采集波形。設(shè)計(jì)意義：整流電路是電力電子技術(shù)中最為重要的電路，應(yīng)用廣泛。常用的三相整流電路有三相橋式不可控整流電路、三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路。三相全控整流電路的整流負(fù)載容量較大,輸出直流電壓脈動(dòng)較小,是目前應(yīng)用最為廣泛的整流電路。Matlab提供的可

2、視化仿真工具Simulink可直接建立電路仿真模型，隨意改變仿真參數(shù)，并且立即可得到任意的仿真結(jié)果，直觀性強(qiáng)。利用matlab對(duì)三相橋式全控整流電路仿真，可以讓我們進(jìn)一步深入了解三相整流電路工作的每一個(gè)步驟，充分掌握三相整流電路，而對(duì)故障波形的采集與分析，鍛煉我們解決電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的能力，以使我們?cè)趯?shí)際工作中也能足夠的理論知識(shí)去排除及解決各種電路故障，具有十分重要的意義。設(shè)計(jì)目的：1、掌握MATLAB軟件中的SIMULINK仿真。2、加深對(duì)三相橋式整流電路的理解。實(shí)驗(yàn)要求：1、利用示波器觀察純電阻負(fù)載時(shí)的仿真波形，并將ud、id、uVT1波形記錄下來(lái)（觸發(fā)角選擇30）。2、利用示波器觀察阻感負(fù)

3、載時(shí)的仿真波形，并將ud、id、uVT1波形記錄下來(lái)（觸發(fā)角選擇30）。3、故障波形的采集：當(dāng)觸發(fā)角為0度時(shí)，將晶閘管2斷開，查看阻感負(fù)載下的輸出電壓ud的波形，記錄下來(lái)，并分析故障現(xiàn)象。二、 基本原理三相橋式全控整流電路圖如下：圖1三相橋式全控整流電路原理圖晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1VT2VT3VT4VT5VT6，相位依次差60；共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，相位依次差120。共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2，相位也依次差120。六個(gè)晶閘管分別由按一定規(guī)律的脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相交流電的整流，當(dāng)改變晶

4、閘管的觸發(fā)角時(shí)，相應(yīng)的輸出電壓平均值也會(huì)改變，從而得到不同的輸出。以線電壓的過(guò)零點(diǎn)為時(shí)間坐標(biāo)的零點(diǎn)，當(dāng)負(fù)載為純電阻負(fù)載是，只要觸發(fā)角少于60，負(fù)載電流就能連續(xù)。1、純電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（0120）假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角時(shí)的情況。此時(shí)，對(duì)于共陰極組的三個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽(yáng)極組的三個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最小的一個(gè)導(dǎo)通。這樣，任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有一個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。此時(shí)電路的工作波形如圖所示：圖2 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形為了說(shuō)明各晶閘管的工作情況，將波

5、形中的一個(gè)周期等分為六段，每段為60，如圖2所示，每一段中導(dǎo)通的晶閘管及輸出整流電壓情況如表1所示。具體分析如下：在第I段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管VT1被觸發(fā)導(dǎo)通，b相電位最低，所以共陽(yáng)極組的晶閘管VT6被觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí)電流由a相經(jīng)VT1流向負(fù)載，再經(jīng)VT6流入b相。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流為正，共陽(yáng)極組的b相電流為負(fù)。加在負(fù)載上的整流電壓為。其余段依此類推。表1 三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段IIIIIIIVVVI共陰級(jí)組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陰級(jí)組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓表1

6、從=0時(shí)的情況可以推出=30時(shí)純電阻負(fù)載輸理想出電壓波形如圖3所示：與=0時(shí)的情況相比，一周期的波形仍由六段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表1的規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30，組成的每一段線電壓也因此推遲了30，平均值降低。圖3 純電阻負(fù)載、阻感負(fù)載=30時(shí)的波形2、阻感負(fù)載時(shí)的工作情況（090）當(dāng)時(shí)，波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。所以=30時(shí)阻感負(fù)載輸出電壓波形也如圖3所示。3、三相橋式全控整流電路定量分析(1)以線電壓的過(guò)零點(diǎn)為時(shí)間坐標(biāo)的零點(diǎn)，當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或

7、帶電阻負(fù)載時(shí)）的平均值為： 公式1(2)帶電阻負(fù)載且60時(shí)，整流電壓平均值為： 公式2輸出電流平均值為 ： 公式3三、 純電阻和阻感負(fù)載仿真模型1、 純電阻負(fù)載=30的仿真模型如下：圖4 =30的純電阻負(fù)載仿真模型參數(shù)設(shè)計(jì)：輸入三相電壓源，線電壓取380V，50Hz，內(nèi)阻0.008歐姆, 負(fù)載電阻取5歐姆，仿真時(shí)間取0.14s；設(shè)置脈沖信號(hào)的屬性時(shí)，由于仿真時(shí)，matlab內(nèi)每個(gè)晶閘管的觸發(fā)角是按坐標(biāo)Y軸處算起的，而我們定義的觸發(fā)角是按線電壓的自然交換點(diǎn)算的，它們之間差了30，所以即使在=0時(shí)，每個(gè)晶閘管都要的導(dǎo)通延時(shí)都要加上30。所以=30時(shí)，VT1的觸發(fā)信號(hào)在60的時(shí)候，即第一個(gè)Phase

8、 Delay應(yīng)設(shè)為0.02/6，然后按照1到6的順序依次加0.02/6，因?yàn)?個(gè)晶閘管的脈沖按照VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位差依次為60度。具體如下：VT1延時(shí)：0.02*(30+30)/360，VT2延時(shí)：0.02*(30+90)/360，VT3延時(shí)：0.02*(30+150)/360，VT4延時(shí)：0.02*(30+210)/360，VT5延時(shí)：0.02*(30+260)/360，VT6延時(shí)：0.02*(30+320)/360，仿真得到的ud、id、uVT1波形依次如下：udiduVT1圖5 =30的純電阻負(fù)載仿真波形因?yàn)榈谝粋€(gè)周期是不穩(wěn)定的，得不到穩(wěn)定的波形，

9、所以為了波形完整，每一個(gè)脈沖發(fā)生器的Phase Delay均-0.02，即波形整體往左平移一個(gè)周期。（下面的波形圖都是如此）由圖可知，純電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載的電壓跟電流是完全一樣的，都是連續(xù)的，而且每個(gè)波峰都只有一半，這是因?yàn)橛|發(fā)角，而每個(gè)波峰本來(lái)也就是60，剛好缺了一半，這跟純電阻負(fù)載時(shí)電壓、電流的理論關(guān)系一樣。2、 阻感負(fù)載=30的仿真模型如下：圖6 =30的阻感負(fù)載仿真模型參數(shù)設(shè)計(jì)：輸入三相電壓源不變，負(fù)載電阻取5歐姆，電感10mH，仿真時(shí)間取0.14s，脈沖信號(hào)不變。仿真得到的ud、id、uVT1波形依次如下：UdiduVT1圖7 =30的阻感負(fù)載仿真波形由于電感的存在，使電流不能突變，所

10、以輸出電流的波形有緩慢上升的趨勢(shì)。很明顯，阻感負(fù)載觸發(fā)角=30時(shí)，電壓和電流波形是不一樣的，電壓波形可以突變，且跟純電阻時(shí)一樣，沒(méi)有負(fù)值的情況，這是因?yàn)榇藭r(shí)，線電壓還沒(méi)有過(guò)零另外的晶閘管又被導(dǎo)通了，故不會(huì)有負(fù)值。而電流則是很明顯的平緩了很多，這是因?yàn)樨?fù)載上有電感的存在，而電感的電流是不能突變的，故電流會(huì)緩慢上升到一定值，隨后會(huì)在這個(gè)值上，隨著電壓的波動(dòng)而有相對(duì)平緩很多的波動(dòng)，紋波峰值相對(duì)純電阻時(shí)減少了很多。四、 故障仿真模型故障波形的采集：當(dāng)觸發(fā)角為0度時(shí)，將晶閘管4斷開，查看阻感負(fù)載下的輸出電壓ud的波形，記錄下來(lái)，并分析故障現(xiàn)象。每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通延時(shí)為：VT1延時(shí)：0.02*(30+0)/

11、360，VT2延時(shí)：0.02*(30+60)/360，VT3延時(shí)：0.02*(30+120)/360，VT4延時(shí)：0.02*(30+180)/360，VT5延時(shí)：0.02*(30+240)/360，VT6延時(shí)：0.02*(30+300)/360仿真模型如下：圖8 =0的阻感負(fù)載的故障仿真模型參數(shù)設(shè)計(jì)：輸入三相電壓源不變，負(fù)載電阻取1歐姆，電感15mH，仿真時(shí)間取0.14s ，=0時(shí)，VT1的觸發(fā)信號(hào)在30的時(shí)候，即第一個(gè)Phase Delay應(yīng)設(shè)為0.02/12，然后按照1到6的順序依次加0.02/6，因?yàn)椴ㄐ我惨w往左平移一個(gè)周期，所以每一個(gè)脈沖發(fā)生器的Phase Delay均-0.02，

12、然后再把VT2的觸發(fā)信號(hào)去掉得到的輸出電壓波形如下：圖9 =0的阻感負(fù)載的故障仿真波形故障分析： 由負(fù)載電壓Ud的波形可以清晰看到，導(dǎo)通的波峰只有為線電壓的正半周的包絡(luò)線，說(shuō)明觸發(fā)角是0，但是一個(gè)周期只有四個(gè)波峰，缺少了兩個(gè)，而且都是每個(gè)周期的第二和第三個(gè)波峰。對(duì)比一下正常情況下三相橋式整流電路的波形圖及晶閘管導(dǎo)通關(guān)系（表1），可以很輕易地判斷出VT2的觸發(fā)脈沖出現(xiàn)了故障，只有這樣才會(huì)導(dǎo)致負(fù)載電壓丟失了第二和第三個(gè)波峰時(shí)。但是由于VT2沒(méi)有導(dǎo)通，即電壓仍然保持上一個(gè)波峰的電壓一直降到零，經(jīng)過(guò)120后，又再次導(dǎo)通，故每個(gè)周期，負(fù)載電壓都會(huì)缺了第二個(gè)和第三個(gè)波峰。又因?yàn)闊o(wú)論是純電阻負(fù)載還是阻感負(fù)載

13、，在0時(shí)電流都連續(xù)，會(huì)得到相同的波形圖，所以不能判斷出是阻感負(fù)載還是純電阻負(fù)載。五、 課程設(shè)計(jì)體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)我們使用MATLAB中的Simulink去仿真三相橋式整流電路，觀察并記錄波形，以及對(duì)故障波形進(jìn)行分析。這次課程設(shè)計(jì)是我第一次使用MATLAB去做電力電子應(yīng)用相關(guān)的仿真，我用的MATLAB是2014版本的，剛開始由于版本的不同一直仿真提示錯(cuò)誤，后來(lái)上網(wǎng)查閱資料才知道07版本以上的都要在仿真模型面加上powergui模塊才能正常仿真。由于對(duì)Simlink的各個(gè)模塊不熟悉，只好上網(wǎng)一邊查看各個(gè)模塊的介紹，一邊把仿真電路圖畫出來(lái)，通過(guò)這次的仿真實(shí)驗(yàn)，我又一次加深了對(duì)MATLAB熟悉程度，讓我

14、再一次深深地感受這個(gè)軟件的強(qiáng)大，在接下來(lái)的時(shí)間里，一定要認(rèn)真學(xué)好。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，是我對(duì)三相橋式整流電路有了更深入的認(rèn)識(shí)，加深鞏固了自己對(duì)電力電子技術(shù)應(yīng)用的分析和設(shè)計(jì)能力。明白了仿真的重要性，在設(shè)計(jì)之前光有理論設(shè)計(jì)使不夠的，還要通過(guò)仿真來(lái)直觀地觀察相關(guān)數(shù)據(jù)及波形來(lái)判斷設(shè)計(jì)是否合理正確。通過(guò)這次仿真實(shí)驗(yàn)，使我深刻地理解了三相全控橋式整流各個(gè)晶閘管的導(dǎo)管順序和關(guān)系，也掌握了故障分析的相關(guān)理論知識(shí)，受益匪淺。六、 參考文獻(xiàn)1 王兆安.劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.52林飛.杜欣.電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真M.北京.電力出版社，2001.13薛定宇，陳陽(yáng)泉.基于MA

15、TLABSimulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2002.4洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，說(shuō) 明一、報(bào)告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容：1 概述所作題目的要求和意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；2 基本原理，應(yīng)包括整流電路的電路結(jié)構(gòu)圖，輸出電壓電流的計(jì)算公式等(重點(diǎn)內(nèi)容)3 仿真電路的建模，結(jié)果分析(重點(diǎn)內(nèi)容)4 課程設(shè)計(jì)體會(huì)5 主要參考文獻(xiàn)二、對(duì)報(bào)告的要求：1 頁(yè)面設(shè)置：上下左右頁(yè)邊距分別為2.5cm、2.0cm、2.5cm、2.0cm2 正文字體：宋體，小四號(hào)字，行間距最小值18磅；數(shù)字與字母用Times new roman字體3 表格不能跨越兩頁(yè)，圖和圖的標(biāo)題、表和表的標(biāo)題不能跨頁(yè)，表中字體以及圖、表的標(biāo)題要用五號(hào)字。整篇報(bào)告的圖和表從1開始編號(hào)，比如“圖1 三相橋式整流電路電路結(jié)構(gòu)圖（純電阻負(fù)載）”。4 公式、變量要用公式編輯器書寫，整篇報(bào)告的公式從1開始編號(hào)。5 參考文獻(xiàn)要求如下：論文參考文獻(xiàn)類型標(biāo)識(shí)：M-專著（書）； C-論文集； J-期刊文章； D-學(xué)位論文； R-報(bào)告； S-標(biāo)準(zhǔn)； P-專利； 并放在“論文標(biāo)題”與“刊名（書名）”之間。文獻(xiàn)的標(biāo)題，