燃机启动装置SFC系统整流电路的Simulink仿真分析

摘要：燃气轮机在启动时，通过SFC装置给发电机定子通入变频电流，使发电机作为电动机带动机组旋转直至自持转速。文章结合SFC装置，阐述了装置内的三相十二脉冲全控整流器工作原理，并对电阻负载和阻感负载下整流器输出的直流进行了分析，对其性能差异进行了比较。

关键词：燃气轮机；SFC；三相十二脉冲全控整流器；电阻负载；阻感负载 文献标识码：A

中图分类号：TM422 文章编号：1009-2374（2015）21-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.018

燃气轮机组的启动是通过把发电机作交流同步电动机使用，用一套静止变频装置（Static Frequency Converter简称SFC）作为启动装置，SFC把频率可调的交变电流加到发电机定子上，使发电机变成调频调速电动机方式转动起来，同轴带动燃气轮机启动，加到定子上的是经变频器变频后的交流电源，使得启动过程按照预先设定的速率加速上升。

1 SFC的设备组成

SFC由相控整流桥、滤波器和逆变器组成。相控整流桥将输入的工频交流电压转变为可变的直流电压。滤波器是一个电感，改善整流桥输出的直流电压的脉动程度，和整流桥一起组成电流源。逆变器则把电流源输出的电流逆向变为频率可变的阶梯形的交流电流。

2 三相桥式全控整流电路

整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0°时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，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，施加于负载上的电压为某一线电压。

α=0°时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1-ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大，电感对电流变化有抗拒作用。流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势Li，它的极性是阻止电流变化的。当电流增加，它的极性阻止电流增加，当电流减小，它的极性反过来阻止电流减小。电感的这种作用使电流波形变得平直，电感无穷大时趋于一条平直的直线。

3 整流电路的Simulink建模

图1所示的模型为十二脉冲全控整流桥结构，是用Simulink仿真系统搭建而成。该模型模拟了崇明燃气电厂SFC隔离变压器从6.3kV厂用电引接，通过SFC的整流和逆变后，通过隔离开关输入发电机定子，从而使机组升速至自持转速的整流器部分。

该模型的主要设计思路是，创造一个三相交流电压源提供6.3kV的初始交流电压，频率为工频50Hz，经过一个三相三绕组的变压器，变比为6.3/2×1.45kV，绕组的接线组别为Dy11d0，由此可以得到两组线电压为1.45kV的三相交流电，再分别将这两组交流电通过两个六脉冲全控整流桥，由一个十二脉冲发生器分别提供两组六脉冲，最后把经过整流桥整流之后得到的直流电压串接起来，即为所需要的直流电压。

上述两组数据对比可知，阻感负载下的直流输出电流的总谐波失真相比电阻负载有了大幅度的降低。由于阻感负载中电感的存在，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。

4 结论

（1）通过改变触发角的大小，文中搭建的三相十二脉冲整流桥理论上可以输出交流输入电压范围内任意幅值的直流电压。

（2）电阻负载下的三相十二脉冲整流桥触发角的移相范围是120°，阻感负载下的三相十二脉冲整流桥触发角的移相范围为90°。

（3）阻感负载下的三相十二脉冲整流桥直流输出电流总谐波失真相对电阻负载要小，得到的波形相对平直，近似一条直线。说明阻感负载的整流输出电流特性要优于直流负载。

参考文献

[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 王正林.MATLAB/Simulink与控制系统仿真（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2012.

[3] 张文斌，靳希.12脉冲整流电路MATLAB-Simulink仿真及谐波分析[J].华东电力，2008，（4）.

作者简介：舒杨（1986-），男，安徽黟县人，上海交通大学学生，上海申能崇明发电有限公司初级工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

（责任编辑：陈 倩）