【正文】 IDGE, 6PULSE 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。 單相橋式全控整流電路仿真 單相橋式全控整流電路如圖 31 所示： 圖 31 單相橋式全控整流電路原理圖 電流由交流電源 u1,整流變壓器 T，晶閘管 VT1~VT4，負(fù)載電阻 R 以及觸發(fā)電路組成。在變壓器二次電壓 u2 的正半周觸發(fā)晶閘管 VT1 和 VT4，在u2 的負(fù)半周觸發(fā)晶閘管 VT2 和 VT3，在負(fù)載電阻上可以得到方向不變的直流 28 電，改 編晶閘管的控制角可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電流的大小。 該電路的 仿真 過(guò)程可以分為建立仿真模型，設(shè)置模型參數(shù)和觀測(cè)仿真結(jié)果等幾個(gè)主要階段。 （ 1）首先建立一個(gè)仿真模型文件。在 MATLAB 的彩電上點(diǎn)擊 FILE，選擇再在彈出菜單中選擇 MODEL，這時(shí)出現(xiàn)一個(gè)空白的仿真平臺(tái)，在這平臺(tái)上可以繪制電路的仿真模型。同時(shí)也可以在 FILE 菜單下給文件命名。 （ 2）提取電路元器件模塊。在仿真模型串口的菜單上調(diào)出模型庫(kù)瀏覽器，在模型庫(kù)中提取適合的模塊放到仿真平臺(tái)上。組成單相橋式整流電路的主要元器件有交流電源，晶閘 管， RLC 負(fù)載等，提取元器件模塊的路徑見(jiàn)表 31 元器件名稱 提取元器件路徑 交流電源 u2 Power system blockset\electrical sources\AC voltage source 晶閘管 VT1~VT4 Power system blockset\power electronics\thyristor RLC 串聯(lián)電路 Power system blockset\elements\seriesRLC branch 脈沖發(fā)生發(fā)生器 Simulink\sources\pulse generator T 形節(jié)點(diǎn) Power system blockset\connectors\T connector 中性節(jié)點(diǎn) Power system blockset\connectors\neutral(output) 表 31 元器件名稱及路徑 （ 3）將電路元器件模塊按單相整流的原理圖連接起來(lái)組成仿真電路。將元器件連接組成仿真模型如圖 32 29 圖 32 單相橋式整流電路模型 在 SIMULINK 模型庫(kù)中沒(méi)有專門(mén)的單相橋式整流觸發(fā)器模型，這里使用了 2 個(gè)脈沖發(fā)生器來(lái)分別 VT1 和 VT3， VT2 和 VT4 的觸發(fā)脈沖。整流器的負(fù)載選用了 RLC 串聯(lián)電路，可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置來(lái)改變電阻，電感，和電容的組合。 模型中使用了兩種測(cè)量?jī)x器，示波器（ SCOPE）和多路測(cè)量器（ MULTIMETER）。示波器可以觀測(cè)它連接點(diǎn)上的波形，多路測(cè)量器可以接 30 受一些模塊發(fā)出來(lái)的參數(shù)型號(hào)并通過(guò)示波器觀測(cè)。 。設(shè)置模型參數(shù)是保證仿真準(zhǔn)確和順利的重要一步，有些參數(shù)由任務(wù)來(lái)規(guī)定，比如此次仿真中的電源電壓，電阻值等，有些參數(shù)是需要仿真來(lái)確定的。 （ 1）交流電壓源 u2，電壓為 220V，頻率為 50Hz，初始相位為 0176。在電壓設(shè)置 中要輸入的是電壓峰值，輸入“ 220 sprt(2)”。測(cè)量選擇選中電壓“ voltage，” u2 的數(shù)據(jù)可以送入多路測(cè)量器。 如圖 33 圖 33 交流電源參數(shù)設(shè)置 （ 2）晶閘管 VT1~VT4 直接使用了模型的默認(rèn)參數(shù)。 （ 3）負(fù)載 RLC， R 的值 2Ω ， L 的值 0， C 的值為 inf，并在參數(shù)頁(yè)最后的測(cè)量選擇中選擇“ voltage and current” ,這樣負(fù)載 R 的電壓和電流可以通過(guò)多路測(cè)量器觀測(cè)。 如圖 34。 31 圖 34 RLC 參數(shù)設(shè)置 （ 4）晶閘管觸發(fā)采用簡(jiǎn)單的脈沖發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生，脈沖發(fā)生器周期 T 必 須和交流電源 u2 同步。晶閘管的控制角α以脈沖的延遲時(shí)間 t 來(lái)表示 t=αT/360176。，其中α為控制角， T=1/f,f 為交流電源頻率。α =30176。時(shí)的脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置如下表 32。 項(xiàng)目 脈沖發(fā)生器 1 脈沖發(fā)生器 2 Pulse type Timebased Timebased Amplitude 1 1 Period Pulse width Phase delay 32 表 32 脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置 型仿真 模型仿真前設(shè)置仿真參數(shù)主要包括：開(kāi)始時(shí)間，終止時(shí)間，仿真類型，以及相對(duì)誤差，絕對(duì)誤差。步長(zhǎng)大小要適中一般選可變步長(zhǎng)（ variablestep），仿真數(shù)值計(jì)算方法可選 ode15， ode23， ode45 等， 這里仿真數(shù)值計(jì)算方法選擇了 ode45，仿真時(shí)間為 。 如圖 35 圖 35 模型仿真參數(shù)設(shè)置 開(kāi)始仿真，在仿真計(jì)算完成后即可通過(guò)示波器來(lái)觀察仿真結(jié)果： （ 1）電阻負(fù)載時(shí)的仿真波形。 如圖 36 為仿真時(shí)間中電源 u2 的波形 33 圖 36 電源電壓 u2 波形 如圖 37 上部分和下部分分別為α =30176。， R 的值為 2Ω 時(shí)負(fù)載二點(diǎn)電壓和通過(guò)負(fù)載的電流波形。 34 圖 37 α =30176。時(shí)負(fù)載 電阻兩端 電壓和電流波形 該電壓和電流都是脈動(dòng)的直流，反應(yīng)了電源的交流電經(jīng)過(guò)整流后形成為了直流電，實(shí)現(xiàn)了整流。因?yàn)槭请娮柝?fù)載，整流后的電壓和電流波形相同，但是縱坐標(biāo)的標(biāo)尺不同，電壓的 幅值 Um=311V,電流的幅值 I=155A，與計(jì)算結(jié)果 Im=Um/R 相同。 如圖 38 下部分和上部分分別為晶閘管 VT1 兩端的電壓和通過(guò)晶閘管VT1 的電流波形。 35 圖 38 α =30176。時(shí) VT1 兩端的電壓和電流波形 通過(guò)晶閘管的電流僅是負(fù)載的一半， 只有半個(gè)周期內(nèi)有電流通過(guò)晶閘管VT1。并且通過(guò)比較可以看到晶閘管導(dǎo)通時(shí)晶閘管兩段電壓為零，在 4 個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通時(shí)（ ~,~ 區(qū)間），每個(gè)晶閘管承受 u2/2 電壓，且晶閘管承受的最好反向電壓為電源電壓的峰值 311V，根據(jù)該電壓和電流可以選擇晶閘管的額定參數(shù)。 如果要觀察在其他控制角下，整 流器的工作情況，只需修改脈沖觸發(fā)器的延遲時(shí)間，重新啟動(dòng)仿真即可，在α =60176。如圖 39 圖 310。 36 圖 39α =60176。負(fù)載電阻兩端的電壓波形和電流波形 37 圖 310 α =60176。晶 閘管的電壓波形和電流波形 （ 2）電阻電感負(fù)載時(shí)的仿真。如果要研究電感性負(fù)載時(shí)整流器的工作狀況，只需要重新設(shè)置負(fù)載參數(shù)，設(shè) RL 負(fù)載， R 的值為 2Ω ， L 的值為 ，再次啟動(dòng)仿真 。如圖 311 圖 312 電感中電流在啟動(dòng)時(shí)有一上升過(guò)程 （圖 311下部分） ，一個(gè)周期后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，電流是連續(xù)的，對(duì)應(yīng)的電壓波形出現(xiàn)負(fù)半周（圖 311 上部分） ，使整流平均電壓較純電阻負(fù)載時(shí)減小。 38 圖 311 α =60176。負(fù)載電感兩端的電壓波形和電流波形 圖 312 α =60176。電感負(fù)載整流器晶閘管的電壓波形和電流波形 39 三 相橋式全控整流電路仿真 三相橋式全控整流電路是應(yīng)用最廣泛的整流電路。完整的三項(xiàng)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， 三 相橋式全控整流原理電路如圖 313。 圖 313 三相橋式全控整流原理電路 6 個(gè)晶閘管以次相隔 60176。觸發(fā)，將電源交流電整流為直流電。三相橋式整流電路必須采用雙脈沖觸發(fā)或者寬脈沖觸發(fā)方式，以保證在每一個(gè)瞬間都有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通（上橋臂和下橋臂各一個(gè)）。整流變壓器采用三角形 /星形連結(jié)是為減少 3 的整流倍數(shù)次諧波電流對(duì)電源的影響。 三相橋式整流電路的仿 真使用 MATLAB 模型庫(kù)中的三相橋和觸發(fā)器集成模塊是很方便的。用模型庫(kù)中的元器件組成的三相橋式整流電路的仿真模型如圖 314 所示。 40 圖 314 三相橋式整流電路的仿真模型 仿真模型中主要使用的元器件模塊和提取路徑如表 33。 交流電源 Electrical sources\AC voltage source 整流變壓器 （ Transformer） Element\threephase transformer（ two windings） 同步變壓器 （ TTransformer） Element\threephase transformer 三相電壓 電流 測(cè)量單元（ VI） Measurements\ threephase VI 41 三相晶閘管整流器 （ 6pulse thyristor bridge） Extra library\ threephase library\6pulse thyristor Bridge RLC 負(fù)載 Elements\series RLC branch 6 脈沖發(fā)生器 （ 6pulse） Extra library\control blocks\synchronized 6pulse generator 觸發(fā)角設(shè)定 （ alph） Simulink\sources\constant 方均根值計(jì)算（ RMS） Extra library\ Measurements\RMS 表 33 三相整流電路主要元器件 在 模型 的整流變壓器和整流橋之間介入了一個(gè)三相電壓 電流測(cè)試單元VI 是為了觀測(cè)方便。整流器的輸出電壓和電流時(shí)通過(guò)多路測(cè)量負(fù)載的電壓和電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然也可以用電壓和電流測(cè)量單元直接檢測(cè)整流器輸出單元和電流。在整流器工作中保證觸發(fā)脈沖與主電路同步很重要 ，仿真使用的 6脈沖發(fā)生器是在同步電壓鍋零時(shí)作為控制角α =0176。的位置，因此在整流變壓器采用△ \Y11 聯(lián)結(jié)時(shí)，同步變壓器也可以采用△ \Y11 聯(lián)結(jié)，同步信號(hào) 的連接如 圖 314 所示。 同步信號(hào)關(guān)系難以確定時(shí)，可以發(fā)揮仿真的特點(diǎn)，將三相同步電壓信號(hào)以不同的順序連接到 6 脈沖發(fā)生器的 AB， BC， CA 三個(gè)同步輸入端，然后運(yùn)行該模型，觀察整流器 輸出 電壓波形，如果電壓波形在一周期中 6 個(gè)波頭連續(xù)規(guī)則，則該整流電路同步時(shí)正確的。負(fù)載和控制角可以按需要設(shè)定。 42 在三相橋式全控整流電路中，設(shè)電壓電源為 220V， 整流變壓器輸出電壓為 100V（相電壓），進(jìn)行仿真，觀察整流器在不同負(fù)載，不同觸發(fā)時(shí)整流器輸出電壓電流波形，測(cè)量其平均值，并觀察整流器交流側(cè)電流波形和分析其主要次諧波。 負(fù)載 的三相橋式整流電路 （ R 的值為 5Ω ，α =30176。） （ 1） 設(shè)置模型參數(shù)如下 電源參數(shù)設(shè)置：三相電源的電壓峰值為 220V 2 ，可以表示為“ 220*sprt(2)” ,頻率為 50Hz，相位分別為 0176。， 120176。， 240176。 如圖 316為 電源 UA 參數(shù)設(shè)置 圖 316 電源 UA 參數(shù)設(shè)置 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 =220V 3 =380V；二次繞組聯(lián)結(jié) winding 2connection 選 43 擇 Y，線電壓為 100V 3 =173V，在要求不高時(shí)變壓器容量，互感等參數(shù)可以保持默認(rèn)不變。 如圖 317 圖 317 整流變壓器參數(shù)設(shè)置 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 2connection 選擇 Y，線電壓為 15V，其他參數(shù)保持默認(rèn)不變。 如圖 3 18 44 圖 318 同步變壓器參數(shù)設(shè)置 三相晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。 RLC 負(fù)載參數(shù)設(shè)置： R 為 5Ω ， L 的值為 0,C 的值為 inf。如圖 3 19 45 圖 319 RLC 參數(shù)設(shè)置 6 脈沖發(fā)生器設(shè)置：頻率為 50Hz 脈沖寬度取 1176。，選擇雙脈沖觸發(fā)方式。 觸發(fā)角設(shè)置：給定 alph 設(shè)置為 30176。 （ 2） 仿真并觀察結(jié)果。 設(shè)置仿真參數(shù)如下：仿真時(shí)間為 數(shù)值算法采用 ode15。 如圖 320。 46 圖 320 模型仿 真參數(shù)設(shè)置 仿真參數(shù)設(shè)置完成后啟動(dòng)仿真，得到仿真結(jié)果如圖 321 圖 322 圖 323圖 324 圖 325 圖 326 圖 327。 將 圖 321 所示 的 三相電壓波形與 圖 323 所示的 整流電壓波形和 圖 324所示 電流波形相比較，整流后的電壓是直流，切波形與三相輸入電壓波形相對(duì)應(yīng)。 47 圖 321 整流器輸入的三相電壓波形 圖 322 整流器輸出的電壓波形 48 圖 323 整流器輸出的電流波形