整流逆变电路的原理与仿真

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1、三相整流及逆变电路仿真分析目录1 整流电路 31.1 整流电路概述 31.2三相半波可控整流电路 31.2.1电阻性负载 31.2.2阻感性负载 41.3三相桥式全控整流电路 51.3.1电阻性负载 51.3.2阻感性负载 61.3.3 UVT1 触发脉冲丢失 72 逆变电路 82.1.逆变电路概述 82.2三相有源逆变电路仿真分析 82.3 逆变失败 93 高压直流输电 103.1 十二脉冲桥式整流电路 103.1.1仿真分析 103.1.2频谱分析 103.1.3加滤波改善波形 113.2 闭环控制电路 113.2.1整流阶段 113.2.2逆变阶段 123.2简单直流输电系统 134 总

2、结与改进 14整流逆变电路分析与仿真摘要:本文以相控整流电路为研究对象，介绍了三相整流电路、逆变电路的工作原理， 基于 PSIM 软件搭建电路，分析了在几种常见的触发角下整流电路的工作情况，并以 12 脉冲整流电路为例，通过FFT比较了电路有无滤波两种情况输出电压谐波的的不同。通 过负反馈的闭环控制方式使得整流电路电压、电流更加平稳。通过两个三相桥搭建出了 十二脉动整流电路。最后综合了十二脉动整流、逆变电路，以及闭环控制对高压直流输 电进行了仿真，并尝试将复杂电路模块化。关键词：整流逆变电路; PSIM 仿真，十二脉动，高压直流输电，闭环控制1 整流电路1.1 整流电路概述电力变换的基本形式包

3、括整流（AC-DC）、逆变（DC-AC）、斩波（DC-DC）、交流电力 控制（AC-AC）。整流是电力变换的基本形式之一，相控整流电路是整流电路的一种，广 泛应用于电力电子系统中。由晶闸管组成，通过控制触发延迟角控制触发脉冲相位来调 节输出电压。整流电路按照电源相数可分为单相、三相、多相，按照接线形式可分为半波、桥式 按照组成器件可分为不可控、全控、半空，按照负载性质可分为电阻、阻感、反电动势 整流电路。1.2 三相半波可控整流电路1.2.1 电阻性负载三相半波整流仿真电路图如下：:当某一个晶闸管阳极所对应的电压值20。-角设置为止二仿真波形如下:00.050.150.20.1Time s)a

4、 =0时的工作情况： 由电路分析可知三个晶闸管采用共阴极接法，W 最大，则触发其导通，自然换向点就是各相电压正向的交点，并且总是换到相电压最高 的一相上去。三个晶闸管分别在一个周期内各导通将阻感原件电感调低到可以忽略不计，触发延迟由图可知，整流电压输出的波形为三相交流电压正半周的包络线，是一个周期内3 次脉动的直流电压。 a =30时的工作情况： 由电路分析可知，当经过自然换向点时，触发脉冲未到，因此晶闸管不能导通，上 一状态导通的晶闸管继续导通，直到 a =30时脉冲到来对应的晶闸管导通，上一状态 的晶闸管承受反压而关断，负载电流换相。以后各相依次轮流导通。触发延迟角设置为 30，波形如下：

5、200100-100-2000.80.420010000.050.10.150.2Time (s)触发延迟角设置为 60，图像如下：由图可见，当a30时输出电压和电流出现断续。这是因为前一相的晶闸管由于交 流电压过零变负而关断，后一相的晶闸管未到触发时刻，此时晶闸管都不导通，输出电 压为零，直到后一相的晶闸管被触发导通，输出电压为一相电压，此时晶闸管的导通角 小于 120。总结：1. 单相半波可控整流电路带电阻性负载时，a =30时输出电流和输出电压处于连续和 断续的临界点。2. 当a30发生断续后，每个晶闸管的 导通角为（120- a ）。3. 当a =150。时输出电压为0,所以三相半波可

6、控整流电路带电阻性负载时的移相范围 为 0150。4. 由仿真结果可知当a增大时，输出电压逐渐减小。1.2.2阻感性负载三相半波整流电路带阻感性负载时，电感的存在使得电流不能突变，当电感足够大 时，会使整流电路稳态时基本平直，电感储能使得晶闸管在电源电压由零变负时依然导通，直至承受反压为止，不同于电阻性负载，整流电压不会断续，但会进入负值，当 a =90时整流电压正负部分抵消，平均电压为 0。所以阻感性负载移相范围为 090. 下图为a =60的仿真波形。1.3 三相桥式全控整流电路1.3.1 电阻性负载a =90时，仿真结果如下:a =120。时，理想的输出电压应为0,但实际上还有波形，但此

7、时的波形幅值很 小，在实际情况中可认为其为 0.三相桥式整流电路6只晶闸管的导通顺序为VI- V2- V3- V4- V5- V6,且a =60 为输出电压波形断续的临界点。任何时刻都有两只管子导通，构成回路。带电阻性负载 的工作特点为:1、为保证电路启动或者断续后能正常导通，触发脉冲的宽度应大于 60。2、6 只晶闸管每 30换相一次；3、输出脉动直流电压频率为电源频率的6倍，移相范围为0到120，且随着。的 增大，输出电压平均值减小；4、a =6 0 是电阻性负载电流连续和断续的分界点；5、和三相半波可控整流相比，变压器二次侧流过正负对称的交变电流，避免磁化， 提高变压器的利用率。1.3.

8、2 阻感性负载a =0时，仿真结果如下:a =30时，仿真结果如下：此时阻感性负载的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出 整流电压的波形、各晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于由于电感的存在，同样 的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 Id 的波形不同，由于电感的作用，使得 负载电流波形变得平直，当电感足够大时，负载电流的波形可近似为一条水平线。a =90时，仿真结果如下:阻感性负载的工作情况与电阻性负载时不同，电阻性负载时 Ud 波形不会出现负 值，波形断续；而阻感性负载由于负载电感感应电动势的作用， Ud 波形会出现负的部分。 从仿真图可以看出，a =90时Ud的

9、波形正负对称，平均值为零。因此三相桥式全控整 流电路带阻感性负载时，a的移相范围是090。1.3.3 UVT1 触发脉冲丢失仿真波形：VT1 触发脉冲丢失，大电感的存在使得之前导通的 VT5， VT6 不能关断，继续导通，Ud=Ucb，在VT2触发脉冲到来时，VT2导通，VT6承受反压关断，由于VT1触发脉冲丢 失， VT5 继续导通，此时 VT2， VT5 导通， Ud=0。对于 UVT1 的波形，所变化的是 VT1 脉冲丢失，大电感的存在使得 VT5 不能关断， 继续导通，直到 VT3 导通， UVT1=Uac。2 逆变电路2.1.逆变电路概述在实际生活中，往往会出现需要将直流电能变换为交

10、流电能的情况。相对于整流而 言，逆变是它的逆过程。整流装置在满足一定条件下可以作为逆变装置应用。即同一套 电路， 既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态， 这样的电路统称为变流装置。 变流装置如果工作在逆变状态，其交流侧接在交流电网上， 电网成为负载， 在运行中 将直流电能变换为交流电能并回送到电网中去， 这样的逆变过程就称为“有源逆变”。2.2 三相有源逆变电路仿真分析 逆变电路可以看做整流电路的另一种工作方式，所以电路的整体结构并没有发生变 化，需注意：(1) 此时应加入一个直流电源，使该电源电动势 Em 方向与晶闸管导通时方向一致， 且 EmUd.(2) 晶闸管导通角a cos整流阶

11、段：将比较器的上下限设置为（0,1），在忽略变压器漏抗，及线损时，得到 以下波形：考虑变压器漏抗及线损时3.2.2 逆变阶段 逆变阶段，将电压比较器的上下限设置为（-1,0），考虑变压器漏抗及线损时得到如下波形：3.2 简单直流输电系统1、未带反馈的直流输电系统直流输电系统输出电压及输出电流波形：逆变失败的波形图如下：在调节0取值之后波形能够得到有效改善，得到如上波形示意图。2、带反馈的直流输电系统仿真电路图如下输出电压及电流波形仿真如下：4 总结与改进4.1 复杂电路的模块化以十二脉冲电路为例，将复杂电路模块化，如下为封装前后的电路使用封装好的模块搭建直流输电系统如下：仿真电路右侧模块为 6

12、 脉动的逆变电路，左侧为 12 脉动的整流模块，调试左侧整 理模块的输入幅值，使其整流输出电压平均值大于右侧逆变输出电压的幅值，得到如下 波形。直流侧的输出波形如下：200 KOK-200 K-400K-BOOK-1000K-1200K00.020.04O.OS0.080.1Time s)VdIlli从图中波形可以看出Vd波形出现负值，与电流反向，向交流侧输出功率。而且波 形比较多，波形比较平齐。4.2 总结：1、当波形出现畸变的原因 【1】首先查看触发脉冲是否出错，在看变压器二次侧波形是否良好，将变压器的 参数设置为理想参数，看是否出现理论输出波形；【2】若在电压采集时添加低通滤波器，要注意截止频率的选取，若发现波形失真 严重，可能是由于低通滤波器截止频率过低导致信号信息丢失太严重，这时可以采取增 大截止频率或者去掉低通滤波器；【3】整流和逆变加在一起时，可能出现逆变失败。这时要注意逆变测的直流电源的值一定要大于Ud的平均电压，也就是大于-2.34U2COS 0，当改变0时就得同时改变 直流电源的参数。