1、power現(xiàn)electronics代電 力 電 子學(xué)院： 姓名： 學(xué)號(hào)：聯(lián)系方式：技術(shù)目錄1 緒論1電力電子實(shí)驗(yàn)仿真背景11.1.1 電力電子技術(shù)概述11.1.2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用11.1.3 國(guó)內(nèi)外電力電子技術(shù)發(fā)展概況2計(jì)算機(jī)仿真的意義4本文研究的主要內(nèi)容52 simulink模型庫(kù)及使用62.1 simulink的模塊庫(kù)介紹62.2 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的介紹62.3 simulink仿真的步驟73 交流-直流變流器(整流器) 三相橋式全控整流電路93.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理93.2 三相橋式全控整流電路建模93.3 仿真與分析104 結(jié)論221 緒論電力電子實(shí)驗(yàn)仿真背景1.1.1 電力電子技

2、術(shù)概述電能是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、通信和人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚哪茉?。電能一般分為直流電和交流電兩大類，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使人們對(duì)電能的要求越來(lái)越高，不僅需要將交流電轉(zhuǎn)變成直流電，直流電轉(zhuǎn)變成交流電，以滿足供電電源與用電設(shè)備之間的匹配關(guān)系，還需要通過對(duì)電壓、電流、頻率、功率因數(shù)夫和諧波等的控制和調(diào)節(jié)，以提高供電的質(zhì)量和滿足各種各樣的用電要求，這些要求在電力電子技術(shù)出現(xiàn)之前是不可能實(shí)現(xiàn)的。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型的電力電子器件的研究、開發(fā)和應(yīng)用，使人們可以用電力電子變流技術(shù)為各種各樣的用電要求提供高品質(zhì)的電源，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，提高生產(chǎn)效率，改善人們的生活環(huán)境。將來(lái)從電網(wǎng)得到的工頻

3、電能大部分都需要經(jīng)過電力電子裝置的二次變換處理，電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣闊。1.1.2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。近年來(lái)，功率變流技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，經(jīng)過變流技術(shù)處理的電能在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的耗電量中所占比例越來(lái)越大，成為其他工業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，舉例如下：(1)電氣傳動(dòng)電力電子技術(shù)是電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展促使電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)水平有了突破性的提高。利用整流器或斬波器獲得可變的直流電源，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞或勵(lì)磁繞組供電，控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)變速傳動(dòng)

4、控制。利用逆變器或交交直接變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)供電，改變逆變器或變頻器輸出的頻率和電壓、電流，即可經(jīng)濟(jì)、有效地控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變速傳動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器是實(shí)現(xiàn)交流變頻調(diào)速的重要環(huán)節(jié)。變頻器電源主電路均采用交流直流交流方案。工頻電源通過整流器編程固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或igbt組成的pwm高頻變換器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。(2) 電源 工業(yè)和社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域需要不同種類的電源。例如，近年來(lái)以p-mosfet和ig

5、bt為主開關(guān)元件組成的逆變焊機(jī)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。不間斷電源（ups）被廣泛的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、儀器設(shè)備、各種微電子系統(tǒng)及公共場(chǎng)所。(3) 電網(wǎng)進(jìn)化技術(shù)近年來(lái)，隨著電力電子裝置的應(yīng)用與普及，電網(wǎng)波形畸變?nèi)遮厙?yán)重。傳統(tǒng)的無(wú)源濾波方法難以應(yīng)付日益嚴(yán)重的電網(wǎng)“公害”。人們從電力電子技術(shù)本身找到了解決的途徑，這就是有源濾波器。(4) 電力系統(tǒng)應(yīng)用高壓直流輸電（hvdc）在輸電線路的送端將工頻交流變?yōu)橹绷?，在受端再將直流變回工頻交流。高壓直流輸電從根本上解決了輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，減少了線路的武功消耗，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、大功率高壓直流輸電。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，它需在線路兩端設(shè)置整流、逆變及無(wú)功補(bǔ)償裝置。綜

6、上所述，電力電子技術(shù)已經(jīng)滲透到航天、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、文教衛(wèi)生、辦公室自動(dòng)化乃至于家庭的任何角落。伴隨著器件與變流電路的進(jìn)步，電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將會(huì)有新的突破4。1.1.3 國(guó)內(nèi)外電力電子技術(shù)發(fā)展概況電力電子技術(shù)就是采用功率半導(dǎo)體器件對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用的技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于電力、電氣自動(dòng)化及各種電源系統(tǒng)等工業(yè)生產(chǎn)和民用部門。電子器件的特點(diǎn)之一就是開關(guān)控制，通態(tài)壓降接近零，本身電耗小，與微機(jī)控制組成系統(tǒng)后，在對(duì)電能進(jìn)行控制變換和調(diào)節(jié)的過程中都處于最高效率狀態(tài)，因此，具有明顯的節(jié)能效果。電力電子器件的發(fā)展大體分為三個(gè)階段，從上世紀(jì)50年代的半控器件可控硅scr(semi-co

7、nductor rectifier)，發(fā)展到上世紀(jì)80年代以后的全控器件gto(gate turn-off thyristor)、gtr(giant transistor)、power mosfet(power metal oxide semiconductor field effect transistor)，直至現(xiàn)在的第三代電力電子器件igbt(insulated gate bipolar transistor)、 igct(integrated gate commucated thyristor)、sit(static induction transistor)、mct(mos cont

8、rolled thyristor)、sith(static induction thyristor)等。其發(fā)展趨勢(shì)是電力電子器件的功率越來(lái)越大，開關(guān)頻率越來(lái)越高。由電力電子器件構(gòu)成的電力電子電路有ac-dc、dc-dc、dc-ac、ac-ac四種類型，可以進(jìn)行變流、能量變換、變頻，主要用于電機(jī)調(diào)速和電源系統(tǒng)。除工業(yè)上的軋機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、機(jī)床、造紙用電機(jī)的調(diào)速外，風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)調(diào)速可節(jié)約大量電能。在電源領(lǐng)域，電解、電鍍和冶金用大電流直流電源，電爐、電磁攪拌機(jī)及熱處理用的低頻、中頻、高頻交流電源，焊機(jī)電源和各種控制電源應(yīng)用了電力電子技術(shù)后，節(jié)能效果顯著，并大大減少了對(duì)原材料的消耗。 電力電子技術(shù)的

9、發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代末期和90年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率mosfet和igbt為代表的、集成頻高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。 變流電路的基本功能是實(shí)現(xiàn)電能形式的轉(zhuǎn)換。其基本形式有四種：整流電路、逆變電路、調(diào)壓電路、斬波電路，如圖所示： 變流電路基本形式將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路，稱為整流電路。由電力二極管可組成不可控整流電路。以往使用最方便的整流電路微晶閘管相控整流電路，其具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低、諧波嚴(yán)重等缺點(diǎn)。由全控型器件組成的pwm整流電路具有高功率因

10、數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到進(jìn)一步發(fā)展與推廣，應(yīng)用前景廣泛。將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的電路，稱為逆變電路。逆變電路不但能使直流變成可調(diào)的交流，而且可輸出連續(xù)可調(diào)的工作頻率。將一種直流電能轉(zhuǎn)換成另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流電的電路，稱為斬波電路或dc-dc變換電路。斬波電路大都采用pwm控制技術(shù)。將固定大小和頻率的交流電能轉(zhuǎn)換為大小和頻率可調(diào)的交流電能的電路，稱為調(diào)壓電路或交流變換電路。交流變換電路可分為交流調(diào)壓電路和交-交變頻電路。交流調(diào)壓電路在維持電能頻率不變的情況下改變輸出電壓幅值。交-交變頻電路亦稱為周波變換器，它把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成不同頻率的交流電。近年來(lái)，以電力電子器件為基礎(chǔ)的電氣傳

11、動(dòng)技術(shù)發(fā)展很快，從而為電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)和研制提供了先進(jìn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，給工業(yè)、民用業(yè)帶來(lái)了無(wú)限的生機(jī)和活力，給國(guó)家節(jié)約了大量的能源，而且減少了環(huán)境污染。國(guó)際上自80年代變頻調(diào)速器取得技術(shù)突破后，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。比較有名的廠家主要有美國(guó)的羅賓康(robicon)公司、羅克韋爾(rockwell)自動(dòng)化ab公司、ge公司，德國(guó)的西門子(siemens)公司，瑞士的abb公司及法國(guó)aistom公司等。由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，新的電力電子器件的出現(xiàn)以及現(xiàn)代控制理論方法在調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，變頻器仍處于不斷完善中。我國(guó)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源利用率非常低，在電機(jī)能耗中，高壓電機(jī)的能耗超過了70

12、%，因而電機(jī)的節(jié)能得到了政府和企業(yè)的廣泛關(guān)注。在電機(jī)領(lǐng)域，一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用變頻調(diào)速率已高達(dá)70%，而中國(guó)只有10%左右。因此，高壓變頻器市場(chǎng)發(fā)展前景十分廣闊。計(jì)算機(jī)仿真的意義所謂仿真(simulation)指的是利用模型再現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并且通過上述模型的試驗(yàn)來(lái)研究已存在的或計(jì)劃中的系統(tǒng)。換句話說(shuō)，仿真就是利用模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過程。計(jì)算機(jī)仿真可以分為兩個(gè)過程：建模與實(shí)驗(yàn)。所謂建模，就是根據(jù)研究對(duì)象的基本物理規(guī)律，對(duì)物理系統(tǒng)寫出其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)方程，即數(shù)學(xué)模型的過程。在建模過程中，數(shù)學(xué)模型代表的數(shù)學(xué)系統(tǒng)是實(shí)際系統(tǒng)在概念軸上的投影；建模的本質(zhì)在于將所研究的系統(tǒng)投影到適當(dāng)?shù)母?/p>

13、念軸上。換句話說(shuō)，所建立的數(shù)學(xué)模型，實(shí)際上只是根據(jù)研究目的確定的模型，是對(duì)系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的抽象描述。所謂實(shí)驗(yàn)就是利用模型對(duì)系統(tǒng)方程進(jìn)行求解。對(duì)于數(shù)學(xué)仿真而言，其過程就是利用適當(dāng)?shù)某绦蛘Z(yǔ)言將所研究的物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型編制成程序，并向其輸入不同的條件進(jìn)行計(jì)算的過程。目前在電力電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用的仿真軟件大體可以分為以下幾類：一類是通用電路仿真軟件，例如spice，sabe等；另一類是專用仿真軟件，例如電力系統(tǒng)仿真軟件emtp和控制系統(tǒng)仿真軟件matlib等；第三類是專門為電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真軟件，例如為開關(guān)電源設(shè)計(jì)用的simplis等5?？傊糜?jì)算機(jī)仿真的方法設(shè)計(jì)電力電子電路，可以提高設(shè)

14、計(jì)工作的效率和質(zhì)量。此時(shí)設(shè)計(jì)者可以將精力集中在設(shè)計(jì)而不是各種計(jì)算上，并且可以在硬件沒有建立之前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究、優(yōu)化和對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而為搭建成的硬件系統(tǒng)的試驗(yàn)與測(cè)試提供指導(dǎo)和幫助。當(dāng)然研究人員也應(yīng)當(dāng)清楚地了解運(yùn)用各種仿真工具進(jìn)行設(shè)計(jì)的局限性，避免導(dǎo)致錯(cuò)誤的推斷與設(shè)計(jì)8。本文研究的主要內(nèi)容本論文運(yùn)用matlab軟件對(duì)電力電子系統(tǒng)中交流-直流變流器的幾種實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行仿真分析得出仿真曲線。仿真用powersys模型庫(kù)中的二極管和晶閘管等模塊來(lái)構(gòu)建，對(duì)三相整流電路模型庫(kù)中有6-pulse diode bridge 、6-pulse thyristor bridge 、universal bridge

15、 等模塊調(diào)用。2 simulink模型庫(kù)及使用matlab 的simulink 是很有特色的仿真環(huán)境，在此環(huán)境中，可以用點(diǎn)擊拖動(dòng)鼠標(biāo)的方式繪制和組織系統(tǒng)或電路，并完成對(duì)系統(tǒng)和電路的仿真。原來(lái)的matlab 仿真編程是在文本窗口中進(jìn)行的，編制的程序是一行行的命令和matlab 函數(shù)，不直觀也難以與實(shí)際的物理系統(tǒng)或電路建立形象的聯(lián)系。在simulink 環(huán)境中，系統(tǒng)的函數(shù)和電路元器件的模型都用框圖來(lái)表達(dá)，框圖之間的連線則表示了信號(hào)流動(dòng)的方向。我們只要學(xué)習(xí)圖形界面的使用方法和熟悉模型庫(kù)的內(nèi)容，就可以很方便地使用鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)和電路的仿真。matlab 的工具箱已經(jīng)有極其豐富的內(nèi)涵，現(xiàn)在主要介紹系

16、統(tǒng)仿真(simulink) 和電力系統(tǒng)(power system block) 兩個(gè)模塊庫(kù)。2.1 simulink的模塊庫(kù)介紹整個(gè)simulink模塊庫(kù)是由各個(gè)模塊組構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)的simulink模塊庫(kù)中，包括：信號(hào)源模塊組(source)、儀器儀表模塊組(sinks)、連續(xù)模塊組( continuous)、離散模塊組(discrete)、數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組(math)、非線性模塊組(nonlinear)、函數(shù)與表格模塊組(function&tables )、信號(hào)與系統(tǒng)模塊組(signals&systems)和子系統(tǒng)模塊組(subsystems)幾個(gè)部分，此外還有和各個(gè)工具相與模塊集之間的聯(lián)系構(gòu)成

17、的子模塊組，用戶還可以將自己編寫的模塊組掛靠到整個(gè)模型庫(kù)瀏覽器下。2.2 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的介紹進(jìn)入matlab系統(tǒng)后打開simulink模塊庫(kù)瀏覽窗口，用鼠標(biāo)左鍵雙擊其中的simpowersystems即可彈出電力系統(tǒng)工具箱模塊庫(kù)，它包括應(yīng)用元件庫(kù)(application libraries)，電源庫(kù)(electrical sources)，基本元件庫(kù)(elements)，元件庫(kù)(extra library)，電機(jī)元件庫(kù)(machines)，測(cè)量元件庫(kù)(measurements)和電力電子元件庫(kù)(power electronics)。這些模塊庫(kù)包含了大多數(shù)常用電力系統(tǒng)元件的模塊。利用這些庫(kù)模塊

18、及其它庫(kù)模塊，用戶可方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真。（1）電路元件模型 該部分包括斷路器（breaker)、分布參數(shù)線(distribute parameter line)、線性變壓器(linear transformer)、并聯(lián)rlc負(fù)荷(parallel rlc load)，pi型線路參數(shù)(pi section line)、飽和變壓器(saturable transformer)、串聯(lián)rlc支路（series rlc branch)、串聯(lián)rlc負(fù)荷(series rlc load)、過電壓自動(dòng)裝置（surge arrester)。這部分可以仿真交流輸電線裝置。 （2）電力電子設(shè)備模

19、型此部分含有二極管（diode)、gto、理想開關(guān)(ideal switch)、mos管(mosfet)、可控晶閘管(thyristor)的仿真模型。這些設(shè)備模型不僅可以單獨(dú)進(jìn)行仿真而且可以組合在一起仿真整流電路等直流輸變電的電力電子設(shè)備。（3）電機(jī)設(shè)備模型此部分有異步電動(dòng)機(jī)(asynchronous machine)、勵(lì)磁系統(tǒng)(excitation system)、水輪電機(jī)及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(hydraulic turbine and governor(htg)、永磁同步電機(jī)（permanent magnet synchronous machine)、簡(jiǎn)化的同步電機(jī)(simplified sync

20、hronous machine)、同步電機(jī)(synchronous machine)。這些模型可以仿真電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)設(shè)備，電力拖動(dòng)設(shè)備等。 （4）接線設(shè)備模型 這一部分包括一些電力系統(tǒng)中常用的接線設(shè)備。如接地設(shè)備、輸電線母線等。（5）測(cè)量設(shè)備模型該部分模型是用來(lái)采集線路的電壓或電流值的電壓表和電流表。這 一部分還起著連接simulink模型與powerlib模型的作用。 2.3 simulink仿真的步驟利用simulink環(huán)境仿真一個(gè)系統(tǒng)的過程基本上可以分為如下幾個(gè)步驟:（1）根據(jù)要仿真的系統(tǒng)框圖，在simulink 窗口的仿真平臺(tái)上構(gòu)建仿真模型。此過程要首先打開simulink 窗口和模

21、型瀏覽器，將需要的典型環(huán)節(jié)模塊提取到仿真平臺(tái)上，然后將平臺(tái)上的模塊一一連接，形成仿真的系統(tǒng)框圖。一個(gè)完整的仿真模型應(yīng)該至少包括一個(gè)源模塊( sources) 和一個(gè)輸出模塊( sinks) 。（2）設(shè)置模塊參數(shù)。完成模塊提取和組成仿真模型后，需要給各個(gè)模塊賦值。這時(shí)，用鼠標(biāo)雙擊模塊圖標(biāo)，彈出模塊參數(shù)對(duì)話框，并在對(duì)話框中輸入模塊參數(shù)，輸入完成后點(diǎn)擊ok 按鈕，對(duì)話框自動(dòng)關(guān)閉，該模塊的參數(shù)設(shè)置完成。（3）設(shè)置仿真參數(shù)。在對(duì)繪制好的模型進(jìn)行仿真前，還需要確定仿真的步長(zhǎng)、時(shí)間和選取仿真的算法等，也就是設(shè)置仿真參數(shù)。設(shè)置仿真參數(shù)可點(diǎn)擊simulink 窗口的菜單上的simulation ，在下拉的子菜單

22、中點(diǎn)擊simulation parameters 命令或用鍵盤中的ctrl + e 鍵。這時(shí)彈出仿真參數(shù)設(shè)置的對(duì)話框，對(duì)話框中有solver 、workspace i/o diagnostics 、advanced 和real-time workshop5 大項(xiàng)內(nèi)容，其中最常需設(shè)置的是解算器“solver” 。其中仿真時(shí)間(simulation time) 有開始時(shí)間(start time) 和終止時(shí)間(stop time) 兩項(xiàng)，連續(xù)系統(tǒng)中仿真時(shí)間一般從零開始，可以先預(yù)設(shè)一個(gè)仿真的終止時(shí)間，在仿真過程如果預(yù)設(shè)的時(shí)間不足，可以即時(shí)修改。算法選擇(solver options) 中計(jì)算類型(ty

23、pe) 有可變步長(zhǎng)( variablestep)和固定步長(zhǎng)(fixed-step) 兩種，在可變步長(zhǎng)和固定步長(zhǎng)下還有多種數(shù)值計(jì)算方法可供選擇。該欄中經(jīng)常還要設(shè)置的有仿真誤差，這有相對(duì)誤差(relative tolerance) 和絕對(duì)誤差(absolute) tolerance) 兩項(xiàng)，系統(tǒng)默認(rèn)的相對(duì)誤差1/1000。選擇合適的計(jì)算誤差，對(duì)仿真的速度和仿真計(jì)算能否收斂影響很大，尤其在仿真不能收斂時(shí)，適當(dāng)放寬誤差可以取得效果，絕對(duì)誤差一般可取“自動(dòng)(auto) ”。（4）啟動(dòng)仿真。設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器之后，就可以啟動(dòng)仿真而運(yùn)行。選擇simulink菜單下的start選項(xiàng)來(lái)啟動(dòng)仿真，如果模型中

24、有些參數(shù)沒有定義，則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息提示框。如果一切設(shè)置無(wú)誤，則開始仿真運(yùn)行，結(jié)束時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出一鳴叫聲。3 交流-直流變流器(整流器) 三相橋式全控整流電路 交流-直流變流器又稱整流器、ac-dc 變流器，其作用是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡话阋卜Q整流，并且在整流的同時(shí)還對(duì)直流電壓電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以符合用電設(shè)備的要求。常用的整流器有單相和三相整流器，從控制角度區(qū)分，有不控、半控和全控整流電路之分，從輸出直流的波形來(lái)區(qū)分，又有半波和全波整流之分。二極管、晶閘管是常用的整流器件，現(xiàn)在采用全控型器件的pwm 方式整流器也越來(lái)越多。整流電路的仿真可以用powersys 模型庫(kù)中的二極管和晶閘管等模塊來(lái)構(gòu)建，對(duì)

25、三相整流電路模型庫(kù)中有6-pulse diode bridge 、6-pulse thyristor bridge 、universal bridge 等模塊可以調(diào)用，使用這些模塊可以使仿真更方便。復(fù)雜的大功率多相整流器可以在三相橋的基礎(chǔ)上構(gòu)建。這里主要介紹常用的單相和三相的相控整流電路的仿真。3.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理三相可控整流電路中應(yīng)用最多的是三相橋式全控整流電路，如圖21所示。圖21 三相橋式全控整流電路原理完整的三相橋式全控整流電路由整流變壓器，6個(gè)橋式連接的晶閘管、負(fù)載、觸發(fā)器和同步環(huán)節(jié)組成。六個(gè)晶閘管依次相隔60觸發(fā)，將電源交流電整流為直流電。在三相橋式全控整流電路中，每一個(gè)導(dǎo)電

26、回路中有2個(gè)晶閘管，即用2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通以控制導(dǎo)電的回路。3.2 三相橋式全控整流電路建模三相橋式全控整流電路的仿真模型如圖22：圖22 三相橋式全控整流電路仿真模型3.3 仿真與分析帶純電阻性負(fù)載的情況相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置：（1）交流電壓源參數(shù)u= 220*sqrt(2)=380v，f=50 hz，相位依次延遲120（0、-120、-240）；（2）電阻r的值取5。（3）整流變壓器參數(shù)設(shè)置：一次繞組聯(lián)結(jié)（winding 1 connection）選擇delta（d11），線電壓為2203=380v；二次繞組聯(lián)結(jié)（winding 2 connection）選擇y，線電壓為1003=173v，其他參

27、數(shù)因仿真要求不高保持默認(rèn)值。（4）同步變壓器參數(shù)設(shè)置：一次繞組聯(lián)結(jié)（winding 1 connection）選擇delta（d11），線電壓為380v；二次繞組聯(lián)結(jié)（winding 2 connection）選擇y，線電壓為15v，其他參數(shù)保持默認(rèn)值。（5）三相晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。（6）同步6 脈沖發(fā)生器：f=50hz，脈沖寬度為2，選擇雙脈沖觸發(fā)方式。（7）觸發(fā)角設(shè)置：給定alpha設(shè)置為不同的控制角。（8）設(shè)置仿真參數(shù)：仿真時(shí)間為2s，選擇變步長(zhǎng)（variable），數(shù)值算法采用ode15，誤差默認(rèn)1/1000。下面為帶純電阻性負(fù)載三相橋式全控整流電路不同控制角的仿真結(jié)果對(duì)

28、比： a）整流器輸入的三相線電壓波形b) 整流變壓器二次側(cè)三相電流波形c) 整流輸出電壓平均值及整流器輸出電壓電流波形圖23 =30三相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真結(jié)果（上） a）整流器輸入的三相線電壓波形b) 整流變壓器二次側(cè)三相電流波形c) 整流輸出電壓平均值及整流器輸出電壓電流波形圖24 =60三相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真結(jié)果（上）a）整流器輸入的三相線電壓波形b) 整流變壓器二次側(cè)三相電流波形c) 整流輸出電壓平均值及整流器輸出電壓電流波形圖25 =90三相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真結(jié)果（上）a）整流器輸入的三相線電壓波形b) 整流變壓器二次側(cè)三相電流波形c)

29、整流輸出電壓平均值及整流器輸出電壓電流波形圖26 =120三相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真結(jié)果（上）帶電阻電感性負(fù)載的情況：帶電阻電感負(fù)載的仿真與帶純電阻負(fù)載的仿真方法基本相同，只需將rlc 串聯(lián)分支設(shè)置為電阻電感性負(fù)載，即負(fù)載參數(shù)設(shè)置為r=5 ，l=0.01 h，c=inf。此時(shí)的仿真結(jié)果對(duì)比如下。 a) 整流器輸入的三相線電壓波形b) 整流變壓器二次側(cè)三相電流波形c) 整流輸出電壓平均值及整流器輸出電壓電流波形圖27 =30三相橋式全控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真結(jié)果（上） a）整流器輸入的三相線電壓波形b) 整流變壓器二次側(cè)三相電流波形c) 整流輸出電壓平均值及整流器輸出電壓電流波形

30、圖28 =90三相橋式全控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真結(jié)果（上）a) 整流器輸入的三相線電壓波形b) 整流變壓器二次側(cè)三相電流波形c) 整流輸出電壓平均值及整流器輸出電壓電流波形圖29 =120三相橋式全控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真結(jié)果（上）當(dāng)60時(shí)（=30圖27（c）電阻電感負(fù)載時(shí)，ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)相似。區(qū)別在于：得到的負(fù)載電流id波形不同。當(dāng)電感足夠大時(shí)，id的波形可近似為一條直線。當(dāng) 60時(shí)（=90圖28（c）電阻電感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，阻感負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90。且通過觀察三相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真結(jié)果可見，實(shí)整流電路現(xiàn)了整流的效果，整流后的電壓是直流，且波形與三相輸入電壓波