基于Matlab_Simulink的三相桥式全控整流电路的建模与仿真的设计与开发.docx

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1、基于Matlab/Simulink的三相桥式全控整流电路的建模与仿真摘要本文在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上，建立了基于Simulink的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其带电阻负载时的工作情况进行了仿真分析与研究。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。关键词Simulink建模仿真三相桥式全控整流对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载，可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。故在负载容量较大的场合，通常采用三相或多相整流电路。三相或多相电源可控整流电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小、控制响应快，因此被广泛应用于众多工业场合。本文在Simuli

2、nk仿真环境下，运用PowerSystemBlockset的各种元件模型建立三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其进行仿真研究。一、 三相桥式全控整流电路的工作原理三相桥式全控整流原理电路结构如图1所示。三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（见图1-1）。6个晶闸管以次相隔6（）度触发，将电源交流电整流为直流电。三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。整流变压器采用三角形/星形联结是为了减少3的整倍次谐波电流对电源的影响。元件的

3、有序控制，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5,共阳极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT、VTO它们可构成电源系统对负载供电的6条整流回路，各整流回路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。图1-1三相桥式全控整流原理电路二、 基于Simulink三相桥式全控整流电路的建模三相桥式全控整流电路在Simulink环境下，运用PowerSystemBlockset的各种元件模型建立了三相桥式全控整流电路的仿真模型，仿真结构如图21所示：Edit Vj w $mulgon Format Tools Help图2-1三相桥式全控整流电路的仿真模

4、型在模型的整流变压器和整流桥之间接入一个三相电压电流测量单元V-I是为了观测方便。整流器的输出电压和电流是通过多路测量器测量负载的电压和电流来实现的，当然也可以用电压和电流测量单元直接检测整流器输出单位和电流。在整流器工作中保证触发脉冲与主电路同步很重要，仿真使用的6脉冲发生器是在同步电压过零时作为控制角a=0的位置，因此在整流变压器采用/口联结时，同步变压器也可以采用a/Yll联结，同步信号的连接如图21所示。在同步信号关系难以确定时，可以发挥仿真的特点，将三相同步信号以不同的顺序连接到6脉冲发生器的AB、BC、CA3个同步输入端，然后运行该模型，观察整流器输出电压波形，如果电压波形在一周期

5、中6个波头连续规则，则该整流器的同步是正确的。负载和控制角可以按需要设定。三、设置模型参数三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V,整流器输出电压为100V (相电压)，观察整流器在不同负载，不同触发角时整流器输出电压、电流波形，测量其平均值。1、电阻负载(R的值为5欧姆、a=30)(1)设置模型参数如下：1)电源参数设置：三相电源的电压峰值380V,频率为50HZ,相位分别为0、-120、-240.2)整流器变压器参数设置:一次绕组联结(wingding I connection)选择Delta(DI 1),线电压为380V；二次绕组联结(wingding 2 connection)选择Y

6、,线电压为173v,在要求不高时变压器容量、互感等其他参数可以保持默认值不变。3)同步变压器参数设置：一次绕组联结(wingding 1 connection)选择Delta(Dll),线电压为380V；二次绕组联结(wingding 2 connection)选择Y,线电压为15v,其他参数可以保持默认值不变。4)三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。5) RLC负载参数设置：R的值为5欧姆，C的值为inf。6) 6脉冲发生器设置：频率为50HZ,脉冲宽度取1,选择双脉冲触发方式。7)触发角设置：给定alph设置为30.四、仿真并观察结果设置的仿真参数如下：仿真时间为0.06S,数值算法采用

7、odel5。仿真参数设置完成后即可启动仿真，得到的仿真的如图4146图所示。图4-1整流器输入的三相线电压波形图4-2整流器输出的电压波形以及电阻负载时整流器输出的电流波形图4-3整流器输出电压平均值50分析观察到的结果：将图41所示的三相电压波形与42所示的整流电压（图上部）和电流波形（图下部）相比较，整流后的电压是直流，而且波形与三相输入电压波形相对应。整流电压平均值（见图4-3）与计算值Ud=2.34*100cos30V=202.6V相符。因为是电阻负载,整流后的电压和电流波形相同，但Y轴坐标不同。图4到图26所示分别为整流器交流侧的电流波形。改变控制角可以观察在不同控制角下整流器的工作

8、情况。2.电阻电感负载（R的值为5欧姆、L的值为O.Olh、a=60）在图2-1中修改负载RLC参数，R的值为5欧姆，L的值为0.01 H, C的值为inf,同时将触发角设置为60.为了观察整流器输入电流和输出电压的谐波，在仿真模型中增加了傅立叶（Fourier）分析模块，修改后的仿真模型如图4-7所示。file Edit Jfiew Simulation Format lools Help。|)p,06|ornal 三里田图 纪囤Continuous!powerguiVabclabcTransformer(Two Windings)Three-PhaseTransformer(Two Win

9、dings) 1Clock u-r*HiaThree-PhaseVd Measurement Constanl1s苫臼Ll-nI ZabC pulsesCAcaUaocslmout疸ib_r4sliCjRLCTo WorkspaceFmlmagntudesignalangleUniversal Bridge1 T1/ node io/ node 10magntudesignalangleangle Fm|&ochSynchronized6-Pulse GeneratormiConstantFounerlsignalrm$RMSUf*4- simoutlB-4r，oMultimeterL.JTo

10、 Workspace 1 simout2MultimeteridUdTo Workspace2 simout3To Workspaces图4-7三相桥式整流电路电阻电感负载（a=60）在仿真参数中设置仿真时间为0.16S,重新启动仿真，即灯得到阻感负载时整流器输出电压和电流，如图4-8a、4-8b、4-8c所示:FTSED 叵)与图Q0用冷储蠲回台熊Time offset 0图4-8a a=60时整流器输出电压)Udlime offset: 0图4-8b整流器输出平均电压ime offset: 0/id图4-8c整流器输出电流分析观察到的结果：由于电感是储能元件，电感中电流(见图4-8c)有以

11、上升的过程,在启动仿真0.01s以后电流进入稳定状态，电流的脉动很少。五、结论本文在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上，利用MATLAB面向对象的设计思想和电气元件的仿真系统，建立了基于Sunulink的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其进行了仿真研究。在对三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况进行仿真分析的基础上，验证了当触发角为30度时，负载电流是连续的；当触发角为6()度时时，负载电流不连续。这与当触发角0a60时，负载电流是连续；当触发角大于等于60度时,负载电流是不连续相符。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。单片机内部一般有若干个定时器，如8051单片机内部有T0

12、和T1两个16位定时器。每个定时器都是由两个8位的特殊功能寄存器THi和TLi组成，因此,TO和T1都可以通过字节传送指令为它们赋初值，以获得不同定时时间所需要的计数值。TO和T1在初始值的基础上，每隔12个时钟周期(一个机器周期)，作一次加1运算，当计数器从全1变为全0时自动产生定时器溢出中断请求。MCS-51每个定时器有4种工作方式：方式0是13位计数结构，计数器由THi的8位与TLi的低5位构成；方式1是16位计数结构，计数器由THi的8位与TLi的8位组成；方式2是8位计数结构，计数器由TLi的8位组成，当定时器溢时，THi的值能自动装入TLi中，并在此值基础上自动计数，这与其它的方式

13、不同；在方式3下，也是8位的计数器，并且TO的各控制位和引脚归TLO使用，THO借用T1的各控制位和引脚信号，T1只能按不需要中断的方式2工作。定时器的溢出率在不同的工作方式下不同：工作在方式0时：溢出率二fosc/(12*(213-Z+NR)Z为定时器初值，NR为定时器溢出恢复初值的周期数。恢复初值周期数为从定时器溢出到定时器初值重新装入的时间。该段时间和CPU响应中断以及程序中何时重新装入初值有关。工作在方式1时:溢出率=fosc/(12*(216-Z+NR)方式1为16位计数器其初值由THi和TLi中的数值确定。工作在方式2时:溢出率=fosc/(12*(28-Z)由于方式2为自动恢复初

14、值的8位计数器，初值由THi确定；由于方式2是自动重装初值，所以NR二0即不存在重装初值的延时。特殊功能寄存器TMOD控制定时寄存器的工作方式，TCON则用于控制定时器TO和T1的启动和停止计数，同时管理定时器TO和T1的溢出标志等。当设置了定时器的工作方式并启动定时器后，定时器就按照被设定的工作方式工作，不需要CPU的干预。当计数器值全为1时，如果再输入一个脉冲则计数值重新回到定时器设置初值，同时把定时器/计数器的溢出标志位(TFO或TF1)置位，作为计数器的溢出标志。当单片机工作在方式1时，若定时/计数值计满溢出后，则定时/计数器的初值将被置零，并继续从THX=0X00, TLO=0X00开始计数。由于定时初值不会被重新装入，所以需要利用程序重新对THX,TLX进行赋值。但赋值操作需要占用一