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1、 摘 要整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器组成。它在直流电机的调速、发电机的激励调节电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路主要有主电路、滤波器、变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路和负载之间，用于滤除波动直流电压中的交流部分。变压器设置与否视情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路间的电隔离。整流电路的种类有很多，半波整流电路、单项桥式半控整流电路、单项桥式全控整流电路、三项桥式半控整流电路、三项桥式全控整流电路。关键词：整流、变压、触发、电感 Ab
2、stractThe ac power rectifier circuit is converted to dc can circuit. Most rectifier circuit by transformer, rectifier main circuit and filter composition. It in dc motorspeecontrol,generatorincentive regulation electrolysis, electroplating and otherareas to be widely applied. Main rectifier circuit
3、are main circuit, filter, transformers group. Since 1970s, main circumulti-purpose silicon rectifier diode and brake canal composition. Filters connect up the main circuit and load between, used tofilteroutthefluctuation of exchange dc voltage part. Transformer Settings or not depends. The role of t
4、ransformer is to realize dc and ac input voltage output voltage between matching, and exchange network with rectifier circuit between electrical isolation. There are many kinds of rectifier circuit, half wave rectifier circuit, single bridge type half accused of rectifier circuit, single bridge type
5、 all control the rectifier circuit, three bridge type half accused of rectifier circuit, three bridge type all control the rectifier circuit. Keywords: rectifier, variable pressure, triggering, inductance 前 言在电力系统中，电压和电流应是完好的正弦波但是在实际的电力系统中，由于非线性负载的影响，实际的电网电压和电流波形总是存在不同程度的畸变，给电力输配电系统及附近的其它电气设备带来许多问题，
6、因而就有必要采取措施限制其对电网和其它设备的影响。随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛，大量的非线性负载被引入电网，导致了日趋严重的谐波污染电网谐波污染的根本原因在于电力电子装置的开关工作方式，引起网侧电流、电压波形的严重畸变目前，随着功率半导体器件研制与生产水平的不断提高，各种新型电力电子变流装置不断涌现，特别是用于交流电机凋速传动的变频器性能的逐步完善，为工业领域节能和改善生产工艺提供了十分广阔的应用前景相关资料表明，电力电子装置生产量在未来的十年中将以每年不低于10的速度递增，同时，由这类装置所产生的高谐谐波约占总谐波源的70
7、以上。在我国，当前主要的谐波源主要是一些整流设备，如化工、冶金行业的整流设备和各种凋速、调压设备以及电力机车。传统的整流方式通常采用二极管整流或相控整流方式，采用二极管整流方式的整流器存在从电网吸取畸变电流，造成电网的谐波污染，而且直流侧能量无法回馈电网等缺点。采用相控方式的整流器也存在深度相控下交流侧功率因数很低，因换流引起电网电压波形畸变等缺点。这些整流器从电网汲取电流的非线性特征，给周围用电设备和公用电网都会带来不利影响。为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流和电压同相位这种整流器称为高功率因数变流器或高功率因数整流器高功率因数
8、变流器主要采用PWM整流技术，一般需要使用自关断器件。对电流型整流器，可直接对各个电力半导休器件的通断进行PWM调制，使输入电流成为撸近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1的功率因数。对电压型整流器，需要将整流器通过电抗器与电源相连。只要对整流器各开关器件施以适当的PWM控制，就可以对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可实现交流电流接近正弦波，而且可使交流电流的相位与电源电压同相，即系统的功率因数总是掺近于1本文主要对与PWM整流器相关的功率开关器件、主电路拓扑结构和控制方式等进行详细说明，在此基础上时PWM整流技术的发展方向加以探讨。 第一章 三项桥式全控整流电路三相半
9、波可控整流的变压器存在直流磁化的问题，造成变压器发热和利用率下降。三相全控桥式整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来，它可看作是三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT4，VT6，VT2)的串联组合1.1电阻性负载1. 工作原理三相全控整流电路中共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和共阳极接法(VT4，VT6，VT2)的控制角分别与三相半波可控整流电路共阴极接法和共阳极接法相同。在一个周期内，晶闸管的导通顺序为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大，电感对电流变化有抗拒作用。流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电
10、动势Li，它的极性事阻止电流变化的。当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小。电感的这种作用使得电流波形变得平直，电感无穷大时趋于一条平直的直线。为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60o，如图所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1VT2VT3VT4VT5VT6三相桥式全控整流电路电阻负载=0o时晶闸管工作情时 段共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc
11、=uacub- uc=ubcub- ua=ubauc- ua=ucauc-ub=ucb三项桥式全控整流电路带电阻负载=0 时的波形从上述分析可以总结出三相全控桥式整流电路的工作特点：(1) 任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形成电流通路。(2) 共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5，按相序依次触发导通，相位相差120，共阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6，相位相差120，同一相的晶闸管相位相差180。每个晶闸管导通角120；(3) 输出电压ud由六段线电压组成，每周期脉动六次，每周期脉动频率为300HZ。(4) 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，它只与晶闸管导通情况有关，其波形
12、由3段组成：一段为零(忽略导通时的压降)，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。(5) 变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的利用率。 (6) 对触发脉冲宽度的要求：整流桥开始工作时以及电流中断后，要使电路正常工作，需保证应同时导通的2个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：一种是宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60(一般为80100)，另一种是双窄脉冲触发，即触发一个晶闸管时，向小一个序号的晶闸管补发脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以多采用双窄脉冲触发。电阻性负载60时的ud波形连续，60时ud波形断续。=120时，
13、输出电压为零Ud=0，因此三相全控桥式整流电路电阻性负载移相范围为0120。可以看出，晶闸管元件两端承受的最大正反向电压是变压器二次线电压的峰值 1.2 电感性负载1.工作原理n 当60时电感性负载的工作情况与电阻负载时相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样；区别在于由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 n 60时电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同，由于负载电感感应电势的作用，ud波形会出现负的部分。图为带电感性负载=90时的波形，可以看出，=90时，ud波形上下对称，平均值为零，因此带电感性
14、负载三相桥式全控整流电路的角移相范围为90。 三项桥式全控整流电路带阻感负载=0 时的波形第二章 MATLAB 介绍2.1 MATLAB 介绍 MATLAB 是一种科学计算软件。MATLAB 是 Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，这是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的 MATLAB 主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教学和科学研究的常用软件。MATLAB 由美国 Mathworks 公司于 1
15、984 年开始推出，历经升级，到 2001 年已经有了 60 版，现在 MATLAB 6.5、7.1、7.8版都已相继面世。早期的 MATLAB 在 DOS 环境下运行，1990 年推出了Windows 版本。1993年，Mathworks 公司又推出了MATLAB 的微机版,充分支持在 MicrosoftWindows 界面下的编程，它的功能越来越强大，在科技和工程界广为传播，是各种科学计算软件中用频率最高的软件。1993 年出现了 SIMULINK，这是基于框图的仿真平台，SIMULINK 挂接在 MATLAB 环境上，以 MATLAB 的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算
16、。SIMULINK 提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大便利。在 SIMULINK平台上，拖拉和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模型框图，并对模型进行仿真。在 SIMULINK 平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在 MATLAB 窗口使用 MATLAB 命令和函数仿真时,需要熟悉记忆大量 M 函数的麻烦，对广大工程技术人员来说，这无疑是最好的福音。现在的 MATLAB都同时捆绑了 SIMULINK，SIMULINK 的版本也在不断地升级，从 1993 年的 MATLAB 40SIMULINK 10 版到 2001 年的 MATLAB 61SIM
17、ULINK 41 版，2002 年即推出了 MATLAB 65 SIMULINK 50 版。MATLAB 已经不再是单纯的矩阵实验室了，它已经成为一个高级计算和仿真平台。 SIMULINK 原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中易编程、易拓展，并且可以解决 MATLAB 不易解决的非线性、变系数等问题。它能支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离散混合系统的仿真，也支持线性和非线性系统的仿真，并且支持多种采样频率(Multirate)统的仿真,也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。因此，各科学领域根据自己的仿真需要，以 MATLAB 为基础，开发了大
18、量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式都放人 SIMULINK 中，形成了模块库。SIMULINK 的模块库实际上就是用 MATLAB 基本语句编写的子程序集。现在 SIMULINK 模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了 SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具箱(DSPBlocks)、通信 系 统 工 具 箱 (Comm) 等 也 并 行 列 入 模 块 库 的 一 级 子 目 录 ， 逐 级 打 开 模 块 库 浏 览 器 (SIMULINKLibraryBrowser)的目录，就可以看到这些模块。从 SIMULINK41 版开始
19、，有了电力系统模块库(Power System Blockset)，该模块库主要由加拿大 HydroQuebec 和 TECSIMInternational 公司共同开发。在 SIMULINK 环境下用电力系统模块库的模块，可以方便地进行 RLC 电路、电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。本书中电力电子电路的仿真就是在 MATLABSIMULINK 环境下，主要使用电力系统模块库和 SIMULINK两个模块库进行。通过电力电子电路的仿真，不仅展示了 MATLABSIMULINK 的强大功能，并且可以学习控制系统仿真的方法和技巧，研究电路的原理和性能。2.2 MATLAB 环境 在桌面上
20、双击 MATLAB 快捷方式图标，或者在开始菜单里点击 MATLAB 的选项，即可进入MATLAB 环境。进入 MATLAB 环境，即打开了 MATLAB 窗口(见图 1-3)。环境包括 MATLAB 标题栏、主菜单栏和常用工具栏。在默认显示状态时，在工具栏下有三个子窗口，左边上方窗口显示MATLAB 联机说明书目录或工作间的内容，两者可以通过子窗口下方的 Launch Pad 和 Workspace 键切换。左边下方窗口将显示已执行的命令(Command History)。右方窗口是 MATLAB 的命令子窗口,这是 MATLAB 的主要工作窗口，在这个窗口中，在提示符后逐行输入 MATLA
21、B 命令，回车后，命令就能立即得到执行。第三章 三相桥式整流电路仿真模型建立和参数设置3.1三相桥式全控整流电路的分析 工业上广泛应用的三相桥式全控整流电路，是由两组三相半波可控整流电路串联而成的，一组为共阳极接线，一组为共阴极接线，它实际上是共阳极端的二极管换成晶闸管而得到的，VT1、VT3、VT5三个晶闸管由于阴极接到一块，所以称为共阴极组，VT4、VT2、VT6三个晶闸管的阳极接到一块，所以称为共阳极组。通常变压器采用Dy接法。其完成的功能是三相交流电源通过三相可控整流桥臂转换成为平均值可以控制改变的直流电源，而平均值的大小改变是通过同步六相脉冲触发器控制三组晶闸管的控制角的大小来实现的
22、。同时电路的输出情况与负载的性能有关。3.2三相桥式整流电路的仿真带阻感性负载的仿真 启动MATLAB7.1，进入SIMLINK后新建文档，根据晶闸管三相桥式整流电路的结构，在模型窗口建立主电路仿真模型，绘制加入同步装置和脉冲触发器等的三相桥式整流系统模型如图所示。双击各模块，在建立的对话框内设置相应的参数。图 三相桥式系统模型整流（1） 交流电压源的参数设置 三相电源的相位互差120，设置交流峰值电压为220V，频率为50HZ。（2） 负载参数的设置 R=10欧姆，L=10mh, C=inf (3) 通用桥臂参数的设置仿真模块的功能通用变换器桥模块是由6个功率开关元件组成的桥式通用三相变换器
23、模块。功率电子元件的类别和变换器的结构可以通过对话框进行选择。功率电子元件和变换器的类型有diode桥、thyristor桥、mosfet-diode桥、igbt-diode桥、ideal-switch桥，桥的结构有单相、两相和三相。仿真模块的图标、输入和输出该模块有4个输入端子和2个输出端子，其功能如下：A、B、C端子：分别为三相交流电源的相电压输入端子，它取决于所选择变换器桥的结构。当A、B、C被选择为输入端时，则直流DC（+，-）端就是输出。当A、B、C被选择为输出端时，则直流DC（+，-）端就是输入。Pulse端子：此端子为触发脉冲输入端子，它可以接受来自外部模块的触发信号。+、-端子
24、：分别为整流器的输出和输入端子，在建模时需要构成回路。通用桥壁仿真模块参数打开通用变换器桥参数设置对话框如图所示;各参数设置如下：Number OF BRIDGE ARMS：桥臂数量，选择为3。PORT CONFIGU：端口形式，A、B、C作为输入，则+、-作为输出。 RS：为缓冲电阻，其作用时为了消除缓冲电路，将RS参数设为1e5。CS：为缓冲电容，单位是F，为消除缓冲电路，将其设置为0；如果为了得到纯电阻则要将其参数设置为inf。POWER ELECTRONIC DEVICE：电力电子装置，改参数设置为晶闸管，即为THYRISRTOR。RON：为晶闸管的内电阻，将其参数设置为1e-3。LO
25、N：为晶闸管的内电感，将其参数设置为0。FORWARD VOLTAGE：为晶闸管的正向压降，将其改参数设为0。MEASUREMENT：测量可以选择5种形式，即为：NONE（无）、DV（电压装置）DC（电流装置）、UAB UBC UCA UDC (三相线电压与输出平均电压)，通过选择后需要用万用表模块显示。 图 通用桥臂模块参数设置（4）同步脉冲触发器 同步脉冲触发器模块用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给双脉冲，双脉冲间隔为60度。触发器输出的16好脉冲依次送给三相全控整流桥对应标号的6个晶闸管。如果三相整流桥模块使用SIMPOWERSYSTERMS工具箱中的电力电子库中
26、的通用整流桥臂模块，则同步6脉冲器的输出直接和三相整流桥的脉冲输入端相连。 同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两个部分，6脉冲触发器模型是通过附加控制模块(EXTRAS CONTROL BIOCKS)中的控制模块(CONTROL BLOCKS)库中的6脉冲同步触发器（SYNCHRONIZED 6-PULSE GENERATOR）来实现的，它包括5个输入端和1个输出端，各部分功能如下所示，其6脉冲触发器模型如图所示;Alpha_deg:此端子为移相控制角信号的输入端，单位是度。 AB、BC、CA：三相电源的三线电压输入，同步线电压就是整流桥的三相交流电压的线电压。 BLOCK：触发器控制端
27、，输入为0时，开放触发器，输入大于0时，则锁存触发器。故用于与触发器模块的开通与封锁操作。 PLUSE：6脉冲输出信号。 同步6脉冲触发器参数设置对话框如图所示；将6脉冲同步触发器拖曳到模型窗口，双击该模块，打开BLOCK PARAMETERS：SYNCHRONIZED 6-PULSE GENERATOR对话框，如图所示； 图同步六相脉冲触发器参数设置模块参数如下： FREQUENCY OF SYNCHRONIZED VOLTAGES：同步电压频率，单位是赫兹。 PULSE WIDTH(DEGREES)：触发脉冲宽度（角度），单位是度（）。 DOUBLE PULSING：双脉冲触发选择。在该对
28、话框内设置同步电压的频率为50HZ，脉冲宽度为10度，如“DOUBLEPULSING”触发器就能给出间隔60度的双脉冲。 Alpha_deg为30度双6脉冲同步触发器输入输出信号如图5所示。 同步电源是将三相电压源的相电压转换成线电压，从而实现6脉冲电压同步。三电压具体实现是通过MEASUREMENTS库中的VOLTAGE MEASUREMENTS（电压测量模块电压测量模块可以将电路中两个节点的电压值，并提供其他电路或者用于输出脉冲同步触发器具体的电气连接 (5) 常数模块参数的设置常数模块的图标如图所示；其参数对话框如图所示； 该模块只有一个输出端，所以只要改变参数对话框的数值的大小，即可改
29、变触发信号的控制角。3.3 仿真设置及仿真结果 打开仿真/参数窗口，选择ODE23S仿真算法，仿真时间为00.05S，将相误差设置为1e-3(1*10-3)，开始仿真时间为0，停止时间为0.02。其它参数为默认值。在负载选择R=10欧姆,L=10mh是进行仿真。当移相控制角从0120变化时整流器输入的a& ib& ic,负载电压VD，负载电流ID，同步脉冲触发器输出的脉冲；如图4-7所示仿真波形验证了波形分析的正确性。图4-7 仿真参数设置3.4 带阻感性负载三相桥式全控整流电路的仿真分析 一、波形分析：（如图所示）图 a=0时晶闸管三相桥式整流变量输出波形 图 a=30时晶闸管三相桥式整流变
30、量输出波形图 a=60时晶闸管三相桥式整流变量输出波形图为a=30时带阻感性负载的波形，如果假定负载中的电感足够大，负载电流保持连续且基本平直（近似为一条直线），电路已处于稳态。可以看出，各晶闸管的通断情况，Ud波形以及晶闸管所承受的电压波形同电阻负载是一样。二者的区别在于，在阻感性是，由于电感的作用，使得负载电流保持连续且基本平直。因此流过变压器二次绕组的电流波形在顶部基本都是平直的这和电阻性负载是不一样。 当触发角a改变时，电路的工作情况也将会发生变化，如图10给出a=60是电路的波形。如图给出的a=90时的电路波形可以看出：（1）在一个电源周期中，UD任由六段线电压组成，各晶闸管导通的顺
31、序以及输出电压情况任符合表2的规律。时段IIIIIIIVVVI共阴极组的导通晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阴极组的导通晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压UdUabUacUbcUbaUcaUcb（2）随着a 的增大，UD的波形的面积在减小，说明输出电压平均值在减小。当a增大到90时，UD的波形的面积为0，说明输出电压平均值UD也为0.可见在阻感性负载时三相桥式全控整流电路的移相范围090。（3）负载中的电感足够大时，负载中的电流保持连续且基本平直。总之其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必
32、须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差23；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差，给分析带来了方便；当=0时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波
33、电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。在090之间负载电压、电流都是连续的。和理论的三相桥式整流电路的输出电压、电流波形相符合。3.5、纯电阻负载三相桥式全控整流电路的仿真波形 设计心得两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千
34、里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基通过这次整流电路设计，本人在多方面都有所提高。通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和实际知识进行一次设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了电力电子技术设计等课程所学的内容，掌握电力电子技术设计的方法和步骤，提高了计算能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出小组合作设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜
35、悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。致 谢在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。 参考文献1. 王兆安，电力电子技术M。北京：机械工业出版社，2009。2. 邢岩，王莉娜。电力电子技术基础M。北京：机械工业出版社，2008.103. 王兴贵，陈伟。现代电力电子技术M。北京：机械工业出版社，2010。4. 李传琦，电力电子技术计算机仿真实验M。北京：机械工业出版社，2006。5. 赵永键，电力电子器件及其应用M。北京：机械工业出版社，2000。附录（图1）（图2）（图3）（图4）（图5）
