基于pspice的三相全控桥式整流电路的仿真与设计毕业论文

基于pspice的三相全控桥式整流电路的仿真与设计毕业论文内容摘要：

况分析则较适用于找出极端情况下的输出波形及当时的元件值的组合。 Pspice 软件基本使用步骤 使用 Pspice 软件实现电路仿真的步骤如图 1。 第一步，根据要求选择正确的电力电子组件画出原理图或者通过编写后缀名为 .cir的文本文件来生成模拟电路。 第二步，根据要求选择正确的分析方法。 启动 Pspice 仿真。 第三步，根据输出的结果和设计要求进行对比，找出不足。 根据分析结果对电路作进一步的修改。 原 理 图 设 计设 置 仿 真 类 型 及 参 数执 行 仿 真分 析 仿 真 结 果YN满 足 设 计 要 求。 输 出 结 果 图 1 Pspice 仿真步骤 武汉科技大学本科毕业设计 8 3 三相全控桥式整流电路的电路分析 整流电路的分类 整流电路是一种将交流电能转变为直流电能的变换器。 按输入电源的相数分，可分为单相、三相和六相等，通常单相整流应用于小功率场合，三相及多相整流用于大功率场合。 按整流器件分，可分为可控整流和不可控整流两种。 可控整流电路又可分为全控整流电路和半控整流电路。 在全控整流电路中，整流器件全由晶闸管或其它可控器件组成。 半控整流电路则由整流二极管和晶闻管混合组成。 不 控整流电路全由整流二极管组成 [7]。 按整流输出波形和输人波形的关系分。 可分为半波整流和全波整流。 半波整流电路中，各整流器件的阴极 (或阳极 )全部连接到一起，接到负载的一端，而负载的另一端与电源的中点相连。 半波整流电路中，每条交流电源线中的电流是单一方向的，负载上得到的只是电源电压波形的一半，故称半波整流。 全波整流电路可看成两组半波整流电路申联而成，一组接成共阴极，另一组接成共阳极。 它们分别接到负载的两端。 在全波整流电略中，不再需要交流电源的中点，每条交流电源线中的电流是交变的。 通常全波整流电路也称为桥式整流 电路。 三相全控桥式整流电路 三相桥式全控整流电路应用最为广泛，它是由两个三相半波整流电路发展而来的，如图 (a)所示，其中一组三相半波整流电路为共阴极连接，一组为共阳极连接。 如果两组负载完全相同且触发角 α 一样，则负载电流 Id Id2相等，电路零线中无电流流过，如果将零线去掉，并不影响电路的工作，就成为三相桥式全控整流电路，如图 (b)所示。 由于共阴极组在电源正半周导通，流经变压器二次侧绕组的是正向电流，共阳极组在电源负半周导通，流经变压器二次侧绕组的是反向电流，因此一周期中变压器绕组 中没有直流磁势，且每相绕组的正、负半周都有电流流过，从而提高了变压器绕组利用率 [13]。 武汉科技大学本科毕业设计 9 (a)三相半波共阴极组和共阳 极组串联的电路 (b)三相桥式全控整流电路 图 三相全控桥式整流电路 电阻性负载 当 α = 0176。 时，可以采用与分析三相半波相控整流电路类似的方法，假设将电路中的晶闸管均换作二极管，也就相当于晶闸管触发角 α = 0176。 时的情况。 此时对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个晶闸管导通，而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低的一个晶闸管导通。 这样，任意时刻共阳极组和共阴极组各有一个晶闸管处于导通状态，电路工作波形如图 所示。 α = 0176。 就是在自然换 相点处换相。 武汉科技大学本科毕业设计 10 图 三相桥式全控整流电路阻性负载 α = 0176。 时的波形 第 I 阶段， a 相电位最高，共阴极组 T1 管触发导通， b 相电位最低，共阳极组 T6 触发导通，电流流通路径为 a → T1 → R → T6 → b，负载上电压ud=uaub=uab。 变压器 a、 b 两相工作，共阴极组的 a 相电流为正，共阳极组的 b相电流为负。 第 II 阶段， a 相电位仍然为最高， T1 继续导通，但 c 相电位最低，在自然换相点处触发 c 相的 T2 管，则 T2 导通，电流从 b 相换至 c 相， T6 因承受反向电压 关 断。 这 时 电 流 流 通 的 路 径 为 a → T1 → R → T2 → c ， 负 载 上 电 压ud=uauc=uac。 武汉科技大学本科毕业设计 11 第 III 阶段， b 相电位最高，自然换相点处触发 T3 管，则共阴极组换相至 T3，电流从 a 相换至 b 相， T1 因承受反向电压关断， T2 因 c 相电位仍为最高而继续导通，负载上电压 ud=ubuc=ubc。 以下 IV、 V、 VI 阶段以此类推。 在第 IV 阶段， T T4 导 ud=ubua=uba ；第 V 阶段， T T5 导通， ud=ucua=uca ；第 VI 阶段， T T6 导通， ud=ucub=ucb。 以后重复上述过程。 由以上分析可知，三相全控桥式整流电路中，对于共阴极组的 3 个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通；对于共阳极组的 3 个晶闸管，阴极所接交流电压值最低 (或者说负得最多 )的导通；任意时刻共阳极组和共阴极组中各有 1个晶闸管处于导通状态。 其余的晶闸管均处于关断状态。 触发角 α 的起点，仍然是从自然换相点开始计算，注意正负方向均有自然换相点。 晶闸 管导通顺序为： T T6 → T T2 → T2 、 T3 → T3 、 T4 → T4 、 T5 → T5 、T6 ，一周期中每个晶闸管导通 120176。 ，每隔 60176。 有一个晶闸管换相 [6]。 当触发角 α 0176。 时，每个晶闸管都不在自然换相点换相，而是从自然换相点向后移 α角开始换相。 图 为 α= 30176。 时电路的工作波形，其分析方法与 α = 0176。 时相同。 可从 α 角开始把一个周期 6 等分，晶闸管导通顺序仍为 T T6 → T1 、 T2 → T2 、 T3 → T3 、T4 → T4 、 T5 → T5 、 T6 ，所以输出电压波形还是 uab、 uac 、 ubc、 uba 、 uca 和ucb 等线电压的一部分，只是相位后移 30176。 晶闸管 T1 承受的电压波形由三段组成： ωt1 ~ωt3 段， T1 导通， u T1 = 0； ωt3 ~ωt5 段，共阴极组 T3 导通， uT1 = ua − ub = uab ； ωt5~ωt7 段，共阴极组 T5 导通， uT1 = ua − uc = uac。 武汉科技大学本科毕业设计 12 图 α = 30176。 时的波形 武汉科技大学本科毕业设计 13 图 、图 分别为 α = 60176。 、 α = 90176。 时输出电压 ud 波形。 α = 60176。 为电流连续和断续的临界条件，当 α 60176。 时电流波形断续。 图 α = 60176。 时的波形 武汉科技大学本科毕业设计 14 图 α = 90176。 时的波形 由以上分析可以看出： (1) 三相桥式全控整流电路在任何时刻必须保证共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导通，才能构成导电回路。 (2) 器件换流只在本组内进行，每隔 120176。 换流一次，所以共阴极组晶闸管 TT T5 触发脉冲相位相差 120176。 ，共阳极组晶闸管 T T T2 的触发脉冲也相差 120176。 由于共阴极组和共阳极组换流点相隔 60176。 ，所以每隔 60176。 有一个器件换流。 接在同一相的两个组件触发脉冲相位相差 180176。 所以触发脉冲顺序为 T1→ T2→ T3→ T4→T5→ T6。 (3) 为了保证任何时刻共阴极组和共阳极组中各有一晶闸管导通，或者由于电流断续后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。 可以采用宽脉冲 (脉冲宽度大于 60176。 ，一般取 80176。 ~100176。 )或双窄脉冲 (即一周期内对一个晶闸管连续触发两次，两次脉冲间隔 60176。 )来实现。 武汉科技大学本科毕业设计 15 实际工程应用中常采用双窄脉冲触发方式，虽然它的触发电路复杂，但可使触发装置输出功率减小，从而减小 脉冲变压器铁心的体积。 用宽脉冲触发，虽然脉冲次数减少一半，但为了使脉冲变压器不饱和，铁心体积做得较大，绕组匝数也多，使漏感加大，脉冲前沿不够陡。 (4) 三相全控桥电路整流输出电压是线电压的一部分，一个周期内脉动 6 次，脉动频率为 300Hz，较三相半波电路提高一倍。 下面分析其基本数量关系。 电流连续时 (α ≤60176。 )，整流输出电压平均值为 () 电流断续时 (α 60176。 )，整流输出电压平均值为 () 负载电流平均值为 () 当 α ≤60176。 时，电流连续，对图 波形分析，以 α = 30176。 为例，可得到变压器二次侧绕组电流有效值为 () 当 α 60176。 时，电流断续 (参见 图 、图 )，变压器二次侧绕组电流有效值为 () 流过晶闸管的电流平均值 IdT 为负载电流的 1/3，即 () 武汉科技大学本科毕业设计 16 流过晶闸管的电流有效值 IT 也有连续和断续两种情况，但两种情况下均有 () 阻性负载时， α = 0176。 ，有 I2 = ， U2 =U d0 / ，所以整流变压器二次侧绕组视在功率 () 整流变压器一次侧容量为 () 设一、二次侧绕组匝数相同，即 w1 = w2 ，于是 U1 =U2 ，在二次侧绕组中正、负半周都有电流 I2 ，平均值为零，所以 I1 = I2 ，则一次侧容量为 () 所以整流变压器容量为 S = S1 = S2 =。 电感性负载 三相全控桥电感性负载电路通常电感量足够大，使负载电流连续且其波形基本上为一条水平线。 感性负载时导电规律与阻性负载相同， α ≤60176。 时，整流输出电压 ud 波形与阻性负载时一样。 当 α 60176。 时，由前面分析可知，阻性负载的输出电压波形断续，对于大电感负载，由于电感 L 的作用，在电源线电压过零后晶闸管仍然导通，直到下一个晶闸管触发导通为止，这样输出电压波形中出现负的部分。 α = 90176。 时， ud 波形 正、负面积相等，平均值 Ud = 0，所以感性负载时电路移相范围为 90176。 图 、图 、图 分别为 α = 0176。 、 α = 30176。 、 α = 90176。 三相全控桥带大电感负载时的工作波形 [12]。 武汉科技大学本科毕业设计 17 图 三相桥式全控整流电路带电感性负载 α = 0176。 时的波形 武汉科技大学本科毕业设计 18 图 三相桥式全控整流电路带电感性负载 α = 30176。 时的波形 武汉科技大学本科毕业设计 19 图 三相桥式全控整流电路带电感性负载 α = 90176。 时的波形 从图 的 uT1 波形可知。 在电压可调范围内，晶闸管承受的最大正、反向电压均为。 感性负载电流连续时，晶闸管导通角总是 120176。 ， ud 波形每隔 60176。 重复一次，所以整流输出电压平均值为 () 负载电流平均值为 () 变压器二次侧绕组一周期内流过电流波形为方波，其中正半周为 120176。 ，负武汉科技大学本科毕业设计 20 半周也为 120176。 ，所以二次侧绕组电流有效值为 () 流过晶闸管的电流有效值 IT 和平均值 IdT 分别为 () () 同样，为了提高整流输出直流电压平均值，可在负载侧并联一续流二极管，构成带续流二极管的三相桥式整流电路，其工作过程请读者自行分析。 三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大可以使负载电流连续的情况下，其电路工作情况与带感性 负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，只在计算负载电流平均值 Id 时有所不同，此时为 Id = (Ud − E) / R。 武汉科技大学本科毕业设计 21 4 基于 Pspice 的三相全控桥式整流电路的仿真与设计 介绍。