【導讀】最廣的電路分析軟件是Pspice。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設計，還可用。于電子線路、電路和信號與系統(tǒng)等課程的計算機輔助教學。與印制版設計軟件配。被公認是通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件，具有廣闊的應用前景。本論文主要通過Pspice強大的仿真能力來實現(xiàn)對三相全控橋式電路的設計，應用該軟件建立實時仿真模型，進行瞬態(tài)分析。分析、比較，加深了對三相全控橋式整流電路工作原理和電路特性的理解。

　　

【正文】 三相半控橋式整流電路 將三相橋式全控整流電路中的一組晶閘管用三只二極管代替，就構成了三相橋式半控整流電路。三相橋式半控整流電路如圖 所示，其電路工作特點是共陰極組晶閘管必須觸發(fā)才能換流，而共陽極組二極管總是在自然換相點換流 [15]。所以，一周期中仍然換流六次，三次為自然換流，其余三次為觸發(fā)換流。波紋組成的輸出電壓降低 ,平均負載電 壓的增加。輸出電壓的值為： Ulav = (1+ cosα) 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 29 α 是 A 相得觸發(fā)角，這里我們模擬晶閘管 TH_GAT 和二極管 D_IDEAL。這些模型都可以通過 來描述。 Vs aVs bVs cLsLsLsRsRsRsT H 1D 4T 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計 如圖 所示的三相全控橋式整流電路。以 A 相作為參考源，其晶閘管轉換順序為： TH1 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 處各晶閘管打開的 角 度分別為： TH1 在 ? /6+α 處打開； TH2 在 ? /3+(? /6+α)處打開； TH3 在 2? /3+(? /6+α)處打開； TH1 反向偏置，關斷。 TH4 在 ? +(? /6+α)處打開； TH2 反向偏置，關斷。 TH5 在 4? /3+(? /6+α)打開； TH3 反向偏置，關斷。 TH6 在 5? /3+(? /6+α)打開； TH4 反向偏置，關斷。 TH1 在 2? +(? /6+α)打開； TH5 反向偏置，關斷。 TH2 在 2? +? /3+(? /6+α)打開 TH6 反向偏置，關斷。 經(jīng)分析得出平均電壓的表達式為： Vlav≈ （ 3 6 /? ） VS cosα 這個橋式整流電路不是自發(fā)啟動的。當前有兩個晶閘管處在導通狀 態(tài)。如果開始時 僅有一個晶閘管是導通 的，為了使控制開關導通就要 通過移動參考源? /6+α 角度， 在這種情況下 賦予 TH1 和 TH6 門電路初始條件， 這樣 開始時 就有兩個晶閘管處于導通狀態(tài)。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 30 通過相關的分壓， 在 電容電壓或電感電流的初始條件 下，可 在 Pspice 中建立門脈沖。 另一種方法可以通過波形圖得出，在任何一個時間里都有兩個晶閘管是導通的。其順序為 TH6 和 TH1,TH1 和 TH2,TH2 和 TH3,TH3 和 TH4,TH4 和 TH5,TH5和 TH6，然后周期重復上述過程。如 果整流器為晶閘 管 TH1 在 ωt=? /6+α處供應它的第一個門脈沖，因為其它的晶閘管沒有導通 ，所以當前電路沒有電流通過 。然 而，晶閘管 TH1 和 TH2 收到門脈沖 ? /3 弧度后，兩個晶閘管將會導通，整流器開始工作。開始后的一系列順序將會 是 TH3,TH4,TH5,TH6,TH1,TH2 等等，其間隔為 ? /3 弧度?？傊?，除了晶閘管 TH1 外所有的晶閘管都 接收 單一的且是循環(huán)的門信號。晶閘管 TH1 每周期接收兩個門信 號；第二個信號只是用于整流器的啟動 ,第一個信號才是提供電路的正常運轉。開始后，第二個門信號是無效，當有門信號供給晶閘管 TH2 時晶閘管 TH1 總是處于導通狀態(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)在通過具體的數(shù)據(jù)來分析電路。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 Pspice 仿真，繪制出 isa， iTH1和 vl 的波形圖。 解決以下一個問題： (a) 負載的平均電壓； (b) 消耗的平均功率； (c) 通過晶閘管的平均電流； (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； 以下是解決上述問題的主要的四個步驟： STEP 1 :：根據(jù)給出的電路圖建立如下圖的 Pspice 模型 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 31 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 所有的驅動器都 與圖中模擬的相似，然而驅動器 1 是的擁有 唯一 起始脈沖VGS。 STEP 2 ：根據(jù)上圖寫出文本文件 ，六個晶閘管的門脈沖從 t=0 處往后推遲。因為只有 TH1 有起始脈沖，整流器要滿足負載電流的連續(xù)。對于不連續(xù)的電流，所有的門信號有雙脈沖。 TH1 延遲， DEL1=(30+α)/(360f)=(30+35)/(360*60)=。 TH2 延遲， DEL2=DEL1+60/(360f)=DEL1+=。 TH1 延遲 (啟動 )， DELS=DEL2=。 TH3 延 遲， DEL3=DEL2+60/(360f)=。 TH4 延遲， DEL4=DEL3+60/(360f)=。 TH5 延遲， DEL5=DEL4+60/(360f)=。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 32 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) 以下是編寫的輸入文本文件 ： FULLYCONTRILLED THREEPHASE RECTIFIER * 參數(shù)設置 .PARAM VRMS=120V VMAX={*VRMS}。 相電壓 .PARAM FREQ=60Hz PERIOD={1/FREQ}。 供應電源頻率 .PARAM V_P=2V。 晶閘管的門電壓 .PARAM ALFA=35deg DEL1={(30+ALFA)*PERIOD/360}。 觸發(fā)角和 TH1的延遲時間 .PARAM DEL2={DEL1+60*PERIOD/360} DELS={DEL2}。 .PARAM DEL3={DEL2+60*PERIOD/360}。 TH3 的門脈沖延遲時間 .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。 門脈沖導通時間 .PARAM TR=1us TF={TR}。 門脈沖上升和下降時間 .PARAM RLOAD=10ohms。 負載電阻 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 * 設備，模型 WTH1 301 0 VX1 TH_IDEAL。 TH1 電流控制開關 .MODEL TH_IDEAL ISWITCH(RON=1E3 ROFF=1E6 ION= IOFF=0) * 門脈沖 控制 TH1 導通 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 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 33 LE1 501 601 。 穩(wěn)定延遲 VX1 601 0 0。 開關的電流控制 VA1 1 301 0。 TH1 的電流傳感器 * 晶閘管和驅動器支路 .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 ：運行程序，觀察 數(shù)據(jù)文件 和 輸出文本文件 STEP 4 ：運行窗口，仿真出的波形圖， 如 下 圖所示 。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 34 圖 (a) 流過電源的電流仿真結果 圖 (b) 流過晶閘管的電流仿真結果 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 35 圖 (c) 負載 電壓的 Pspice 仿真結果 圖 (d) WTH1 平均電流和 Vsa 有效電流的 Pspice 仿真結果 現(xiàn)在來解決設計開