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

（江蘇海事職業技術學院，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上，采用Matlab/Simulink仿真平臺，分別對帶有電阻性負載及電阻電感性負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特性把交流電轉換成直流電的電路，廣泛應用于工業領域、電力系統、通信系統及其他領域。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、更經濟，因此，在中等容量的整流裝置或不要求可逆的電力系統中廣泛應用。

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負載的工作情況建立仿真模型及仿真研究，具有一定的現實意義。不僅有利于電力電子技術理論學習，還對工程實踐具有指導作用。

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(變壓器二次側電壓)的直流電壓。VTl、VT3和VT5為觸發脈沖相位互差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。它們的導通順序依次為：VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6。假定負載電感 L足夠大，可以認為負載電流在整個穩態工作過程中保持恒值，因此，控制角不論為何值，負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。當控制角=0時，給晶閘管控制極加觸發脈沖，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通，負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通，共陽極組中就會有二極管續流。當控制角￡60°時，負載輸出電壓o波形連續，對于電阻性負載，負載輸出電流o波形與電壓o波形形狀一樣且都連續。當控制角>60°時，負載輸出電壓o波形中有一段為零，但不會出現負值。

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

￡60°時，負載輸出電流平均值為

>60°時，負載輸出電壓平均值

>60°時，負載輸出電流平均值

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、觸發器、電阻性負載和同步環節組成，仿真建模如圖2。

圖2 電阻性負載的三相橋式半控整流電路的仿真模型

2.2 仿真參數設置

1）三相交流電源仿真參數設置：=100 V，頻率=50 Hz，三相電源相位互差120°。

2）晶閘管參數設置：R= 0.001W，= 0.0001 H，V= 0.8 V，R= 500W，C= 250 pF。

3）RLC負載參數設置：= 10W，= 0 H，= inf。

4）控制角參數設置：=0°、=30°、=60°、=90°。

5）脈沖發生器參數設置：脈沖發生器的周期為 0.02 s（=1/），脈沖寬度為3。脈沖發生器延時：

式中為控制角。

2.3 仿真結果及分析

當= 0°時，脈沖發生器延時依次設為0.0017 s，0.0083 s，0.015 s。三相電源電壓、觸發信號u、晶閘管電流 i、晶閘管電壓u、負載電流 i、負載電壓u，仿真各波形如圖3。

當= 30°時，脈沖發生器延時依次設為0.0033 s，0.01，0.0167 s，仿真各波形如圖4。

當= 60°時，脈沖發生器延時依次設為0.005 s，0.0117 s，0.0183 s，仿真各波形如圖5。

當= 90°時，脈沖發生器延時依次設為0.0067 s，0.0134 s，0.02 s，仿真各波形如圖6。

對純電阻性負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，當控制角?[0，60°]時，負載電流及電壓是連續的。當控制角> 60°時，負載電流及電壓不連續，有一段為零，但不會出現負值。

圖4 控制角a=30°時，純電阻性負載的各波形

圖5 控制角a=60°時，純電阻性負載的各波形

2.4 具有電阻電感性負載的三相橋式半控整流電路

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

仿真如圖7～圖10。

圖8 控制角a=30°時，電阻電感性負載的各波形

圖9 控制角a=60°時，電阻電感性負載的各波形

圖10 控制角a=90°時，電阻電感性負載的各波形

對電阻電感性負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，當控制角?[0，60°]時，負載電流及電壓是連續的，且電感足夠大時，電流接近恒定值。當控制角> 60°時，負載電壓不連續。

3 結論

本文在分析三相橋式半控整流電路工作原理的基礎上，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°純電阻負載及電阻電感性負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。