鞏瑞春，馬蘭娟，付 軍

（包頭師范學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

1 三相橋式全控整流電路基本介紹

如圖1 所示，三相橋式全控整流電路主要由變壓器、負(fù)載以及六個晶閘管組成，，變壓器二次側(cè)接成星形，一次側(cè)接成三角形；晶閘管由于連接的極性不同可分為共陰極組和共陽極組，每組各三個晶閘管，即晶閘管VT1、VT3、VT5是共陰極組，晶閘管VT2、VT4、VT6是共陽極組，可將其看作兩個三相半波可控整流電路的串聯(lián)電路。在任意時刻，電路中必須有一個共陰極組和共陽極組的晶閘管導(dǎo)通才能形成回路，并且這兩個晶閘管不能再同一橋臂上，這樣可以避免電路短路[1]。

圖1 三相橋式全控整流電路原理圖

2 三相橋式全控整流電路Matlab/Simulink 仿真

傳統(tǒng)的“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)可改變的參數(shù)非常有限，示波器只能測試電壓波形，無法測試電流波形；只能做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法做設(shè)計(jì)型和綜合性實(shí)驗(yàn)。采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以滿足傳統(tǒng)的“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)的不足之處，達(dá)到了“以虛代實(shí)、以虛補(bǔ)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合、以虛驗(yàn)實(shí)”的目的。采用的MATLAB仿真軟件，可以做到許多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法做到的內(nèi)容。其Simulink 仿真模塊里擁有目前最先進(jìn)的各種電力電子器件模型，可供隨時調(diào)用；可以對電源、電阻、電感和電容的元器件進(jìn)行連續(xù)參數(shù)修改；一個示波器可同時檢測多路的電壓和電流信號，可把多個相關(guān)聯(lián)的信號在時間橫坐標(biāo)相同的情況下進(jìn)行對比分析[2-7]。

2.1 三相橋式全控整流電路Matlab/Simulink 仿真模型

下頁圖2 所示為三相橋式全控整流電路仿真模型圖，其主題電路結(jié)構(gòu)由三相電源、六個晶閘管組成的主電路和負(fù)載組成，其中六個晶閘管中的T1、T3、T5陰極連在一起，為共陰極組，T4、T6、T2陽極連在一起，為共陽極組。T1、T4連接點(diǎn)對應(yīng)a 相電源，T3、T6連接點(diǎn)對應(yīng)b 相電源，T5、T2連接點(diǎn)對應(yīng)c 相電源。晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)門1、T2、T3。

圖2 三相橋式全控整流電路仿真模型

從仿真模型圖中可以看出，本案例共檢測到三相電源相電壓、三相電源線電壓、輸出電壓、輸出電壓、輸出電流、流過電源電流、晶閘管兩端電壓、流過晶閘管電流共26 個信號；使用電壓表10 處、電流表4 處；使用示波器4 個，分別檢測10 路、4 路、9 路和6 路信號，個別信號根據(jù)需要有重疊。實(shí)驗(yàn)室里現(xiàn)有條件只有雙蹤示波器，最多同時檢測2 路信號，而且只能檢測電壓信號，不能檢測電流信號。

2.2 三相橋式全控整流電路Matlab/Simulink 仿真

下頁圖3 中，三個相電壓通過信號合成器合在一起，從左到右分別為ua、ub和uc；輸出電壓和六個線電壓通過信號合成器合成在一起，加粗鋸齒波包絡(luò)為uo，從左到右的六個線電壓正弦波分別為uab、uac、ubc、uba、uca、ucb。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了對比觀測相電壓和線電壓的關(guān)系并以線電壓為參照物，觀測輸出電壓波形的特點(diǎn)，觸發(fā)角是從各晶閘管的自然換相點(diǎn)開始算起的，使學(xué)生能夠通過讀圖來判斷觸發(fā)角的大小，同時可以看出來ud一周期脈動6 次，每次脈動的波形都一樣。

圖3 觸發(fā)角為30°時相電壓、線電壓及輸出電壓仿真波形圖

如圖4 觸發(fā)角為30°時的仿真波形圖中，從上到下檢測到的信號分別為輸出電壓、輸出電流、晶閘管T1電壓和電流。從波形圖中可以看出，輸出電流和輸出電壓波形相似，可以判斷為電阻性負(fù)載；晶閘管導(dǎo)通時電壓為管壓降，關(guān)斷時承受線電壓；晶閘管有電流，表示其導(dǎo)通，沒有電流表示其關(guān)斷，每管連續(xù)工作120 °。

圖4 觸發(fā)角為30°時輸出電壓、輸出電流、T1 電壓和T1 電流仿真波形圖

圖5 中，三相電源電流通過信號合成器合在一起，分別為ia、ib和ic；六個晶閘管電流通過信號合成器合成在一起，如圖標(biāo)記，從左到右分別為這樣設(shè)計(jì)的目的是為了對比觀測三相電源電流和六個晶閘管電流，觀測各個電流波形的特點(diǎn)。從仿真波形圖中可以看出，晶閘管T1、T4控制a相，且T1導(dǎo)通時a 相電流為正，T4導(dǎo)通時a 相電流為負(fù)；晶閘管T3、T6控制b 相，且T3導(dǎo)通時b 相電流為正，T6導(dǎo)通時b 相電流為負(fù)；晶閘管T5、T2控制c 相，且T3導(dǎo)通時c 相電流為正，T2導(dǎo)通時c 相電流為負(fù)。

圖5 觸發(fā)角為30°時三相電源電流、六個晶閘管電流仿真波形圖

除此之外，還有對六個晶閘管電壓的對比測量，輸出電壓平均值的測量等。

3 結(jié)論

通過對三相可控整流電路中電源電壓、輸出電壓和輸出電流的仿真測量，使學(xué)生會通過示波器波形圖對比讀出觸發(fā)角角度和判斷負(fù)載性質(zhì)等；通過對晶閘管上電壓和電流波形的測量，分析隨著控制電路觸發(fā)角的變化時各個功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷規(guī)律。通過測量輸出平均電壓的大小，熟練掌握不同類型和不同大小負(fù)載情況時可控整流電路的計(jì)算公式。

通過此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，能夠根據(jù)理論教學(xué)的內(nèi)容和要求，設(shè)置數(shù)量多、難度不同、內(nèi)容靈活的實(shí)驗(yàn)，更可以將理論教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)以形象直觀的圖形顯示。