基于Simulink的三相桥式全控整流电路的建模与仿真

祁峰

（山西工程技术学院电气工程与自动化系 山西省阳泉市 045000）

三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，本文通过MATLAB 对三相桥式全控整流电路进行建模和仿真，对其阻性负载和阻感性负载两种情况进行了建模研究，也模拟了晶闸管损坏情况下的电路仿真，并且对其仿真结果进行了分析，改变元器件参数，进行了不同情况的仿真，对三相桥式全控整流电路的认识更加深刻。

1 三相桥式全控整流电路的特点及其原理图

1.1 三相桥式全控整流电路的特点

三相桥式全控整流电路是应用最广泛的一种整流电路，完整的三相桥式全控整流电路由整流变压器、桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（如图1），6 个晶闸管依次相隔60°触发，将电源交流电整流为直流电。

1.2 三相桥式全控整流电路的原理图与介绍

如图1所示，晶闸管VT1、VT3、VT5 为共阴级组，VT2、VT4、VT6 为共阳级组，对于共阴级组的三只晶闸管，总是阳极电压更高的那只优先导通，输出正电压Ud1；对于共阳级组的三只晶闸管，总是阴极电压更低的那只优先导通，输出负电压Ud2；负载上得到的整流电压为共阴级组输出电压减去共阳级组输出电压，既Ud=Ud1-Ud2，相应的输出电压平均值为Ud=Ud1-Ud2=Ud1+|Ud2|=2Ud1。

2 系统建模与分析

根据图1三相桥式全控整流电路原理图用matlab 画出仿真电路图，如图2所示。

图1：三相桥式全控整流电路原理图

图2：三相桥式全控整流电路matlab 仿真图

2.1 阻性负载

2.1.1 参数设置

（1）相电压峰值值为314V，工频率为50Hz；

（2）A、B、C 三个相位角分别为30°、150°和270°。阻抗值为0；

（3）负载R 设置为10Ω；

（4）晶闸管参数设置：Rs=le5，Cs=inf，Ron=le-3，Lon=0H，Vf=0；

（5）PLL 参数设置：初始频率为50Hz，最小频率为50Hz，初始相数设置为3；

（6）设置6 个双脉冲触发波，脉冲宽度为20deg。

2.1.2 仿真

选择ode45tb 算法，仿真时间为0.1s，对不同触发角α 进行仿真，产生的波形如下：

当触发角α=0°时输出电压电流的波形图如图3所示。

图3：触发角α=0°时的输出电压电流波形图

当触发角α=60°时输出电压电流的波形图如图4所示。

图4：触发角α=60°时的输出电压电流波形图

当触发角α=90°时输出电压电流的波形图如图5所示。

图5：触发角α=90°时的输出电压电流波形图

分析观察结果可知:改变不同的触发角，输出电压和输出电流在发生不同的改变。无论触发角的值是多少，在0.04s 之前，波形不稳定，0.04s 之后，波形稳定。

2.2 阻感性负载

2.2.1 参数设置

将负载RL 的电感设置为0.04H。

2.2.2 仿真结果分析

分析观察结果得到：电压的波形和阻性负载电压波形相比，基本保持不变，但电流的波形发生了巨大的变化，电流因为电感的蓄流作用趋近于一条直线，当电流减小的时候，电感阻碍电流减小，当线路中的电流增大时，电感阻止其增大。0.04s 之前波形依然不稳定。

随着触发角的增大，电流和电压的波形也发生了一定的变化，观察电压的波形图发现，正半轴的面积等于负半轴的面积，当使用阻感性负载的时候，α=90°时，是整个波形中的临界状态，图中还发现一些由谐波干扰引起的不平整波形。观察电流的波形图发现，随着α 的增大，线路中总阻抗值也会随着增大，导致负载的电流值略微下降。

2.3 晶闸管损坏

在高压强电流的影响下，电路的晶闸管容易出现故障。假设对故障现象进行仿真分析，当负载为阻性，α=30°时，分析故障所产生的波形情况，得到只有一个晶闸管故障波形如图6所示。

图6：触发角α=30°阻性负载时，晶闸管损坏一个波形图

3 结语

本文通过matlab 对三相桥式全控整流电路进行模拟和仿真，观察分析可得三相桥式全控整流电路的输出电压受到触发角α 和负载特性的影响，并对其输出电流和输出电压波形进行了分析，用可视化的simulink 对其进行了分析，这种直观快捷方法，可以使复杂的电力电子技术变得更加容易，在仿真中任意改变各项电子元器件的参数，减少了繁重的工作量，是分析各个电路模型的好方法。