三相半波整流电路电力电子技术报告

电气2012级卓班电力电子技术与电力

系统分析课程实训报告

评语： 考 勤 （10） 守 纪 （10） 实习报告 （20） 实训过程 （20） 实训报告（30分） 小组答辩 （10） 总成绩 （100）

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1201 姓 名： 武金甲 学 号： 201209621 指导教师： 张蕊萍

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2014 年12月 15日

（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告

1 电力电子技术实训报告

1.1 实训题目

1.1.1电力电子技术实训题目1

1）三相半波整流与有源逆变电路

参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下： （1）交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。 （2）晶闸管的参数设置如下：

R=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=500Ω，Cs=250e-9F （3）负载的参数设置

RLC串联环节中的R对应Rd，L对应Ld，其负载根据类型不同做不同的调整。

（4）完成以下任务：

①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的Rd= Ω，电感Ld=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压Ud，负载电流Ld和晶闸管两端电压Uvt1的波形。

②仿真绘出阻感性负载下（负载Rd=Ω，电感Ld为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压Ud，负载电流Ld和晶闸管两端电压Uvt1的波形。

③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压Ud，负载电流Ld和晶闸管两端电压Uvt1的波形，注意反电动势E的极性。 （5）结合仿真结果回答以下问题：

①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异? ②在MATLAB/Simulink环境下仿真如何设置控制角？

1.1.2 仿真思路分析

1）三相半波整流电路

晶闸管和负载参数给定，主要是设置脉冲发生器模块的参数，题中给定交流电压源的频率为25Hz，则脉冲模块的周期等于交流电源周期为0.04s，脉冲宽度设置为脉冲宽度的50%，脉冲高度为1。

由于三项半波整流电路的移相角α零位定在三相交流电压的自然换相点，所以在计算延迟角时，还必须增加30°相位。且对于电阻性负载α∈(0°，150°)，对于

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阻感性负载α∈(0°，90°)，在电源频率为25Hz时，由公式(30°+α)/360°×0.04s，即一角度对应的延迟时间为0.0033s。另外，两个脉冲模块之间依次相差120°，对应的时间为0.0132s。以下是不同的移相角对应的脉冲触发角。

α=00°时,Pulse1=0.0033s，Pulse2=0.0166s，Pulse3=0.0300s。 α=30°时,Pulse1=0.0066s，Pulse2=0.0200s，Pulse3=0.0333s。 α=60°时,Pulse1=0.0100s，Pulse2=0.0233s，Pulse3=0.0366s。 α=90°时,Pulse1=0.0133s，Pulse2=0.0266s，Pulse3=0.0400s。 α=120°时,Pulse1=0.0166s，Pulse2=0.0300s，Pulse3=0.0433s。 α=150°时,Pulse1=0.0200s，Pulse2=0.0333s，Pulse3=0.0466s。 相对误差设置为0.001v，开始仿真时间为0，停止仿真时间为0.1。 2）三相有源逆变电路

三相有源逆变电路的设置基本和三相半波整流电路相同，反电动势E设置为120V，且要求晶闸管的控制角α>90°,Ud<0，直流电动势的极性和晶闸管的导通方向一致，其值大于变流器直流侧的平均电压即|Ed|>|Ud|。

1.1.3 电路原理图及MATLAB/Simulink环境下仿真模型

1）三相半波整流电路系统模型图如图1所示。

图1 三相半波整流电路系统模型图

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2）三相有源逆变电路系统模型图如图2所示。

图2 三相有源逆变电路系统模型图

2.1 题目一 2.1.1 题目

题目：单相交流—交流变换电路

1）单相交流调压电路

（1）带电阻性负载的单相交流调压电路仿真

首先绘制单相交流调压电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。 参数设置：

①交流电压源的参数设置

交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：50Hz ②晶闸管的参数设置

Rn =0.001Ω，Lon =0H，Vf =0.8，Rs =500Ω，Cs=3.0e-7F ③负载的参数设置（RLC串联环节） R =100~500Ω，L=0H，C=inf

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④脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置

取=0°和30°（或45°、60°）分别设置Pulse模块参数（自己考虑）。 ⑤仿真时间和误差参数设置 设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间； 开始仿真时间：0；

结束仿真时间：0.1~0.2之间（即5~10个电源周期）； ⑥完成以下任务：

仿真绘制出不同值时的负载电压、负载电流、流过某只晶闸管电流、晶闸管端电压以及某只晶闸管上的触发信号的波形。 （2）带阻感性负载的单相交流调压电路仿真

首先绘制单相交流调压电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。 参数设置：

①交流电压源的参数设置

交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：50Hz ②晶闸管的参数设置

Rn =0.001Ω，Lon =0H，Vf =0.8，Rs =500Ω，Cs=3.0e-7F ③负载的参数设置（RLC串联环节） R =100~500Ω，L=0.1~0.2H，C=inf ④脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置

取=0°和30°及=φ（或=45°、60°）分别设置Pulse模块参数（自己考虑）。 ⑤仿真时间和误差参数设置 设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间； 开始仿真时间：0；

结束仿真时间：0.1~0.2s之间（即5~10个电源周期）； ⑥完成以下任务：

仿真绘制出不同值时的负载电压、负载电流、流过某只晶闸管电流、晶闸管端电压以及某只晶闸管上的触发信号的波形。 2）单相交流调功电路

（1）带电阻性负载的单相交流调功电路仿真

首先绘制单相交流调功电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。

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参数设置：

①交流电压源的参数设置

交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：100Hz ②晶闸管的参数设置

Rn =0.001Ω，Lon =0H，Vf =0.8，Rs =500Ω，Cs=3.0e-7F ③负载的参数设置（RLC串联环节） R =100~500Ω，L=0H，C=inf

④脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置

取调功电路占空比分别为0.25和0.5，自行设置Pulse模块参数。 ⑤仿真时间和误差参数设置 设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间； 开始仿真时间：0；

结束仿真时间：0.1~0.2之间（即10~20个电源周期）； ⑥完成以下任务：

仿真绘制出不同占空比时的负载电压、流过某只晶闸管电流、晶闸管端电压以 及某只晶闸管上的触发信号的波形。 （2）分析并回答

①交流调压与交流调功的电路结构是否相同，控制方式有何不同？ ②两者对脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置有何不同？ 3）单相斩控式交流调压电路

首先绘制电阻性负载单相交流调压电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。 参数设置：

交流电压源的参数设置

①交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：50Hz ②负载的参数设置（RLC串联环节） R =100~300Ω，L=0H，C=inf

③脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置

取触发信号的脉冲宽度为20%和50%，分别设置Pulse模块参数（自己考虑）。 ④仿真时间和误差参数设置 设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间； 开始仿真时间：0；

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结束仿真时间：0.1~0.2之间（即5~10个电源周期）； ⑤完成以下任务：

仿真出触发信号的脉冲宽度为20%和50%时的电源电压、负载电压、负载电流、流过某只IGBT的电流、IGBT端电压以及IGBT上的触发信号的波形。 （2）分析并回答

①比较斩控式交流调压电路与相控交流调压电路的功率因数有何不同？ ②两者对脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置有何不同？

2.1.2 仿真思路分析

1）单相交流调压电路

所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周期内 通过控制晶闸管的开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。当为电阻负载时，电路图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源U1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的触发延迟角进行控制就可以调节输出电压。换言之，在仿真过程中设置晶闸管脉冲频率与电源频率相同，通过控制晶闸管脉冲的相位滞后角即可改变触发角α的大小从而调节输出电压。当为阻感负载时，由于电感的作用，使得其输出电压不仅与晶闸管的触发脉冲有关还与负载的阻抗角有关，但其控制方式与电阻负载时相同。

2）单相交流调功电路

交流调功电路和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式不同。交流调功电路不是在每个交流电源周期都通过触发延迟角α对输出电压波形进行控制，而是将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。因此，在仿真过程中，需要设置晶闸管触发脉冲的周期为电源周期的N倍，通过调节脉冲宽度来改变负载与交流电源接通和断开的周波数。

3）单相斩控式交流调压电路

一般采用全控型器件作为开关器件，其基本原理和直流斩波电路类似，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。在交流电源的正半周，用V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；在负半周，用V2进行斩波控制，用V4给负载电流提供续流通道。设斩波器件V1、V2的导通时间为ton，开关周期为T，则导通比为α=ton/T，和直流斩波电路一样，通过改变α来调节输出电压U0。因此，在仿真过程中，需要设置晶闸管触发脉冲

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的周期为电源周期的1/N倍，然后根据题目要求设置脉冲宽度即可得出题目所需波形。

在仿真中，交流电源频率为50Hz，设置脉冲周期为0.001s，宽度为脉冲宽度的50%，高度为1。

2.1.3 电路原理图及MATLAB/Simulink环境下仿真模型

1）单相交流调压电路原理图及仿真模型

（1）带电阻性负载的单相交流调压电路原理图如图3所示，仿真模型如图4所示。

图3 带电阻性负载的单相交流调压电路原理图

图4 带电阻性负载的单相交流调压电路仿真模型

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（2）带阻感性负载的单相交流调压电路原理图如图5所示，仿真模型如图6所示。

图5 带阻感性负载的单相交流调压电路原理图

图6 带阻感性负载的单相交流调压电路仿真模型

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2）单相交流调功电路原理图及仿真模型

单相交流调功电路原理图如图7所示，仿真模型如图8所示。

图7 单相交流调功电路原理图

图8 单相交流调功电路仿真模型

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3）单相斩控式交流调压电路原理图及仿真模型

单相斩控式交流调压电路原理图如图9所示，仿真模型如图10所示。

图9 单相斩控式交流调压电路原理图

图8 单相斩控式交流调压电路仿真模型

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