【文章內(nèi)容簡介】 況分析則較適用于找出極端情況下的輸出波形及當時的元件值的組合。 Pspice 軟件基本使用步驟 使用 Pspice 軟件實現(xiàn)電路仿真的步驟如圖 1。第一步，根據(jù)要求選擇正確的電力電子組件畫出原理圖或者通過編寫后綴名為 .cir的文本文件來生成模擬電路。第二步，根據(jù)要求選擇正確的分析方法。啟動 Pspice 仿真。第三步，根據(jù)輸出的結(jié)果和設計要求進行對比，找出不足。根據(jù)分析結(jié)果對電路作進一步的修改。 原 理 圖 設 計設 置 仿 真 類 型 及 參 數(shù)執(zhí) 行 仿 真分 析 仿 真 結(jié) 果YN滿 足 設 計 要 求 ？輸 出 結(jié) 果 圖 1 Pspice 仿真步驟 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 8 3 三相全控橋式整流電路的電路分析 整流電路的分類 整流電路是一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿淖儞Q器。按輸入電源的相數(shù)分，可分為單相、三相和六相等，通常單相整流應用于小功率場合，三相及多相整流用于大功率場合。 按整流器件分，可分為可控整流和不可控整流兩種?？煽卣麟娐酚挚煞譃槿卣麟娐泛桶肟卣麟娐?。在全控整流電路中，整流器件全由晶閘管或其它可控器件組成。半控整流電路則由整流二極管和晶聞管混合組成。不 控整流電路全由整流二極管組成 [7]。 按整流輸出波形和輸人波形的關(guān)系分?？煞譃榘氩ㄕ骱腿ㄕ?。半波整流電路中，各整流器件的陰極 (或陽極 )全部連接到一起，接到負載的一端，而負載的另一端與電源的中點相連。半波整流電路中，每條交流電源線中的電流是單一方向的，負載上得到的只是電源電壓波形的一半，故稱半波整流。全波整流電路可看成兩組半波整流電路申聯(lián)而成，一組接成共陰極，另一組接成共陽極。它們分別接到負載的兩端。在全波整流電略中，不再需要交流電源的中點，每條交流電源線中的電流是交變的。通常全波整流電路也稱為橋式整流 電路。 三相全控橋式整流電路 三相橋式全控整流電路應用最為廣泛，它是由兩個三相半波整流電路發(fā)展而來的，如圖 (a)所示，其中一組三相半波整流電路為共陰極連接，一組為共陽極連接。如果兩組負載完全相同且觸發(fā)角 α 一樣，則負載電流 Id Id2相等，電路零線中無電流流過，如果將零線去掉，并不影響電路的工作，就成為三相橋式全控整流電路，如圖 (b)所示。 由于共陰極組在電源正半周導通，流經(jīng)變壓器二次側(cè)繞組的是正向電流，共陽極組在電源負半周導通，流經(jīng)變壓器二次側(cè)繞組的是反向電流，因此一周期中變壓器繞組 中沒有直流磁勢，且每相繞組的正、負半周都有電流流過，從而提高了變壓器繞組利用率 [13]。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 9 (a)三相半波共陰極組和共陽 極組串聯(lián)的電路 (b)三相橋式全控整流電路 圖 三相全控橋式整流電路 電阻性負載 當 α = 0176。時，可以采用與分析三相半波相控整流電路類似的方法，假設將電路中的晶閘管均換作二極管，也就相當于晶閘管觸發(fā)角 α = 0176。時的情況。此時對于共陰極組的三個晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個晶閘管導通，而對于共陽極組的三個晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低的一個晶閘管導通。這樣，任意時刻共陽極組和共陰極組各有一個晶閘管處于導通狀態(tài)，電路工作波形如圖 所示。 α = 0176。就是在自然換 相點處換相。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 10 圖 三相橋式全控整流電路阻性負載 α = 0176。時的波形 第 I 階段， a 相電位最高，共陰極組 T1 管觸發(fā)導通， b 相電位最低，共陽極組 T6 觸發(fā)導通，電流流通路徑為 a → T1 → R → T6 → b，負載上電壓ud=uaub=uab 。變壓器 a、 b 兩相工作，共陰極組的 a 相電流為正，共陽極組的 b相電流為負。 第 II 階段， a 相電位仍然為最高， T1 繼續(xù)導通，但 c 相電位最低，在自然換相點處觸發(fā) c 相的 T2 管，則 T2 導通，電流從 b 相換至 c 相， T6 因承受反向電壓 關(guān) 斷 。 這 時 電 流 流 通 的 路 徑 為 a → T1 → R → T2 → c ， 負 載 上 電 壓ud=uauc=uac 。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 11 第 III 階段， b 相電位最高，自然換相點處觸發(fā) T3 管，則共陰極組換相至 T3，電流從 a 相換至 b 相， T1 因承受反向電壓關(guān)斷， T2 因 c 相電位仍為最高而繼續(xù)導通，負載上電壓 ud=ubuc=ubc 。 以下 IV、 V、 VI 階段以此類推。在第 IV 階段， T T4 導 ud=ubua=uba ；第 V 階段， T T5 導通， ud=ucua=uca ；第 VI 階段， T T6 導通， ud=ucub=ucb。以后重復上述過程。 由以上分析可知，三相全控橋式整流電路中，對于共陰極組的 3 個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導通；對于共陽極組的 3 個晶閘管，陰極所接交流電壓值最低 (或者說負得最多 )的導通；任意時刻共陽極組和共陰極組中各有 1個晶閘管處于導通狀態(tài)。其余的晶閘管均處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)角 α 的起點，仍然是從自然換相點開始計算，注意正負方向均有自然換相點。 晶閘 管導通順序為： T T6 → T T2 → T2 、 T3 → T3 、 T4 → T4 、 T5 → T5 、T6 ，一周期中每個晶閘管導通 120176。，每隔 60176。有一個晶閘管換相 [6]。當觸發(fā)角 α 0176。時，每個晶閘管都不在自然換相點換相，而是從自然換相點向后移 α角開始換相。圖 為 α= 30176。時電路的工作波形，其分析方法與 α = 0176。時相同。可從 α 角開始把一個周期 6 等分，晶閘管導通順序仍為 T T6 → T1 、 T2 → T2 、 T3 → T3 、T4 → T4 、 T5 → T5 、 T6 ，所以輸出電壓波形還是 uab、 uac 、 ubc、 uba 、 uca 和ucb 等線電壓的一部分，只是相位后移 30176。晶閘管 T1 承受的電壓波形由三段組成： ωt1 ~ωt3 段， T1 導通， u T1 = 0； ωt3 ~ωt5 段，共陰極組 T3 導通， uT1 = ua ? ub = uab ； ωt5~ωt7 段，共陰極組 T5 導通， uT1 = ua ? uc = uac 。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 12 圖 α = 30176。時的波形 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 13 圖 、圖 分別為 α = 60176。、 α = 90176。時輸出電壓 ud 波形。 α = 60176。為電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界條件，當 α 60176。時電流波形斷續(xù)。 圖 α = 60176。時的波形 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 14 圖 α = 90176。時的波形 由以上分析可以看出： (1) 三相橋式全控整流電路在任何時刻必須保證共陰極組和共陽極組各有一晶閘管導通，才能構(gòu)成導電回路。 (2) 器件換流只在本組內(nèi)進行，每隔 120176。換流一次，所以共陰極組晶閘管 TT T5 觸發(fā)脈沖相位相差 120176。，共陽極組晶閘管 T T T2 的觸發(fā)脈沖也相差 120176。由于共陰極組和共陽極組換流點相隔 60176。，所以每隔 60176。有一個器件換流。接在同一相的兩個組件觸發(fā)脈沖相位相差 180176。所以觸發(fā)脈沖順序為 T1→ T2→ T3→ T4→T5→ T6。 (3) 為了保證任何時刻共陰極組和共陽極組中各有一晶閘管導通，或者由于電流斷續(xù)后能再次導通，必須對兩組中應導通的一對晶閘管同時加觸發(fā)脈沖。可以采用寬脈沖 (脈沖寬度大于 60176。，一般取 80176。~100176。)或雙窄脈沖 (即一周期內(nèi)對一個晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖間隔 60176。)來實現(xiàn)。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 15 實際工程應用中常采用雙窄脈沖觸發(fā)方式，雖然它的觸發(fā)電路復雜，但可使觸發(fā)裝置輸出功率減小，從而減小 脈沖變壓器鐵心的體積。用寬脈沖觸發(fā)，雖然脈沖次數(shù)減少一半，但為了使脈沖變壓器不飽和，鐵心體積做得較大，繞組匝數(shù)也多，使漏感加大，脈沖前沿不夠陡。 (4) 三相全控橋電路整流輸出電壓是線電壓的一部分，一個周期內(nèi)脈動 6 次，脈動頻率為 300Hz，較三相半波電路提高一倍。 下面分析其基本數(shù)量關(guān)系。 電流連續(xù)時 (α ≤60176。)，整流輸出電壓平均值為 () 電流斷續(xù)時 (α 60176。 )，整流輸出電壓平均值為 () 負載電流平均值為 () 當 α ≤60176。時，電流連續(xù)，對圖 波形分析，以 α = 30176。為例，可得到變壓器二次側(cè)繞組電流有效值為 () 當 α 60176。時，電流斷續(xù) (參見 圖 、圖 )，變壓器二次側(cè)繞組電流有效值為 () 流過晶閘管的電流平均值 IdT 為負載電流的 1/3，即 () 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 16 流過晶閘管的電流有效值 IT 也有連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，但兩種情況下均有 () 阻性負載時， α = 0176。，有 I2 = ， U2 =U d0 / ，所以整流變壓器二次側(cè)繞組視在功率 () 整流變壓器一次側(cè)容量為 () 設一、二次側(cè)繞組匝數(shù)相同，即 w1 = w2 ，于是 U1 =U2 ，在二次側(cè)繞組中正、負半周都有電流 I2 ，平均值為零，所以 I1 = I2 ，則一次側(cè)容量為 () 所以整流變壓器容量為 S = S1 = S2 = 。 電感性負載 三相全控橋電感性負載電路通常電感量足夠大，使負載電流連續(xù)且其波形基本上為一條水平線。感性負載時導電規(guī)律與阻性負載相同， α ≤60176。時，整流輸出電壓 ud 波形與阻性負載時一樣。當 α 60176。時，由前面分析可知，阻性負載的輸出電壓波形斷續(xù)，對于大電感負載，由于電感 L 的作用，在電源線電壓過零后晶閘管仍然導通，直到下一個晶閘管觸發(fā)導通為止，這樣輸出電壓波形中出現(xiàn)負的部分。 α = 90176。時， ud 波形 正、負面積相等，平均值 Ud = 0，所以感性負載時電路移相范圍為 90176。圖 、圖 、圖 分別為 α = 0176。、 α = 30176。、 α = 90176。三相全控橋帶大電感負載時的工作波形 [12]。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 17 圖 三相橋式全控整流電路帶電感性負載 α = 0176。時的波形 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 18 圖 三相橋式全控整流電路帶電感性負載 α = 30176。時的波形 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 19 圖 三相橋式全控整流電路帶電感性負載 α = 90176。時的波形 從圖 的 uT1 波形可知。在電壓可調(diào)范圍內(nèi)，晶閘管承受的最大正、反向電壓均為。 感性負載電流連續(xù)時，晶閘管導通角總是 120176。， ud 波形每隔 60176。重復一次，所以整流輸出電壓平均值為 () 負載電流平均值為 () 變壓器二次側(cè)繞組一周期內(nèi)流過電流波形為方波，其中正半周為 120176。，負武漢科技大學本科畢業(yè)設計 20 半周也為 120176。，所以二次側(cè)繞組電流有效值為 () 流過晶閘管的電流有效值 IT 和平均值 IdT 分別為 () () 同樣，為了提高整流輸出直流電壓平均值，可在負載側(cè)并聯(lián)一續(xù)流二極管，構(gòu)成帶續(xù)流二極管的三相橋式整流電路，其工作過程請讀者自行分析。 三相橋式全控整流電路接反電動勢阻感負載時，在負載電感足夠大可以使負載電流連續(xù)的情況下，其電路工作情況與帶感性 負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，只在計算負載電流平均值 Id 時有所不同，此時為 Id = (Ud ? E) / R 。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 21 4 基于 Pspice 的三相全控橋式整流電路的仿真與設計 介紹