【導(dǎo)讀】符號(hào)制作功能，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成圖表，模擬和計(jì)算電路。課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，還可實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件，具有廣闊的應(yīng)用前景。件建立實(shí)時(shí)仿真模型，進(jìn)行瞬態(tài)分析。對(duì)三相全控橋式整流電路工作原理和電路特性的理解。

　　

【正文】 H 3D 6T H 5D 2DLlCRlis aidicilil 圖 三相半控橋式整流電路 三相全控橋式整流電路設(shè)計(jì) 如圖 所示的三相全控橋式整流電路。以 A 相作為參考源，其晶閘管轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋篢H1 在 ωt=? /6+α 處， TH3 在 ωt=? /6+2? /3+α 處， TH5 在 ωt=? /6+4? /3+α 處。 晶閘管TH4 在 TH1 觸發(fā)后的 ? 處觸發(fā)，晶閘管 TH6 在晶閘管 TH3 觸發(fā)后的 ? 處觸發(fā)，晶閘管 TH2在晶閘管 TH5 觸發(fā)后的 ? 處觸發(fā)。因此，從仿真的圖可以看出， 從 ωt=0處各晶閘管打開(kāi)的角 度分別為： TH1 在 ? /6+α處打開(kāi)； TH2 在 ? /3+( ? /6+α)處打開(kāi)； TH3 在 2 ? /3+( ? /6+α)處打開(kāi)； TH1 反向偏置，關(guān)斷。 TH4 在 ? +( ? /6+α)處打開(kāi)； TH2 反向偏置，關(guān)斷。 TH5 在 4 ? /3+( ? /6+α)打開(kāi)； TH3 反向偏置，關(guān)斷。 TH6 在 5 ? /3+( ? /6+α)打開(kāi)； TH4 反向偏置，關(guān)斷。 TH1 在 2 ? +( ? /6+α)打開(kāi)； TH5 反向偏置，關(guān)斷。 TH2 在 2 ? +? /3+(? /6+α)打開(kāi) TH6 反向偏置，關(guān)斷。 經(jīng)分析得出平均電壓的表達(dá)式為： Vlav≈ （ 3 6 /? ） VS cosα 這個(gè)橋式整流電路不是自發(fā)啟動(dòng)的。當(dāng)前有兩個(gè)晶閘管處在導(dǎo)通狀 態(tài)。如果 開(kāi)始時(shí)僅有一個(gè)晶閘管是導(dǎo)通 的，為了使控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通就要 通過(guò)移動(dòng)參考源 ? /6+α角度， 在這種情況下賦予 TH1 和 TH6 門(mén)電路初始條件， 這樣 開(kāi)始時(shí) 就有 兩個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。 通過(guò)相關(guān)的分壓， 在 電容電壓或電感電流的初始條件 下，可 在 Pspice 中建立門(mén)脈沖。另一種方法可以通過(guò)波形圖得出，在任何一個(gè)時(shí)間里都有兩個(gè)晶閘管是導(dǎo)通的。其順序?yàn)門(mén)H6 和 TH1,TH1 和 TH2,TH2 和 TH3,TH3 和 TH4,TH4 和 TH5,TH5 和 TH6，然后周期重復(fù)上述過(guò)程。如 果整流器為晶閘 管 TH1 在 ωt=? /6+α 處供應(yīng)它的第一個(gè)門(mén)脈沖，因?yàn)槠渌木чl管沒(méi)有導(dǎo)通 ，所以當(dāng)前電路沒(méi)有電流通過(guò) 。然 而，晶閘管 TH1 和 TH2 收到門(mén)脈沖 ? /3 弧 29 度 后 ， 兩 個(gè)晶 閘 管 將會(huì) 導(dǎo) 通 ，整 流 器 開(kāi)始 工 作。 開(kāi) 始 后的 一 系 列順 序 將 會(huì) 是TH3,TH4,TH5,TH6,TH1,TH2 等等，其間隔為 ? /3 弧度。總之，除了晶閘管 TH1 外所有的晶閘管都 接收 單一的且是循環(huán)的門(mén)信號(hào)。晶閘管 TH1 每周期接收兩個(gè)門(mén)信 號(hào)；第二個(gè)信號(hào)只是用于整流器的啟動(dòng) ,第一個(gè)信號(hào)才是提供電路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。開(kāi)始后，第二個(gè)門(mén)信號(hào)是無(wú)效，當(dāng)有門(mén)信號(hào)供給晶閘管 TH2 時(shí)晶閘管 TH1 總是處于導(dǎo)通狀態(tài)。 Vs aLsRsVs aVs aLsLsRsRsT H 1T H 4T H 3T H 6T H 5T H 2D CLsD r i v e r1D r i v e r4D r i v e r3D r i v e r6D r i v e r5D r i v e r2R e c t i f i t e r F i l t e r L o a dRl 圖 三相全控橋式整流電路 現(xiàn)在通過(guò)具體的數(shù)據(jù)來(lái)分析電路。如圖 所示，可以給出如下的數(shù)據(jù)： VS=120V(有效值 ),RS=0， LS=0， Rl=10Ω， C=0,Ll=0, α=35176。 不包括續(xù)流二極管，電源的頻率是 60HZ。通過(guò) Pspice 仿真，繪制出 isa， iTH1和 vl的波形圖。 解決以下一個(gè)問(wèn)題： (a) 負(fù)載的平均電壓； (b) 消耗的平均功率； (c) 通過(guò)晶閘管的平均電流； (d) 輸入的線電流的有效值； (e) 輸入 基波 的功率因數(shù) DPF； (f) 輸入的總諧波失真率 THD； 以下是解決上述問(wèn)題的主要的四個(gè)步驟： STEP 1 :：根據(jù)給出的電路圖建立如下圖的 Pspice 模型 30 T H 1T H 4T H 3T H 6T H 5T H 2D r i v e r1D r i v e r4D r i v e r3D r i v e r6D r i v e r5D r i v e r2V SaV SbV ScR L= 1 0 Ω801357S I NS I NS I N1 2 0 V , 6 0 H Z V G SV G 1V A 1= 0V X 1= 0R G 1L E 13 0 16 0 15 0 14 0 12 0 1001R E 1G G 1= f ( v ( 4 0 1 ) ,i ( V A 1 ) )p u l s eS t a r t i n gP U L S ET H 1 a n d g a t e d r i v e r 1 圖 三相全控橋式整流電路的 Pspice 配置 所有的驅(qū)動(dòng)器都 與圖中模擬的相似，然而驅(qū)動(dòng)器 1 是的擁有 唯一 起始脈沖 VGS。 STEP 2 ：根據(jù)上圖寫(xiě)出文本文件 ，六個(gè)晶閘管的門(mén)脈沖從 t=0 處往后推遲。因?yàn)橹挥?TH1 有起始脈沖，整流器要滿足負(fù)載電流的連續(xù)。對(duì)于不連續(xù)的電流，所有的門(mén)信號(hào)有雙脈沖。 TH1 延遲， DEL1=(30+α)/(360f)=(30+35)/(360*60)=。 TH2 延遲， DEL2=DEL1+60/(360f)=DEL1+=。 TH1 延遲 (啟動(dòng) )， DELS=DEL2=。 TH3 延 遲， DEL3=DEL2+60/(360f)=。 TH4 延遲， DEL4=DEL3+60/(360f)=。 TH5 延遲， DEL5=DEL4+60/(360f)=。 TH6 延遲，如果 α30176。， DEL6=DEL5+60/(360f)。 TH6 延遲，如果 α≧ 30176。， DEL6=DEL5+60/(360f)T=， 或者， DEL6=(α30)/(360f) 31 以下是編寫(xiě)的輸入文本文件 ： FULLYCONTRILLED THREEPHASE RECTIFIER * 參數(shù)設(shè)置 .PARAM VRMS=120V VMAX={*VRMS}。 相電壓 .PARAM FREQ=60Hz PERIOD={1/FREQ}。 供應(yīng)電源頻率 .PARAM V_P=2V。 晶閘管的門(mén)電壓 .PARAM ALFA=35deg DEL1={(30+ALFA)*PERIOD/360}。 觸發(fā)角和 TH1 的延遲時(shí)間 .PARAM DEL2={DEL1+60*PERIOD/360} DELS={DEL2}。 .PARAM DEL3={DEL2+60*PERIOD/360}。 TH3 的門(mén)脈沖延遲時(shí)間 .PARAM DEL4={DEL3+60*PERIOD/360} .PARAM DEL5={DEL4+60*PERIOD/360} *.PARAM DEL6={DEL5+60*PERIOD/360}。 如果 ALFA30deg .PARAM DEL6={(ALFA30)*PERIOD/360}。 如果 ALFA≧ 30deg .PARAM TON=1ms。 門(mén)脈沖導(dǎo)通時(shí)間 .PARAM TR=1us TF={TR}。 門(mén)脈沖上升和下降時(shí)間 .PARAM RLOAD=10ohms。 負(fù)載電阻 VSa 1 8 SIN(0 {VMAX} {FREQ})。 a 相電壓 VSb 3 8 SIN(0 {VMAX} {FREQ} 0 0 120) VSc 5 8 SIN(0 {VMAX} {FREQ} 0 0 240)。 c 相電壓 * 設(shè)備，模型 WTH1 301 0 VX1 TH_IDEAL。 TH1 電流控制開(kāi)關(guān) .MODEL TH_IDEAL ISWITCH(RON=1E3 ROFF=1E6 ION= IOFF=0) * 門(mén)脈沖 控制 TH1 導(dǎo)通 VG1 401 201 PULSE(0 {V_P} {DEL1} {TR} {TF} {TON} {PERIOD}) * 初始脈沖 VGS 201 0 PULSE(0 {V_P} {DELS} {TR} {TF} {TON} {PERIOD}) RG1 401 0 50 * WTH1 的電流控制 GG1 0 501 TABLE {v(401)+i(VA1)}=(0,0)(1E3,0) (105E3,)(,) RE1 501 0 1 LE1 501 601 。 穩(wěn)定延遲 VX1 601 0 0。 開(kāi)關(guān)的電流控制 VA1 1 301 0。 TH1 的電流傳感器 * 晶閘管和驅(qū)動(dòng)器支路 32 .SUBCKT TH_GAT 200 100 PARAMS:DELAY=10ms。 VG 400 100 PULSE(0 {V_P} {DELAY} {TR} {TF} {TON} {PERIOD}) RG 400 100 50 GG 100 500 TABLE {v(400,100)+i(VA)}=(0,0) (1E3,0) (105E3,) (,) RE 500 100 1 LE 500 600 VX 600 100 0。 晶閘管轉(zhuǎn)換的控制電流 VA 200 300 0。 晶閘管電流傳感器 WTH 300 100 VX TH_IDEAL。 晶閘管模型 .MODEL TH_IDEAL ISWITCH(RON=1E3 ROFF=1E6 ION= IOFF=0) .ENDS TH_GAT XTH2 7 5 TH_GAT PARAMS: DELAY={DEL2} XTH3 3 0 TH_GAT PARAMS: DELAY={DEL3} XTH4 7 1 TH_GAT PARAMS: DELAY={DEL4} XTH5 5 0 TH_GAT PARAMS: DELAY={DEL5} XTH6 7 3 TH_GAT PARAMS: DELAY={DEL6} * 負(fù)載 RL 0 7 {RLOAD} .TRAN .FOUR 60Hz 13 i(VSa)。 傅立葉分析 .PROBE v(0,7), i(VSa), i(WTH1) .END STEP 3 ：運(yùn)行程序，觀察 數(shù)據(jù)文件 和 輸出文本文件 STEP 4 ：運(yùn)行窗口，仿真出的波形圖， 如 下 圖所示 。 33 圖 (a) 流過(guò)電源的電流仿真結(jié)果 圖 (b) 流過(guò)晶閘管的電流仿真結(jié)果 34 圖 (c) 負(fù)載 電壓的 Pspice 仿真結(jié)果 圖 (d) WTH1 平均電流和 Vsa 有效電流的 Pspice 仿真結(jié)果 現(xiàn)在來(lái)解決設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)所提出的幾個(gè)問(wèn)題： (a) 根據(jù) v(0,7)的仿真結(jié)果得出負(fù)載電壓的平均值 Vlav=(理論值為 )。 (b) 根據(jù) v(0,7)的仿真結(jié)果得出負(fù)載電壓的 有效 值 Vlrms=，此時(shí)它所消耗的平均功率為 P=Vlrms2/Rl=。 (c) 根據(jù) ITH1的仿真結(jié)果得出晶閘管 TH1 的電流值 ITH1，此時(shí)通過(guò)晶閘管 TH1 的平均值為 ITH1av=。 (d) 根據(jù) isa 的仿真結(jié)果我們能得出 Isrms=。 (e) 從輸出文本文件 可以看出電壓相位差 1? =176。 ，所以基波功率因數(shù)DPF=cos 1? =176。=。 (f) 從輸出文本文件 可以讀出輸入的總諧波失真率 THD=﹪ 。 35 在設(shè)計(jì)的時(shí)候有一點(diǎn)要值得注意，如果負(fù)載電流不連續(xù)，所有的晶閘管都要模擬成像晶閘管 TH1 那樣擁有兩個(gè)門(mén)脈沖。