基于Simulink的三相桥式半控整流电路的仿真分析

于家凤，李沁生



基于Simulink的三相桥式半控整流电路的仿真分析

于家凤，李沁生

（江苏海事职业技术学院，南京211170）

针对三相桥式半控整流电路，本文在分析了电路的工作原理基础上，采用Matlab/Simulink仿真平台，分别对带有电阻性负载及电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路建立仿真模型，改变共阴极组晶闸管的控制角为0°、30°、60°、90°进行仿真分析，仿真结果验证三相桥式半控整流电路的工作特性。

Simulink 晶闸管 建模 仿真 三相桥式半控整流电路

0 引言

整流电路是利用电子器件的开关特性把交流电转换成直流电的电路，广泛应用于工业领域、电力系统、通信系统及其他领域。三相桥式半控整流电路相比于三相桥式全控整流电路更简单、更经济，因此，在中等容量的整流装置或不要求可逆的电力系统中广泛应用。

本文基于SIMULINK仿真平台，对三相桥式半控整流电路的不同性质负载的工作情况建立仿真模型及仿真研究，具有一定的现实意义。不仅有利于电力电子技术理论学习，还对工程实践具有指导作用。

1 三相桥式半控整流电路的工作原理

三相桥式半控整流电路如图1所示，是由变压器、共阴极接法的3个晶闸管（VTl、VT3和VT5）、共阳极接法的3个二极管（VD2、VD4和VD6）及负载连接而成，这种电路具有可控和不可控的特性。输出整流电压o是三组整流电压之和，改变共阴极组晶闸管的控制角，可获得0—2.34U2(变压器二次侧电压)的直流电压。VTl、VT3和VT5为触发脉冲相位互差120°的晶闸管，VD2、VD4和VD6为整流二极管，由这6个管子组成三相桥式半控整流电路。它们的导通顺序依次为：VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6。假定负载电感 L足够大，可以认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值，因此，控制角不论为何值，负载电流如总是单向流动，而且变化很小。

图1 三相桥式半控整流电路图

图1中各个管子总是在换相点处换相。当控制角=0时，给晶闸管控制极加触发脉冲，针对3个共阴极组的晶闸管，阳极所接的交流电压最高的一个导通；而对共阳极组的3个二极管，阴极所接的交流电压最低的一个导通。因此，在共阳极组和共阴极组中，任意时刻总是各有一个管子导通，负载输出电压为两个相电压之差，是线电压中最大的一个。只要共阴极组中有晶闸管导通，共阳极组中就会有二极管续流。当控制角£60°时，负载输出电压o波形连续，对于电阻性负载，负载输出电流o波形与电压o波形形状一样且都连续。当控制角>60°时，负载输出电压o波形中有一段为零，但不会出现负值。

具有电阻性负载的三相桥式半控整流电路，根据上述分析，£60°时，负载输出电压平均值为

£60°时，负载输出电流平均值为

>60°时，负载输出电压平均值

>60°时，负载输出电流平均值

2 三相桥式半控整流电路在SIMULINK中建模和仿真

2.1具有电阻性负载的三相桥式半控整流电路的仿真模型

三相桥式半控整流电路是由三相电源、3个桥式晶闸管、3个桥式二极管、触发器、电阻性负载和同步环节组成，仿真建模如图2。

图2 电阻性负载的三相桥式半控整流电路的仿真模型

2.2 仿真参数设置

1）三相交流电源仿真参数设置：=100 V，频率=50 Hz，三相电源相位互差120°。

2）晶闸管参数设置：R= 0.001W，= 0.0001 H，V= 0.8 V，R= 500W，C= 250 pF。

3）RLC负载参数设置：= 10W，= 0 H，= inf。

4）控制角参数设置：=0°、=30°、=60°、=90°。

5）脉冲发生器参数设置：脉冲发生器的周期为 0.02 s（=1/），脉冲宽度为3。脉冲发生器延时：

式中为控制角。

2.3 仿真结果及分析

当= 0°时，脉冲发生器延时依次设为0.0017 s，0.0083 s，0.015 s。三相电源电压、触发信号u、晶闸管电流 i、晶闸管电压u、负载电流 i、负载电压u，仿真各波形如图3。

当= 30°时，脉冲发生器延时依次设为0.0033 s，0.01，0.0167 s，仿真各波形如图4。

当= 60°时，脉冲发生器延时依次设为0.005 s，0.0117 s，0.0183 s，仿真各波形如图5。

当= 90°时，脉冲发生器延时依次设为0.0067 s，0.0134 s，0.02 s，仿真各波形如图6。

对纯电阻性负载的三相桥式半控整流电路，由仿真的波形图3-6比较可得，当控制角Î[0，60°]时，负载电流及电压是连续的。当控制角> 60°时，负载电流及电压不连续，有一段为零，但不会出现负值。

图4 控制角a=30°时，纯电阻性负载的各波形

图5 控制角a=60°时，纯电阻性负载的各波形

2.4 具有电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路

具有电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路的仿真模型与电阻性负载的三相桥式半控整流电路仿真模型相似。只需将RLC的负载参数设置为：= 10W，= 0.04 H，= inf。三相电源电压、触发信号u、晶闸管电流 i、晶闸管反相电压u、负载电流i、负载电压u。

仿真如图7～图10。

图8 控制角a=30°时，电阻电感性负载的各波形

图9 控制角a=60°时，电阻电感性负载的各波形

图10 控制角a=90°时，电阻电感性负载的各波形

对电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路，由仿真的波形图7-10比较可得，当控制角Î[0，60°]时，负载电流及电压是连续的，且电感足够大时，电流接近恒定值。当控制角> 60°时，负载电压不连续。

3 结论

本文在分析三相桥式半控整流电路工作原理的基础上，利用SIMULINK仿真平台，对三相桥式半控整流电路建立了仿真模型，并分别对晶闸管控制角为0、30°、60°、90°纯电阻负载及电阻电感性负载的三相桥式半控整流电路进行仿真。通过仿真验证了理论分析的正确性，为其有效地运用于工程提供了指导作用。

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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

中国交通教育研究会，项目编号交教研1602-2

于家凤，女，讲师。研究方向；船舶电气及自动化。