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隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整流電路在自動控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。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，由于整流電路涉及到交流信號、直流信號以及觸發(fā)信號，同時包含晶閘管、電容、電感、電阻等多種元件，采用常規(guī)電路分析方法顯得相當(dāng)繁瑣，高壓情況下實驗也難順利進(jìn)行。Matlab提供的可視化仿真工具Simtlink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)，進(jìn)一步省去了編程的步驟。本文利用Simulink對三相橋式全控整流電路進(jìn)行建模，對不同控制角、橋故障情況下進(jìn)行了仿真分析，既進(jìn)一步加深了三相橋式全控整流電路的理論，同時也為現(xiàn)代電力電子實驗教學(xué)奠定良好的實驗基礎(chǔ)。 1 電路的構(gòu)成及工作特點 三相橋式全控整流電路原理圖如圖1所示。三相橋式全控整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來的，它由三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽極接法(VT1，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。 其工作特點是任何時刻都有不同組別的兩只晶閘管同時導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，因此為保證電路啟動或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通，必須對不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的一對晶閘管同時加觸發(fā)脈沖，所以觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于π／3的寬脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以可以采用脈沖列代替雙窄脈沖；每隔π／3換相一次，換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進(jìn)行，但只在同一組別中換相。接線圖中晶閘管的編號方法使每個周期內(nèi)6個管子的組合導(dǎo)通順序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共陰極組T1，T3，T5的脈沖依次相差2π／3；同一相的上下兩個橋臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脈沖相差π，給分析帶來了方便；當(dāng)α=O時，輸出電壓Ud一周期內(nèi)的波形是6個線電壓的包絡(luò)線。所以輸出脈動直流電壓頻率是電源頻率的6倍，比三相半波電路高l倍，脈動減小，而且每次脈動的波形都一樣，故該電路又可稱為6脈動整流電路。同理，三相半波整流電路稱為3脈動整流電路。α＞0時，Ud的波形出現(xiàn)缺口，隨著α角的增大，缺口增大，輸出電壓平均值降低。當(dāng)α=2π／3時，輸出電壓為零，所以電阻性負(fù)載時，α的移相范圍是O～2π／3；當(dāng)O≤α≤π／3時，電流連續(xù)，每個晶閘管導(dǎo)通2π／3；當(dāng)π／3≤α≤2π／3時，電流斷續(xù)，個晶閘管導(dǎo)通小于2π／3。23α=π／3是電阻性負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)的分界點。 2 建模及仿真 2．1 建模 根據(jù)三相橋式全控整流電路的原理可以利用Simulink內(nèi)的模塊建立仿真模型如圖2所示，設(shè)置三個交流電壓源Va，Vb，Vc相位角依次相差120°，得到整流橋的三相電源。用6個Thyristor構(gòu)成整流橋，實現(xiàn)交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換。6個pulse generator產(chǎn)生整流橋的觸發(fā)脈沖，且從上到下分別給1～6號晶閘管觸發(fā)脈沖。 2．2 參數(shù)設(shè)置及仿真 三相電源的相位互差120°，交流峰值電壓為l00 V，頻率為60 Hz。晶閘管的參數(shù)為：Rn=O．001 Ω，Lon=0．000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250×10-9。負(fù)載電阻性設(shè)R=45 Ω，電感性負(fù)載設(shè)L=1 H。脈沖發(fā)生器脈沖寬度設(shè)置為脈寬的50 ％，脈沖高度為5 V，脈沖周期為0．016 7 s，脈沖移相角隨著控制角的變化對“相位角延遲”進(jìn)行設(shè)置。 (1)根據(jù)三相橋式全控整流電路的原理圖，對不同的觸發(fā)角α?xí)绊戄敵鲭妷哼M(jìn)行仿真，負(fù)載為阻感特性。 從以上仿真波形圖可知改變不同的控制角，輸出電壓在發(fā)生不同的變化。 (2)由于高壓強(qiáng)電流的情況，整流電路晶閘管很容易出現(xiàn)故障。假設(shè)以下情況對故障現(xiàn)象進(jìn)行仿真分析，當(dāng)α=30°，負(fù)載為阻感性時，仿真分析故障產(chǎn)生的波形情況。只有一個晶閘管故障波形如圖6所示。同一相的兩個晶閘管故障波形如圖7所示。 不同橋且不同相的兩個晶閘管發(fā)生故障時的仿真波形如圖8所示。 從以上故障仿真波形圖來看，不同的晶閘管出現(xiàn)故障時，產(chǎn)生的波形圖是不一樣的，所以，通過動態(tài)仿真能有效知道整流電路出現(xiàn)故意時候的工作情況，同時也加深對三相全控整流電路的理解和運用。 3 結(jié)語 通過仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角α和負(fù)載特性的影響，文中應(yīng)用Matlab的可視化仿真工具simulink對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，并與相關(guān)文獻(xiàn)中采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。采用Matlab／Simulink對三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真分析，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種直觀、快捷分析整流電路的新方法。應(yīng)用Matlab／Simulink進(jìn)行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直觀地觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況。應(yīng)用Matlab對整流電路故障仿真研究時，可以判斷出不同橋臂晶閘管發(fā)生故障時產(chǎn)生的波形現(xiàn)象，為分析三相橋式整流電路打下較好的基礎(chǔ)，是一種值得進(jìn)一步應(yīng)用推廣的功能強(qiáng)大的仿真軟件，同進(jìn)也是電力電子技術(shù)實驗較好輔助工具。 |
