三相全控桥式整流电路的仿真设计毕业设计说明.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流三相全控桥式整流电路的仿真设计毕业设计说明.精品文档.河 北 工 业 大 学毕业设计说明书 作 者： 刘倩 学 号： 110183 学 院： 电气工程学院 系(专业): 电气工程及其自动化专业 题 目: 三相全控桥式整流电路的仿真设计 指导者： 赵争菡 实验师 评阅者： 杨晓光 教授 2015 年 6 月 10 日毕业设计（论文）中文摘要三相全控桥式整流电路的仿真设计摘要： 三相全控桥式整流电路在工业领域有着十分广泛的应用。本文在研究全控整流电路理论基础上，采用MATLAB 的Simulink动态仿真建立三相桥式全控整流电路的仿真模型。首先，通过对不同触发角、输出电压、故障现象和负载特性进行仿真分析和研究，得到不同负载及触发角时电路的整流电压波形。然后分析仿真结果的数据，验证仿真的正确性。最后针对器件上存在电压和电流的突变量，设计了一种充放电型缓冲电路，对电力电子器件加以保护。仿真结果表明该模型具有快捷、方便、直观、灵活等一系列特点, 为电力电子教学及实验提供了一种较好的辅助方法。 关键词： MATLAB 三相全控整流电路 缓冲电路毕业设计（论文）外文摘要Title Simulation of Three-Phase Fully-controlled Bridge Rectifier CircuitAbstractThree-phase fully-controlled bridge rectifier circuit is widely used in industrial applications. In this paper, based on the theory of fully-controlled rectifier circuit, the model of three-phase fully-controlled bridge rectifier circuit is built on Matlab/Simulink dynamic simulation. Firstly, by simulating the different firing angle, the output voltage, the fault phenomenon and load characteristics, it obtains the rectified voltage waveforms at the different firing angle and load of the circuit. Then the analysis of the simulation results verifies the correctness of the simulation. Lastly, for the presence of voltage and current of the device mutation volume, it designs a charge-discharge type snubber circuit protection for power electronic devices. The simulation results show the model has a series of features, for example fast, flexible, convenient, intuitive and so on, so it can provide a good teaching aid for power electronics and experiments.Keywords: MATLAB three-phase fully-controlled rectifier circuit snubber circuit目 录1 引言 11.1课题研究的背景与意义11.2 国内外的研究现状及发展趋势11.3本文主要研究内容22 整流电路 32.1整流电路概述 32.2 三相桥式全控整流电路73 MATLAB仿真设计 133.1 MATLAB简介 133.2三相全控整流电路MATLAB建模133.3不同负载及触发角的电路仿真结果输出 163.4整流输出电压分析 194缓冲电路 204.1过电压保护 204.2过电流保护 204.3缓冲电路概述及充放电型RDC 缓冲电路的设计21结论 23参考文献24致谢261 引言11 课题研究的背景与意义近几十年来，电力电子器件迅速发展，因而也促进了电力电子技术层面上的革新与进步。电力电子装置不仅应用于传统的工业，还被广范应用于交通运输、电力系统、通讯系统、计算机系统、新能源系统等新兴产业。在长距离、大容量电能的传输中，直流输电有很大的优势，其受电端的逆变阀和送电端的整流阀都采用晶闸管，而晶闸管需要由直流电源供电。全控型器件的高频开关电源因为具有小体积、高效、质轻被各种电子装置用来供电，比如通信设备中的程控交换机和大微型计算机。科技不断革新，生产力不断发展，整流电路越来越被广泛应用在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域1。经常使用的三相整流电路包括三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，因为整流电路由晶闸管、电阻、电感、电容等多种电子器件组成，又涉及到直流信号、触发信号和交流信号，所以用常规方法分析整流电路就会显得繁琐，对实验环境的要求也十分苛刻，致使实验、分析过程显得棘手。在MATLAB中可以通过Simulink实现对电路拓扑结构的搭建能够直观的看到电路运行后的结果，在MATLAB中通过对话框可以按照要求对原器件的参数进行修改，并且得到相应的运行结果，可以让实验人员直接进行分析实验结果，不需要通过复杂的编程来得到结果。将MATLAB的动态仿真功能应用到实践教学中，可以使学生直观地观察到波形随着电路参数的修改而产生相应的变化，大大提高了学生学习电力电子技术的热情，又能够提高学生的动手操作能力，在实践中检验所学的理论知识，将所学的知识得到进一步巩固，提高学生的综合能力。12 国内外的研究现状及发展趋势在所有电能变化中电力电子是最早使用在交流电整流成直流电能，自20世纪20年代到现在已经历以下几种类型：旋转式变流机组、静止式离子整流器、和静止式半导体整流器2。在半导体整流器出现之前电能的转化大多使用离子变流器和交流机组来实现，但是由于其各项关键经济数据均达不到客户的需求，所以被性能更为优异的半导体整流器所代替。整流电路高频和低频的区分方法是通过开关器件达到的频率来进行区分，在低频电路中比较典型的控制方式是相控式，相控式整流方式是在整流电路中最早被人们所接受的，且被应用到各个不同领域，比如交通、电力、航空和新能源等领域；在高频电路中比较典型的整流电路是PWM整流电路，这是一种新兴的整流电路，发展时间较短，是近几年才将PWM控制技术应用到相应的工业领域。MATLAB软件人机对话语言系统是在当代社会中最为主流的计算机语言，MATLAB具有强大的仿真、数据分析、控制等大量强大的功能，被各行各业的科学工作者用来进行系统建模与数据的分析计算，受到各行各业的推崇，应用十分广泛。回顾历史，MATLAB最初的目标群体就是学生，老师可以通过MATLAB更好地向学生传授知识，学生也可以通过MATLAB直观地观察到相应的结果，更好地巩固学习，加深自身对知识的理解，所以一直以来就可以在高校中寻觅到MATLAB的身影成为老师和学生进行教学和学习的不可或缺的工具。由于MATLAB具有高效的数据分析处理能力，大大地减少了相应的试验时间，缩短了科研人员的项目周期，被科研人员所喜爱，得到广泛应用。在国外大学中，MATLAB被广泛应用到高数教学中，发挥其特有的科学计算能力，对教学工作起到了很好的帮助3。在工科的科研领域中，科学工作者利用MATLAB针对实际遇到的问题搭建相应的数学模型进行仿真分析，以此来帮助科学工作者得到相应的数据解决棘手复杂的问题。对于出现的各种问题，MATLAB中都有相对应的工具箱来实现图像、信号、计算分析等功能4。在三相整流电路中对于不同的触发角和负载其相应的波形各不相同，在对其进行数据分析时需要进行繁琐的计算和绘图，而MATLAB具有直观、快速、方便等特性，日后将更多地应用到三相整流电路的教学中，以方便学生更好地理解三相整流电路的原理，方便教学工作的展开6。13 本文主要研究内容由于利用MATLAB可以让实验人员直接进行实验分析结果，而不需要通过复杂的编程来得到结果，将MATLAB应用到教学中，一方面可以激发学生学习兴趣，更重要的是MATLAB教学简单直接，使学生容易理解，提高了动手实践能力。因此，本文选择三相全控桥式整流电路的仿真设计为课题，主要研究内容为以下几个方面：(1)介绍整流电路的拓扑结构、运行原理、各部分关系及作用，并对三相桥式电路在全控方式下进行整流的基本原理和构成做了深入的研究。(2) 根据在全控方式下进行的三相桥式整流的技术要求，进行软件设计，对已有的电路结构触发方式进行多次的试验验证理论分析的正确性。(3) 根据相关参数要求，利用MATLAB建立相应的数学模型并进行仿真分析，观察不同的触发角和负载（阻感负载和电阻负载）得到的不同波形,进而得到整流输出电压受到的影响。(4) 研究RDC缓冲电路的拓扑结构及其特点。通过RDC缓冲电路实现对器件上突变的电压和电流进行缓冲，减少由于电压电流的突变对器件造成的破坏。2 整流电路2.1 整流电路概述2.1.1整流电路定义由于许多电力电力器件都是由直流电源供电的，而整流电路就是一种可以实现AC向DC转换的电路。现阶段使用的整流电路通常由主电路、控制电路、保护电路三部分构成，其中整流电路的核心是主电路，整流电路中涉及到的元器件包括晶闸管、变压器、负载等。电能转换的过程是交流电通过降压变压器变成电压较低的交流电，再利用整流电路转换成可以为电力电子器件提供能源的直流电。实际上交流电经过整流电路整流出来的直流电，并不是单纯的直流电压，还包括交流电压。我们一般称这种既含有AC又含有DC的电压称为单向脉动性直流电压。由于整流电路这种可以把交流电转换为直流电的特性，使得整流电路在各个工业领域中发挥极大的作用5。整流电路种类十分多，比较常用的整流电路包括半波整流电路、桥式整流电路及全波整流电路。按照不同的结构和性质分类有不同的分法，不同种类的整流电路又有不同的组成、性质和应用范围。为了能够更直观详细地介绍各个种类的整流电路，请参考下表。如表2-1是按组成器件分类，表2-2是按照电路结构分类，表2-3是按照电网交流输入相数分类，表2-4是按照电流方向来分类，表2-5是按控制方式分类，表2-6是按引出方式。表2-1 按组成器件分类的整流电路整流电路种类特征不可控电路整流电路由不可控二极管组成，固定电路结构后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。半控电路整流电路由二极管和可控元件混合组成，在这种电路中，负载电源极性不能改变，但可以调节平均值。全控电路整流电路所有的整流元件都是可控的（SCR、GTR、GTO等），其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，可以发生有源逆变。表2-2 按照电路结构分类的整流电路整流电路种类特征零式整流电路带零点或中性点，又称半波电路。所有整流元件的阴极(或阳极)都接到一个公共接点向直流负载供电负载的另一根线接到交流电源的零点。桥式整流电路由两个半波电路串联而成，又称全波电路。表2-3是按照电网交流输入相数分类的整流电路整流电路种类特征单相整流电路整流电路的交流侧接单相电源，单相整流电路常用于小功率整流场合。三相整流电路交流测由三相电源供电，负载容量较大,或要求直流电压脉动较小，容易滤波。因为三相整流装置三相是平衡的输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小，且控制滞后时间短，采用三相全控桥式整流电路时，输出电压交变分量的最低频率是电网频率的6倍，交流分量与直流分量之比也较小，因此滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波电路小得多。另外，晶闸管的额定电压值也较低。因此，这种电路适用于大功率变流装置。多相整流电路采用多相整流电路可以改善功率因数，提高脉动频率，使变压器初级电流的波形更接近正弦值，可以减轻对电网的干扰，特别是减轻整流电路高次谐波对电网的干扰。表2-4 是按照电流方向来分类的整流电路整流电路种类特征单拍整流电路所有半波整流电路都是单拍电路双拍整流电路所有全波整流电路都是双拍电路表2-5 按控制方式分类的整流电路整流电路种类特征相控式整流电路通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。斩波式整流电路利用晶闸管和自关断器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值，亦称直流-直流变换器。它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛应用于直流牵引的变速拖动中，如城市电车、地铁、蓄点池车等。斩波器一般分降压斩波器，升压斩波器和复合斩波器三种。表2-6 按引出方式分类的整流电路整流电路种类特征中点引出整流电路分为单脉波（单相半波），两脉波（单相全波），三脉波（三相半波），六脉波（六相半波）2）桥式整流电路分：两脉波（单相）桥式，六脉波（三相）桥式。桥式整流电路分为两脉波（单相）桥式，六脉波（三相）桥式带平衡电抗器整流电路分：一次星形联结的六脉波带平衡电抗器电路（即双反星带平衡电抗器电路），一次角形联结的六脉波带平衡电抗器电路十二相整流电路分：二次星、三角联结，桥式并联（带6f平衡电抗器）单机组十二脉波整流电路；二次星、三角联结，桥式串联十二脉波整流电路；桥式并联等值十二脉波整流电路；双反星形带平衡电抗器等值十二脉波整流电路。2.2三相桥式全控整流电路2.2.1三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式全控整流电路交流侧由三相电源供电。三相整流电路适用于整流电路中有比较大的电阻、电感或电容，或者用户需要交流电经过整流电路转换的直流电压具有容易滤波、小脉动的特性。三相桥式全控整流电路的拓扑结构如图2.1所示。为了减少整流电路里的三次谐波对电网的干扰，将变压器接成星（二次侧）-三角(一次侧)的连接方式22。如图2.1所示，晶闸管1、晶闸管3和晶闸管5的阴极连接到一起，把VT1、VT3、VT5称为共阴极组；晶闸管2、晶闸管4、晶闸管6的阳极连接到一起，把VT2、VT4、VT6称为共阳极组。将共阴极组的晶闸管1、晶闸管3、晶闸管5和共阳极组的晶闸管4、晶闸管6、晶闸管2分别与三相电源的a相、b相、c相连接，这样做的目的是使三相桥式整流电路的6个晶闸管导通顺序是从晶闸管1到晶闸管6依次导通，方便记录、观察与分析5。图2.1 三相桥式全控整流电路原理图2.2.2带电阻负载的三相桥式全控整流电路触发角不同，整流输出电压和整流输出电流的波形各不相同：(1)当触发角小于等于60度时，三相桥式全控整流电路的整流输出电压和整流输出电流的波形都是连续的，并且它们的波形的形状也是一样的。（2）当触发角大于60度时，整流输出电压和整流输出电流的波形也是一致的，整流输出电压的波形每隔60°会有一段波形是零。当整流输出电压等于0时，则整流输出电流也会等于0，晶闸管中就无电流流过，使晶闸管关断，整流电路就不能正常工作，所以整流电压输出波形不会有负值的情况。(3)当触发角不断增大至120度时，三相全控整流电路整流输出电压会一直等于0，即其波形一直为0，说明电压的平均值也是0。所以三相桥式全控整流电路触发角的移相范围是0°-120°6。鉴于整流输出电压波形的特征,更好地说明每个晶闸管的关闭与工作情况，整流输出波形的每个周期被以60°为单位分成6段。下面图2.2-图2.5分别是= 0°、= 30°、= 60°、=90°的输出波形, 表2-7是各个晶闸管导通及关断和输出整流电压的情况。wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0°iVT1uVT1图2.2 三相桥式全控整流电路带电阻负载= 0°的波形图2.3 三相桥式全控整流电路带电阻负载=30°时的波形wwwa = 60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1图2.4 三相桥式全控整流电路带电阻负载= 60°时的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1 图2.5 三相桥式全控整流电路带电阻负载= 90°时的波形表2-7 晶闸管及输出整流电压的情况时段 共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阴极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压 总结：由以上波形及表11可以得到三相全控桥式整流电路的一些特征：(1) 要想三相全控桥式整流电路正常工作，必须同时有两个不同相的晶闸管器件都导通，并且一个晶闸管必须是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳极组的。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。共阴极组的晶闸管（VT1、VT3、VT5）和共阳极组的晶闸管（VT4、VT6、VT2）的脉冲都逐次相差120°。与a、b、c相相连接的共阴极组和共阳极组的晶闸管脉冲有120°的差距（VT1-VT4，VT3-VT6，VT5-VT2）。(3) 三相全控桥式整流电路又被称为六脉波整流电路。表现在在一个周期中脉动六次相同的波形7。(4) 晶闸管的脉冲触发有两种方法，宽脉冲触发和双脉冲触发，其中双脉冲触发是经常被使用的8。这样就能保证需要导通的晶闸管在三相全控桥式整流电路刚启动或者电流发生断续过程中能有脉冲触发导通，使得整流电路不会停止工作。2.2.3带阻感负载的三相桥式全控整流电路(1)当触发角小于等于60°时，的波形和带电阻负载的三相桥式全控整流电路的的波形大致相同，没有断续的情况。每个晶闸管的导通和关断及其所受的电压情况也和带电阻负载的三相桥式全控整流电路的的大致相同。不同之处在于由于电感的存在，负载电流id的波形发生变化。并且电感越大id的波形越稳定。（2）当触发角大于60°时，的波形和带电阻负载的三相桥式全控整流电路的的波形相比发生变化。带阻感的的值会降到0以下，而带电阻的的值最小只能降到0。（3）当触发角不断增大至90度时，三相全控整流电路整流输出电压会一直等于0，即其波形一直为0，说明电压的平均值也是0。所以三相桥式全控整流电路带阻感负载的触发角的移相范围是0°-90°。图2.6-图2.9分别a= 0°、a= 30°、a=90°的波形。 图2.6 三相桥式全控整流电路带阻感负载=0°时的波形图2.7 三相桥式全控整流电路带阻感负载=30°时的波形 图2.8 三相桥式全控整流电路带阻感负载=90°时的波形2.2.3三相桥式全控整流电路的定量分析1当三相桥式全控整流电路的整流输出电压连续时（即负载使带阻感时，是或负载是带电阻并且a60°时）的平均值为： (2-1)当负载是电阻且a >60°时，的平均值为： (2-2)输出电流平均值为： (2-3)3 MATLAB仿真设计3.1 MATLAB简介MATLAB是一种十分科学的计算系统，通常被用来进行出处理图形和计算分析数值等。MATLAB最早由美国的MATH WORKS公司推出，是由英文MATRIX LABORATORY缩写而来9。用户在MATLAB界面中编写程序，因为它的计算方法和语言与人的思维一致，所以简单容易掌握，而不会像其他高级语言比如C语言、Java等还需要特殊转换思路,不好理解。用户需要做的就是针对具体的问题在MATLAB中列出math表达式，很快就会得到所要的结果。利用MATLAB软件可以实现数据可视化、算法开发、数值计算和数据分析，是一种智能人机对话计算机语言系统。MATLAB的常用功能是用来做数据运算，用户还可以在MATLAB界面调用其他计算机语言。MATLAB中有很多自带的工具箱，利用这些工具箱可以实现更多地功能，应用在广泛的领域，比如自动控制领域、信号分析、图像的处理等。除此之外还有为实现系统模拟、系统开发等功能提供可视化开发环境的Simulink软件包。MATLAB强大的仿真、数据分析、控制等大量强大的功能，被各行各业的科学工作者用来进行系统建模与数据的分析计算，受到各行各业的喜爱，应用十分广泛。3.2三相桥式全控整流电路的MATLAB建模利用MATLAB软件中的simulink工具箱搭建三相桥式全控整流电路。如图3.1是三相桥式全控整流电路在MATLAB中搭建的模型。图3.1三相桥式全控整流电路MATLAB建模双击各模块进行参数设置。（1）电源模块参数设置。三相交流电压相压峰值为100V，频率设置为25Hz。具体参数设置如图3.2所示。图3.2 电源模块参数设置 (2)同步脉冲触发模块的参数设置频率设置为25Hz,脉宽为30%。如图3.3是具体的脉冲触发器的参数设置。图3.3 脉冲触发器的参数设置 (3) 其他模块参数设置通用三相整流桥模块、常数模块参数的设置如图3.4、图3.5所示。图3.4 三相整流桥参数设置图3.5 常数模块参数设置3.3 不同负载及触发角的电路仿真结果输出3.3.1带电阻负载的三相桥式整流电路整流电压仿真结果电阻设置为8欧，电阻负载模块参数设置如图3.6所示。图3.6 电阻负载模块参数设置改变触发角大小，不同的触发角对应的实验波形图分别如图3.7图3.10所示。其中x轴是时间（S），y轴是电压（V）。图3.7 三相桥式全控整流电路带电阻负载=0°时的仿真波形图3.8 三相桥式全控整流电路带电阻负载=30°时的仿真波形图3.9 三相桥式全控整流电路带电阻负载=60°时的仿真波形图3.10 三相桥式全控整流电路带电阻负载=90°时的仿真波形3.3.2带阻感负载的三相桥式整流电路整流电压仿真结果电阻设置为8欧，电感为1H，阻感负载模块参数设置如图3.11所示。图3.11 阻感负载模块参数设置改变触发角大小，不同的触发角对应的实验波形图分别如图3.12图3.15所示。其中x轴是时间（S），y轴是电压（V）。图3.12 三相桥式全控整流电路带阻感负载=0°时的仿真波形图3.13 三相桥式全控整流电路带阻感负载=30°时的仿真波形图3.14 三相桥式全控整流电路带阻感负载=60°时的仿真波形图3.15 三相桥式全控整流电路带阻感负载=90°时的仿真波形3.4 整流输出电压分析(1) 当触发角小于60°时，带电阻负载的三相桥式全控整流电路的整流输出电压波形和带阻感负载的三相桥式全控整流电路的波形相似。当触发角在60°和90°之间时，对于带电阻负载的三相桥式全控整流电路的整流输出电压波形会有断续的情况；而由于电感的存在会延长电路的导通时间，整流输出电压会降低到负值，所以带阻感负载的三相桥式全控整流电路的整流输出电压波形不会有断续的情况。(2) 当触发角不断增大，整流输出电压的波形面积一直在减小，整流输出电压的平均值也在不断减小。当触发角增大到90°时，带阻感负载的输出电压的波形面积等于0，意味着输出电压平均值同样是0。所以带阻感负载的三相全控桥式整流电路的移相范围为0°至90°。带电阻负载的三相全控桥式整流电路在触发角等于120°时整流输出电压平均值是0，所以带电阻负载的三相全控桥式整流电路的移相范围为0°至120°。(3) 通过观测到的波形、数值计算与理论值相比较大致相同，即可验证MATLAB建模的正确性。4缓冲电路4.1过电压保护4.1.1 过电压的产生过电压分为两种，外因过电压和内因过电压10。外因过电压又分为操作过电压和雷击过电压，主要来自雷击和系统操作过程等外因；内因过电压分为换相过电压（晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压）和关断过电压（全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压），主要来自电力电子装置内部器件的开关过程11。4.1.2 过电压保护措施 如图4.1，可采取以下措施抑制过电压。图4.1过电压抑制措施及配置位置F¾避雷器D¾变压器静电屏蔽层C¾静电感应过电压抑制电容RC1¾阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2¾阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV¾压敏电阻过电压抑制器RC3¾阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4¾直流侧RC抑制电路RCD¾阀器件关断过电压抑制用RCD电路可以根据具体情况应用其中的一种或几种。其中RC3和RCD可以抑制内因过电压，属于缓冲电路12。 4.2 过电流保护过载和短路可能会导致过电流。过电流保护如图4.2所示。 图4.2过电流保护措施及配置位置 在这个过程中：(1)为保证电路更加的稳定可靠，应同时采用多种过电流保护措施。(2)电子电路是第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作13。(3)快熔具有全保护和短路保护两种器件保护方式。全保护是指过载和短路均由快熔进行保护，一般用于小功率装置。短路保护是指快熔仅在短路电流较大的区域进行保护。(4)对于晶闸管或全控型器件等重要且易短路设备，必须进行过电流保护。(5)通常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应最快13。 4.3 缓冲电路概述及充放电型RDC 缓冲电路的设计4.3.1缓冲电路概述缓冲电路(Snubber Circuit)，又称吸收电路，可以被用来抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，并且降低器件的开关损耗。缓冲电路可以分为关断缓冲电路、开通缓冲电路、复合缓冲电路：1）关断缓冲电路（du/dt抑制电路）:可以吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。2）开通缓冲电路（di/dt抑制电路）：抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。3）复合缓冲电路：关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类法分为耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路14。缓冲电路作用分析 如图4.3所示。图4.3 关断时的负载线ABC是没有缓冲电路时的情况，晶闸管集电极电压和电流同时变为最大，并且电压和电流都会有超调现象，这种情况下瞬时功耗很大，产生的局部热点容易导致电力电子器件的二次击穿而损坏器件。增添缓冲电路后，轨迹如图ADC，由上图可见其轨迹不再是矩形，避免了集电极电压和电流同时变为最大，很大程度上降低了开关损耗，并且最大程度地利用了器件的电气性能，以此实现对电路的保护20。4.3.2 充放电型RDC 缓冲电路的设计针对器件上存在的过电压、过电流，为保护电路，设计了一种充放电型RDC 缓冲电路，如图4.4所示。图4.4 抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路 b) 波形结 论利用MATLAB搭建三相桥式全控整流电路模型进行仿真，得到三相桥式全控整流电路受不同负载特性和触发角影响的波形。本文仔细分析了整流电路的仿真结果,并且与利用常规电路分析方法所得到的整流输出电压波形比较,验证了MATLAB建模是对的，得到以下关于三相桥式全控整流电路的结论：（1）三相桥式全控整流电路受负载的影响：当触发角在0°至60°时，三相桥式全控整流电路带电阻负载的整流输出电压的波形和带阻感负载的整流输出电压的波形大概相同。当触发角大于60°小于90°时，带电阻负载的整流输出电压的波形出现断续，带阻感负载的整流输出电压的波形会降到负值，不会出现断续。（2）三相桥式全控整流电路受触发角的影响：随着触发角的增大，三相桥式全控整流电路整流输出电压的波形面积不断减小，平均值也在不断减小。当触发角为120°时，三相桥式全控整流电路带电阻负载的整流输出电压的平均值为零，触发角等于90°时，带阻感负载的整流输出电压的平均值等于0。所以，三相桥式全控整流电路带电阻负载的触发角的移相范围是0°至120°；三相桥式全控整流电路带阻感负载的触发角的移相范围是0°至90°。三相桥式全控整流电路的仿真设计,能够清晰、直观、快速地分析整流电路，而不用像常规分析方法那样进行复杂的绘图和计算。此外，能够根据用户需求，更改电路参数设置，并且快速得到随着电路参数改变后的结果。针对器件上存在的过电压、过电流，本文还设计了一种充放电型RDC 缓冲电路来保护电路。总之，MATLAB的Simulink动态仿真是一种功能十分强大的仿真软件, 可以推广应用到电力电子教学中以达到更好地教学效果。 参 考 文 献1 李艳晶闸管整流电路仿真实验J科技风，2010年21期：248- 2512 王兆安电力电子技术M北京：机械工业出版社，093 黄智伟基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析M北京：电子工业出版社，20084黄江波基于Matlab的三相桥式全控整流电路的仿真研究J现代电子技术 2010(8)：202-204 5 肖松松，荣军，李翔，何凯，俞玮捷三相桥式全控整流电路的建模与仿真J电子技术，2014(1)：17-196 孟庆波，吉鹏霄基于Matlab/Simulink的三相桥式全控电路的建模与仿真J郑州铁路职业技术学院学报2012(1)： 25-277 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