新编基于matlab的三相桥式半控整流电路的设计及仿真

新编基于matlab的三相桥式半控整流电路的设计及仿真内容摘要：

TLAB 的操作界面， MATLAB 操 作界面是用户和 MATLAB 进行那个交互的集成平台，其默认的外观如图 3— 1所示，在其中的命令窗口（ Command Window）中输入 MATLAB 符号运算程序，计算整流输出平均电压 syms U2 Ud alpha omega t。 T=1/50。 omega=100*pi。 u1=sqrt(3)*sqrt(2)*U2*sin(omega*t)。 Ud1=3/(2*pi/omega)*int(u1,t,(pi/3+alpha)/omega,(2*pi/3)/omega)。 u2=sqrt(3)*sqrt(2)*U2*sin(omega*tpi/3)。 Ud2=3/(2*pi/omega)*int(u2,t,(2*pi/3)/omega,(alpha+pi)/omega)。 Ud=Ud1+Ud2。 Ud=expand(Ud)。 Ud=factor(Ud)。 Ud=vpa(Ud,4) 程序运行结果为 Ud =*U2*(1.+cos(alpha)) （ 1） 当 60176。 ﹤ α ﹤ 180176。 时，有 中州大学毕业设计 9  ttdnsiUU   2233/2 1d （ 12） syms U2 Ud alpha omega t。 T=1/50。 omega=100*pi。 u1=sqrt(3)*sqrt(2)*U2*sin(omega*t)。 Ud=3/(2*pi/omega)*int(u1,t,alpha/omega,pi/omega)。 Ud=expand(Ud)。 Ud=factor(Ud)。 Ud=vpa(Ud,) Ud=vpa(Ud,4) 程序运行结果为 Ud =*U2*(1.+cos(alpha)) 由上可见，在带电阻性负载时，三相桥式半控整流电路输出平均电压为  d2U = 1. 16 9U 1+ c os （ 00≤α≤ 1800） （ 13） 三相桥式半控整流电路的输出波形分析 图 21a) 为三相桥式半控整流电路与 电压波形，它是由共阴极组三相半波可控整流与共阳极组三相半波不可控整流电路串联而成，兼有可控与不可控两者的特点。 中州大学毕业设计 10 a） 一个变压器同时对共阴极的晶闸管与共阳极的二极管同时供电， A 相正向电流iT1流过共阴极组管 VT1管，经负载流过共阳极的二极管 VD6 回到 B相。 本设计既克服三相半波整流变压器二次侧只有 1/3 周期有单方向电流流过，变压器利用率底，且直流分量造成变压器直流磁化。 为克服直流磁化引起的较大漏磁，需增大变压器截面增加用铁用铜量，而且三相桥式半控整流电路比三相桥式全控整流电路更加简单更加经济。 中州大学毕业设计 11 图 2— 1 三相桥式半控整流电路与波形 UA UB UC UA UB wt Ug Ug1 Ug2 Ug3 Ug2 Ug1 O Ud O O uAB wt wt uAC uBC uBA uCA uAB uCB uCB uAC ud Wt1 Wt2 Wt3 u 2 u d1 u d2 u 2L u d u ab u ac u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ u a u c u b  t 1 O  t O  t O  t O  t  = 0161。 227。 i VT 1 u VT 1 b) c) 中州大学毕业设计 12 电阻负载时， ą=0176。 整流电路输出最大电压为 U2∮ ，整流电路的波形如图 21C） 三相电路中，把晶闸管承受正压起到触发导通之间的角度 α 称为控制角，亦称为触发角、移相角（ Firing Angle） ,晶闸管在一个周期内导通的电角度用θ表示，称为导通角（ Condu— ction Angle）。 改变 α 的大小即改变触发脉冲在每周期内出现的时刻称为移相 ，这周控制方式称为相控。 由于三相整流在自然换流点之前晶闸管承受反压，因此，自然换流点是晶闸管控制角的起算点（ α =0176。 ）。 由于自然换流点距相电压波形原点为 30176。 ，所以触发脉冲距对应相电压的原点为 30176。 +α。 共阴极组的自然换流点（ α =0176。 ）在 ωt 1时刻，由于 A点位高于 B、 C，忽略管子的压降，阴极点位将高于 B、 C点的电位，触发 VT1 晶闸管， VT1 导通，晶闸管 VT VT5 承受反电压而截至， B 点点位最低，忽略管子的压降，从而使共阳极点的电位低于 A、 B 点的电位， VDVD2反向截止， UAB 电压通过晶闸管 VT1 和二极管 VD6 加于负载， ωt 2 时，自然换流， VD2 导通， VD6 关断， UAC 电压通过 VT VD2 加于负载， ωt 3 时，电路触发换流为 VT3 而 VT1 关断。 以此类推，负载上得到三个完整的波头与三个间隔缺角的波形。 当 α =60176。 时 Ud 的波形只剩三个波头，波形维持临界连续。 α =120176。 是VT1管在 ωt 1时刻才导通， Uac电压输出， ωt 2是 Uac=0VT1 才关断。 因此， α 60176。 时 Ud的波形断续， α =180176。 时 Ud才为零。 电阻负载时输出电压为 )c o s1( 2   UU d （ 14） 三相桥式半控整流电路（电阻性负载）输出平均电压 Ud 大电感负载时的电路图见图 2— 2，在 ωt 1是触发晶闸管 VT1 导通，负载电流id 经过 VT VD6 流通。 当电流变小时，由于电感 Ld 产生感应电动势的作用，维持电流的流通，既电路有续流作用， Ud 波形与电阻负载时一样，不会出现负电压。 当电路工作时突然切除触发脉冲或把 α 快速调至 180176。 时，也会发生导通晶闸管不关断而三个整流管轮流导通的现象，负载上仍有 Ud= U2∮ 的电压。 为了避免失控，可在电路中并接续流管。 并接续流管后只有当 α ﹥ 60176。 时才有续流电流，电流电压波形请自行分析，为使电路能起到续流效果，要选用正向压降小的续流管，整流桥输出端与续流管之间的连线应短而粗，最好选择维持电流较大的晶闸管。 中州大学毕业设计 13 图 2— 2 三相桥式半控整流电路大电感负载时 整流电路直流负载的感抗ω Ld和电阻 Rd 的大小相比不可忽略时，这种负载称为电感性负载。 属于此类负载的有：电机的励磁线圈，输出串联电抗器的负载等，整流电路带电感性负载时的工作情况与带电阻性负载时有很大不同，为便于分析，本设计的电路中把电感 Ld 与电阻 Rd分开，如图 22所示。 电路串接电感后， id 的变 化波形落后 ud 的变化，使电流的峰值下降导通时间（导通角θ）延长，负载端出现负电压。 Ld使电流波形平稳起到“平波”的作用。 在实际使用中为了在负载 Rd上得到平稳的直流，特地外接电感量很大第平波电抗器。 由于 Ld 中无电阻（实际上导线电阻很小），其两端的直流电压 Udl=0，负载电阻 Rd上的电压平均值 UdR 等于管子导通时电源电压平均值 Ud，即 ud的波形中的直流成分 Ud 全部降落在 Rd 上，而 ud中的交流成分大部分降落在 Ld上。 在带大电感负载时，三相桥式半控整流电路 Ud 的波形与电阻负载时一样，不会像单相半波相控整流电路时那 样出现负电压现象，但当电路工作时突然切除触发脉冲或把 α 快速调至 1800 时，也会发生导通晶闸管不关断而三个整流管轮流导通的现象，负载上仍有 d 的电压。 为了避免失控，需要加续流管。 在电感 Ld 很大的电感性负载电路中，当晶闸管触发导通后，阳极电流上升比较缓慢，用窄脉冲触发时，有可能在阳极电流尚未达到晶闸管住电流 IL 时触发脉 中州大学毕业设计 14 冲已消失，使晶闸管不能导通。 因此在大电感负载时要求触发脉冲有足够宽度，也可在负载两端或电抗器两端并联电阻以使电流能快速增大。 中州大学毕业设计 15 3 电路仿真 Simulink 软件 MATLAB提供的 Simulink是一个对动态系统进行建立模型、仿真和分析的软件，它支持连续、离散和两者混合的线性和非线性系统，同时也支持多种采样速率系统。 Simulink 为用户提供了用框图进行建立模型的图形接口，采用这种结构建立模型差不多就像用笔和纸作画一样直观，与传统的仿真软件相比，具有更直观、更方便、更灵活的有点。 更重要的是 Simulink 能够用 MATLAB 自身语言或 C语言、FORTRAN 语言，根据 S 函 数的标准格式写成用户自己定义的功能模块，其扩充非常强。 使用模块的用户可直接利用鼠标在模型界面窗口中直观地“画”出系统模型。 在定义完一个模型后，可通过 Simulink 的菜单或 MATLAB 的命令窗口键入有关命令来对建立的模型进行仿真。 Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。 在Simulink 环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直接地“画”出系统模型，然后之际进行仿真。 它为用户提共了方框图进行建模的图形接口，采用 这种结构画模型就想用手和纸来画一样容易。 Simulink 包含有 Sinks（输出方式）、 Source（输入端）、 Linear（线性环节）、 Nonlinear(非线性环节 )、连接与接口和 Extra（其他环节）等子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户也可以定制和创建自己的模块。 Simulink 创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。 用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用 户理解模型理解模型的结构和各模块之间的相互关系。 在定义完一个模型后，用户可以通过 Simulink 的菜单或 MATLAB 的命令窗口键入命令来对它进行仿真。 菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。 采用 Scope 模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。 除此之外用户还可以在改变参数后迅速观看到系统中发生的变化情况。 仿真的结果还可以存放到 MATLAB 的工作空间里做事后处理。 中州大学毕业设计 16 模型分析工具包括显性化和平衡点分析工具、 MATLAB 的许多基本工具箱及MATLAB 的应用工具箱。 由于 MATLAB 和 Simulink 是集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。 Simulink 具有非常高的开放性，提倡将模型通过框图表示出来，或者将已有的模型添加组合到一起，或者将自己创建的模块添加到模型当中。 Simulink 具有较高的交互性，允许随意修改模型参数，并且可以直接无缝地使用 MATLAB 的所有分析工具。 对最后得到的结果可进行分析，并能够将结果可视化显示。 运行 Simulink 单击 MATLAB 工具条上的 Simulink 图标，出现如图 31的 Simulink模块库浏览器，单击工具条左边建立新模型的快捷方式，则显示新建模型窗口，在模型窗口中可通过选择模块库中的仿真模块，建立三相桥式半控整流电路的 MATLAB 仿真模型如图 32 所示 中州大学毕业设计。