三相橋式全控整流電路反相序工作的仿真

雷新穎

(西安航空學院 電氣學院 ，陜西 西安 710077)

1 引言

三相橋式全控整流電路常采用雙脈沖觸發方式。雙脈沖觸發方式指觸發一個晶閘管的連續兩次窄脈沖由同一個觸發脈沖放大電路提供。雙脈沖觸發方式采用鋸齒波同步觸發電路時，一個晶閘管第一個脈沖觸發時刻由自己的觸發電路確定，第二個脈沖觸發時刻由下一個晶閘管觸發電路確定。當下一個晶閘管觸發電路形成自己第一個脈沖的時刻輸出一個信號給上一個晶閘管觸發脈沖放大電路，使其輸出第二個觸發脈沖，被稱為補發脈沖。所以可認為一個觸發電路先后輸出的兩個脈沖為觸發脈沖和補發脈沖。這種雙脈沖觸發方式要求三相交流電源的相序為固定的，如果電源為反相序，觸發電路的次序也變反，使得補發和觸發次序變反，造成輸出錯誤。

本文采用Matlab/simulink軟件對此現象進行仿真，對阻性負載情況下，不同α時的輸出電壓波形和輸出電壓平均值進行研究和計算。

2 仿真電路

仿真電路如圖1所示。整個電路分為主回路和觸發電路。電源各相有效值設為220V，頻率設為50Hz。假設正相序為UC-UB-UA，反相序為UA-UB-UC。UA初相位設為0°，UB初相位設為-120°，UC初相位設為-240°，為了方便，主電路中沒有采用整流變壓器，負載設為阻型負載，設為10Ω。觸發電路的觸發同步信號由變壓器提供，變壓器的設置為Δ/Δ接線方式。觸發脈沖設為雙脈沖觸發方式，脈沖寬度τ設為9°。在觸發電路設置中將雙脈沖的連接方式改為[6 1 2 3 4 5]，即可使得補發和觸發次序變反。負載兩端的電壓由示波器觀察。算法采用ode23tb。

圖1 仿真電路圖

3 仿真結果

圖2 輸出電壓的波形(控制角α=0°)

圖3 輸出電壓的波形(控制角α=30°)

圖4 輸出電壓的波形(控制角α=55°)

圖5 輸出電壓的波形(控制角α=90°)

圖6 輸出電壓的波形(控制角α=150°)

經過仿真發現：根據輸出電壓波形與正相序輸出電壓波形的關系，控制角α可分為3個范圍，分別是0°～50°、50°～60°、60°～180°。α在0°～50°范圍時，輸出電壓曲線與正相序在0°～50°范圍時輸出電壓曲線對應相同；α在50°～60°范圍時，輸出電壓曲線與正相序α為0°輸出電壓曲線相同；α在60°～180°范圍時，輸出電壓曲線與正相序α在0°～120°范圍時輸出電壓曲線對應相同。圖2～圖6是仿真出的不同α下輸出電壓的波形。

4 分析討論

原正相序為UC-UB-UA，觸發順序為VT5-VT4-VT3-VT2-VT1-VT6；反相序為UA-UB-UC，觸發順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。反相序后兩個晶閘管的觸發順序變反，原后觸發的晶閘管變為先觸發，其觸發信號順序也變反。由于觸發電路之間補發信號的輸入輸出關系由硬件確定，原后輸出觸發脈沖的觸發電路變為先輸出觸發脈沖的觸發電路，形成自己第一個脈沖的時刻送出補發信號。這樣各晶閘管的補發脈沖比觸發脈沖來的早60°，雙脈沖相當整體前移60°。

當α大于60°時，即α在60°～180°范圍時，實際α是設置α減去60°，其結果是α在60°～180°范圍時，輸出電壓曲線與正相序α在0°～120°范圍時輸出電壓曲線對應相同。

輸出電壓的平均值為：

Ud≈2.34U2COS(α-60°) 60°?α?120°

Ud≈2.34U2(1+COSα) 120°<α?180°

α在0°～60°-τ(觸發脈沖寬度τ)范圍時，提前來到的補發脈沖作廢，但正常來到的觸發脈沖有效，開始時所有晶閘管被觸發。因此α在0°～50°范圍時，輸出電壓曲線與正相序在0°～50°范圍時輸出電壓曲線對應相同。

輸出電壓的平均值為：

Ud≈2.34U2COS(α) 0°?α?60°-τ

α位于60°-τ～60°范圍時，觸發將延續到60°，忽略換向重疊角，相當于觸發角為60°，輸出電壓曲線與正相序α為0°輸出電壓曲線相同。

輸出電壓的平均值為：Ud≈2.34U260°-τ?α?60°

5 結語

在阻性負載情況下，三相橋式全控整流電路反向序運行時，當α從0°增大時，輸出電壓平均值Ud由最大值減小，到60o-τ≤α≤60o時，Ud又變為最大值，α繼續增大時，Ud再由最大值減小，到α等于180°時，Ud為0，Ud出現兩次最大值。這些結果對三相橋式全控整流電路實際調試時，是否出現反向序工作和控制角的確定具有一定的指導意義。

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