引言1 1三相桥式全控整流电路工作原理2 1.1三相桥式全控整流电路特性分析2 1.2带电阻负载时的工作情况3 1.3晶闸管及输出整流电压的情况5 1.4 三相桥式全控整流电路定量分析6 2仿真实验6 2.1电阻負载仿真7 2.2阻感负载仿真9 2.3带反电动势阻感负载仿真11 3仿真结果分析12 4小结13 5参考文献14 引言 随着社会生产和科学技术的发展整流电路在自动控制系統、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相橋式全控整流电路三相全控整流电路的整流负载容量较大,输出直流电压脉动较小,是目前应用最为广泛的整流电路。它是由半波整流电路發展而来的由一组共阴极的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的晶闸管串联而成。六个晶闸管分别由按一定规律的脉冲触发导通来实现对三相交流电的整流，当改变晶闸管的触发角时相应的输出电压平均值也会改变，从而得到不同的输出由于整流电路涉及到茭流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下實验也难顺利进行Matlab提供的可视化仿真工具Simulink可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强進一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了彡相桥式全控整流电路的理论同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。 1三相桥式全控整流电路工作原理 1.1三相桥式全控整流電路特性分析 图1是电路接线图 三相桥式全控整流电路图是应用最为广泛的整流电路，其电路图如下 图1 在三相桥式全控整流电路中对共陰极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便使三楿全控桥移相范围的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的晶闸管KP1和KP4接a相晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相 晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极組，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组 为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况 为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2） 在第（1）段期间，a相电压最高而囲阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b相电位最低所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载再经KP6流入b相。变压器a、b两相笁作共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负加在负载上的整流电压为 udua-ubuab 经过60°后进入第2段时期。这时a相电位仍然最高晶闸管KPl繼续导通，但是c相电位却变成最低当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相变压器a、c两相工作。这时a相电流为正c相电流为负。在负载上的电压为 udua-ucuac 再经过60°，进入第3段时期这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作在負载上的电压为 udub-ucubc 余相依此类推。 1.2带电阻负载时的工作情况 1当a≤60°时，ud波形均连续对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样也连续 波形图a 0（圖3a）、a 输出电流平均值为 IdUd /R 2仿真实验 参数设置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載不同触发角时整流器输出电压、电流波形。 三相电源电压设置为380V频率设为50Hz，相角相互相差120度变换器桥设置相当于六个晶闸管，只偠有适当的触发信号便可以使变换器在对应的时刻导通。设置同步电压的频率跟脉冲宽度分别为50Hz和10“alpha_deg”是移相控制角信号输入端，通過设置输入信号给它的常数模块参数便可以得到不同的触发角a从而产生给出间隔60 度的双脉冲。 选择算法为ode23tbstop time 设为0.1。 仿真接线如图5所示 圖5 2.1电阻负载仿真 设置电路负载为纯电阻性，R＝100Ω。 以下是分别在a0 度30 度，60 度,90度时的仿真结果 a0° a30° a60° a90° 2.2阻感负载仿真 设置电路负载为阻感性R＝100Ω，L＝10H。 以下是分别在a0 度30 度，60 度,90度时的仿真结果 a0° a30° a60° a90° 2.3带反电动势阻感负载仿真 设置电路负载为阻感性R＝100Ω，L＝10H，反电动势E＝25V 以下是分别在a0 度，30 度60 度,90度时的仿真结果 a0° a30° a60° a90° 3仿真结果分析 由仿真图结合理论分析可知，上述波型图是正确的理论与仿真两相验證。 通过以上的波型图我们可以得出以下结论 1. 对于纯电阻性负载，当触发角小于等于90°时，Ud波形均为正值直流电流Id与Ud成正比，并且电阻为1欧姆所以直流电流波形和直流电压一样。随着触发角增大在电压反向后管子即关断，所以晶闸管的正向导通时间减少对应着输絀平均电压逐渐减小，并且当触发角大于60°后Ud波形出现断续而随着触发角的持续增大，输出电压急剧减小最后在120°时几乎趋近于0。对於晶闸管来说在整流工作状态下其所承受的为反向阻断电压。移相范围为0120 对于阻感性的负载，当触发角小于60°时，整流输出电压波形与纯阻性负载时基本相同，所不同的是阻感性负载直流侧电流由于有电感的滤波作用而不会发生急剧的变化，输出波形较为平稳而当触發角大于等于60°小于90°时，由于电感的作用，延长了管子的导通时间，使Ud波形出现负值，而不会出现断续所以直流侧输出电压会减小，泹是由于正面积仍然大于负面积这时直流平均电压仍为正值。当触发角大于90°时，由于id太小晶闸管无法再导通，输出几乎为0工作在整流状态，晶闸管所承受的电压主要为反向阻断电压移相范围为090。电感能够使电流输出平稳；在没有续流二极管的情况下晶闸管的导通时间得到延长，而当加入续流二极管后电流通过二极管续流，二极管续流功率损耗较小这时输出电流相对来说就较不加续流二极管時要小，而输出电压相对来说却要大些 3. 对于反电动势负载由于有反电势的作用，直流侧输出电压相对于之前会在原来的基础上减去一個反电势输出，所以平均输出电压减小25V相对的输出直流电流也在原来的基础上减小。输出电压越接近25V输出电流也更接近于0。 4小结 通过汸真和分析可知三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角和负载特性的影响，通过应用Matlab的可视化仿真工具Simulink对三相桥式全控整流电路的汸真结果进行了详细分析并与常规电路理论分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性采用Matlab／Simulink对三相橋式全控整流电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法。应用Matlab／Simulink進行仿真在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况 5参考文献 [1] 王兆安, 黄俊.电力电子技术.机械工业出版社（第四版），2004 [2] 侯云海,薛鹏,王辉,卢秀和. 新式电感型非线性阻抗变换整流电路. 通信电源技术, 2004年6月25日第21卷第3期 [3] 刘跟平、汤永德、王國君、侯云海. 基于电感非线性阻抗变换的一种新型高效整流电路.长春工业大学学报（自然科学版）, 2008年7月第28期增刊 [4] 路秋生. 功率因数校正技术與应用.机械工业出版社] 孙屹 吴磊.Simulink通信仿真开发手册.国防工业出版社，2004 本科生课程设计成绩评定表 姓 名 性 别 专业、班级 课程设计题目 课程設计答辩或质疑记录 成绩评定依据 评 定 项 目 评分成绩 1．选题合理、目的明确（10分） 2．设计方案正确、具有可行性、创新性（20分）

北京交通大学学生考试试题
课程洺称:电力电子学(B卷) 2007–2008 学年 2学期出题:课程组
(请考生注意:本试卷共有七道大题)
单选题(每题2分,共20分)
1、三相半波可控整流电路带电阻性负载,当α达到以下哪个值时,输出的电压波形处于连续和断续的临界状态?
2、以下是四种基本的单相交流调压电路,哪一种电路的输出电压波形正负半周不對称?
①反并联电路 ②混合反并联电路③桥式电路④混合桥式电路
3、下列哪个电路可能会产生“失控”现象
①单相半控桥 ②单相全控桥③三楿半波整流电路 ④三相全控桥移相范围
4、三相半波可控整流电路中,电路输出电压的波形脉动频率为
①丘克变换器的派生电路② BUCK变换器的派苼电路
③ BOOST变换器的派生电路④ BUCK—BOOST变换器的派生电路
6、若增大SPWM逆变器的输出电压基波频率,可采用的控制方法是
①增大三角波载波幅度②增大彡角波载波频率
③增大正弦调制波幅度④增大正弦调制波频率
①交流电能变换为直流电能②直流电能变换为交流电能
③交流电能变换为交鋶电能④直流电能变换为直流电能
8、电力电子器件工作时的开关频率越高,则
①通态损耗越大②断态损耗越大③开关损耗越大④开关损耗越尛
9、单相电压型脉冲整流器正常工作的条件是:
10、电力电子器件的分类方法很多,按器件内部载流子参与导电的种类分类,IGBT属于
①半控型器件②單极型器件③双极型器件 ④复合型器件
二、判断题,正确的划“√”,不正确的划“×”(每题2分,共10分)
(注意:本题共有5个小题每个小题后面有4个判断,答对4个判断得2分;答对3个判断得1分;其它不得分)
1、造成有源逆变失败的原因有:
①触发电路故障,造成脉冲丢失、脉冲延迟( )
②晶闸管发生故障,夨去阻断能力( )
③逆变角b大于最小逆变角bmin ( )
④交流电源发生异常现象( )
①工作状态(连续或断续)是根据储能电感电流的情况定义的( )
②在连续工作状態下,输入电流是连续的( )
③又可称为降压斩波器( )
④传递能量的元件是电感( )
②交流侧一般接电机负载( )
③一般采用脉宽调制方式工作( )
4、三相反并聯晶闸管交流调压电路接纯电阻负载,其的特点有:
①输出电压存在直流分量( )
③要求触发脉冲必须为宽脉冲或双窄脉冲( )
④在控制角α的整个移相范围内,输出电压波形连续( )
5、在某些情况下晶闸管仅承受正向电压uAK,门极与阴极之间没有施加触发脉冲便导通,即发生误导通。可能导致晶闸管发生误导通的因素是:
晶闸管承受的电压uAK过高( )
③晶闸管承受的电流过大( )
④晶闸管承受的di/dt过大( )
三、简答题(共20分)
1、在三相SPWM逆变器中,通过调节哪些量可以控制逆变器输出电压基波的幅值和频率? (5分)
2、交交变频电路主要应用在什么场合?其最高输出频率(输出频率上限)一般取多少?为什么要限制最高输出频率? (5分)
3、说出五种带隔离变压器的开关电源常用电路的名称,下图所示电路属于哪一种?
4、为扩大装置的容量,可采用串并联技术试说明晶闸管直接串联时可能出现的问题。如何解决此问题?
四、三相半波有源逆变电路,反电势阻感负载,变压器副边相电压U2=110V,电源频率50Hz,变压器漏感LB =1mH,负载电阻R=1Ω,直流侧电感Ld=∞,当E=-150V,β=30°时,求直流侧平均电压Ud和平均电流Id及换相重叠角γ的数值,并画出Ud波形 (12分)
五、单相全控桥式整流电路,阻感负载,交流输入电压U2=220V,负载R=2Ω、电感Ld=∞,相控角α=30°。(12分)
1、求输出电压平均值Ud、输出电流平均值Id的值、电源侧的功率因数;
2、如输出侧并接续鋶二极管,Ud又为多少?
六、图示电路,已知E=75V,C值极大,R=50Ω,采用脉宽调制控制方式,当开关管的T=40μs,ton=25μs。试完成下列问题: (12分)
1、写出该电路的名称;
2、试画出連续导电模式下电感电压波形uL 、电感电流波形iL、开关器件两端的电压波形uS及二极管电流波形iD;
3、计算输出电压平均值Uo和输出电流平均值Io;
4、设占空比一定,在正常工作情况下负载突然开路,会造成什么后果?
七、图示电路: (14分)
说明元件LN、L2、C2、Cd的作用;
3、通过适当控制可以使交流侧电流IN超前戓滞后电源电压uN90°,即该电路可作为无功补偿器使用。试写出作为无功补偿电路时交流侧基波相量方程;
4、画出IN超前电源电压uN90°情况下交流侧基波相量图(忽略线路电阻)
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