基于MATLAB的整流電路的建模與仿真

曲昀卿

（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣與電子工程系，河北 石家莊 050081）

整流電路是電力電子技術(shù)中最為重要，也是應(yīng)用得最為廣泛的電路，不僅應(yīng)用于一般工業(yè)，也廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等其他領(lǐng)域。因此對(duì)橋式可控整流電路的相關(guān)參數(shù)和不同性質(zhì)負(fù)載的工作情況進(jìn)行對(duì)比分析與研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，不僅學(xué)好電力電子技術(shù)理論知識(shí)的重要一環(huán)，而且對(duì)工程實(shí)踐的實(shí)際應(yīng)用具有預(yù)測(cè)和指導(dǎo)作用[1]。

1 電路模型建立

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。

圖1 三相全控橋式整流電路

圖2 三相全控橋式整流電路仿真模型

其工作特點(diǎn)是任何時(shí)刻必須有不同組別的兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，因此為保證電路啟動(dòng)或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通，必須對(duì)不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)加觸發(fā)脈沖，所以觸發(fā)脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的順序，相位依次差60°，共陰極組VT1、VT3、VT5 的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2 也依次差120°。同一相的上下兩個(gè)晶閘管，即VT1 與VT4，VT3 與VT6，VT5 與VT2，脈沖相差180°。為了可靠觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管，觸發(fā)脈沖通常采用單寬脈沖觸發(fā)或采用雙窄脈沖。寬脈沖的寬度要求大于60°，且觸發(fā)時(shí)要求的觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以在實(shí)際應(yīng)用中，大多采用雙窄脈沖。

2 MATLAB 建模及仿真

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，設(shè)置三個(gè)交流電壓源、，相位角依次相差120°，得到整流橋的三相電源。用6個(gè)Thyristor 構(gòu)成整流橋，實(shí)現(xiàn)交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換。6個(gè)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(hào)晶閘管觸發(fā)脈沖[2]。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 = 0.001 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=1H。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(duì)“相位角延遲”進(jìn)行設(shè)置[3]。

（1）根據(jù)三相橋式全控整流電路原理圖，對(duì)不同的觸發(fā)角α 會(huì)影響輸出電壓進(jìn)行仿真，負(fù)載為阻感特性。

圖3 時(shí)的輸出電壓波形圖

圖4 時(shí)的輸出電壓波形圖

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(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行仿真分析，當(dāng)α =30°，負(fù)載為阻感性時(shí)，仿真分析故障產(chǎn)生的波形情況。只有一個(gè)晶閘管故障波形如圖5 所示，同一相的兩個(gè)晶閘管故障波形如圖6 所示，不同橋且不同相的兩個(gè)晶閘管發(fā)生故障時(shí)的仿真波形如圖7 所示。

圖5 一只晶閘管故障圖

圖6 同一相兩只晶閘管故障圖

圖7 不同橋和相的兩只晶閘管故障圖

從以上故障仿真波形圖來看，不同的晶閘管出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生的波形圖是不一樣的，所以，通過動(dòng)態(tài)仿真能有效知道整流電路出現(xiàn)故意時(shí)候的工作情況，同時(shí)也加深對(duì)三相全控整流電路的理解和運(yùn)用[4]。

3 結(jié)束語

電力電子技術(shù)的理論計(jì)算比較繁瑣且很難得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，從上述系統(tǒng)仿真結(jié)果波形可以看出，采用Matlab／Simulink 對(duì)進(jìn)行仿真，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過程，得到了一種直觀、準(zhǔn)確、快捷分析電力電子變流系統(tǒng)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。通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，反復(fù)修改電路參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到要求的結(jié)果和性能，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，減輕了設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，充分體現(xiàn)了Matlab／Simulink 的優(yōu)越性。

[1]鄧國(guó)揚(yáng),盛義發(fā)，等. 基于MATLAB Simulink 的電力電子系統(tǒng)的建模與仿真[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào),2003,17(1):1-6.

[2]李傳琦，等.電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn).北京:電子工業(yè)出版社,2006.

[3]鐘 麟，王 峰.MATLAB 仿真技術(shù)與應(yīng)用教程.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2003.

[4]黃江波.基于Matlab 的三相橋式全控整流電路的仿真研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010,33(8):202-204.