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[摘 要]三相桥式整流电路中不仅涉及到了交流信号、直流信号及触发信号等多种信号，同时也涉及到了晶闸管、电感、电阻等多种元器件，所以采用常规的电路分析方法就显得相当繁琐与复杂。而通过Matlab软件中的Simtlink仿真平台不仅可以以快速、直接、简单的方式建立电路仿真模型，更可以随时修改电路参数，立即得到与之对应的仿真结果。其具有容易计算、直观性强，步骤简单，错误率低等特点。本文使用MATLAB/Simulink软件对三相桥式全控整流电路进行仿真建模，观察触发角α变化时，引起整流电路输出电压、输出电流波形的变化情况。
[关键词]三相桥式整流电路 MATLAB 仿真
中图分类号：TM334 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0089-02
随着社会的发展与科技的进步，整流电路在交通运输、工业制造、自动控制等多个领域被大量、广泛的使用。整流电路按输入侧的相数可分为：多相整流电路、三相整流电路、单相整流电路；按组成的器件可分为：全控整流电路、半控整流电路、不可控整流电路。三相桥式整流电路因其所需晶闸管的额定电压值比较低；负载容量大；输出端的直流电压脉动小，容易对其进行滤波；对电网影响小等特点而被广泛的应用于大功率变流装置中。
1.三相桥式整流电路的工作原理：
三相桥式整流电路如图3-1所示，是由三个共阴极的晶闸管（VT1、VT3、VT5）与三个共阳极的晶闸管（VT2、VT4、VT6）连接在一起组成整流电路。为了方便分析，共阴极组晶闸管的编号按从左到右的顺序依次为为VT1、VT3、VT5；共阳极组晶闸管的编号按从左到右的顺序依次为VT4、VT6、VT2，通过这样的编号方式可使晶闸管的导通顺序依次为VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，易于分析与记忆。由于三相桥式整流电路相当于是由两组三相半波整流电路串联所组成的，因此三相桥式整流电路输出端的电压为三相半波整流电路的两倍。在输出电压相同的情况下，组成三相桥式整流电路所使用的晶闸管的最大反向电压是三相半波整流电路所使用的晶闸管的一半。
以触发角α=0°时为例，进行三相桥式整流电路的工作原理分析：
如图1-1所示，在第一段期间，由于a相的电位最高，从而共阴极组中的晶闸管VT1被触发导通，同时由于b相电位最低，所以共阳极组中的晶闸管VT6被触发导通，这时电流流动的方向为：a相→VT1→负载→VT6→b相，这时变压器的a相、b相处于工作状态。由于共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负，所以加在负载两端的整流输出电压为ud=ua-ub=uab。
经过60°时，进入到第二段时期，由于此时最高的电位仍是a相，晶闸管VT1继续导通；而此时最低的电位由b相变为c相，所以在经过自然换相点后，晶闸管VT2开始导通，晶闸管VT6因承受反向电压而关断。此时电流流动的方向为：a相→VT1→负载→VT2→c相，这时变压器a相、c相处于工作状态。因为此时a相电流为正，c相电流为负，所以加在负载两端的整流输出电压为ud=ua-uc=uac。
再经过60°时，进入到第三段时期。由于此时b相电位最高，经过自然换相点后，晶闸管VT3开始导通，而晶闸管VT1因承受反向电压而关断；由于此时最低的电位仍为c相，所以晶闸管VT2继续导通。此时电流流动的方向为：b相→VT3→负载→VT2→c相，这时变压器b相、c相处于工作状态。加在负载两端的整流输出电压为ud=ub-uc=ubc。
依次类推可得到：
三相桥式整流电路中晶闸管的导通顺序为：VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6；
输出电压顺序为：Uab→Uac→Ubc→Uba→Uca→Ucb。
2.基本参数关系：
当整流输出电压连续时（即带有电阻负载α≤60°时或带有阻感负载时）输出电压的平均值为：
（2-1）
当带有电阻负载，且α≥60°时，输出电压的平均值为：
（2-2）
输出电流的平均值为：
（2-3）
3.使用MATLAB/Simulink进行三相桥式整流电路的仿真实验：
设三相交流电源的有效值为220V，频率50HZ，负载电阻10Ω，负载电感0.01H
仿真电路模型如图3-1所示：
交流电源va、vb、vc对应于组成桥式整流电路的三相输入电源；VT1-VT6对应于组成桥式整流电路的6个晶闸管；同步6脉冲发生器为6个晶闸管提供控制信号，控制6个晶闸管的开通时间；RL相当于整流电路所带的的负载（本文内使用阻感型负载）；Uab-Ucb是为了采集三相電压源线电压的输出情况，其中Uab、Ubc、Uca同时为同步6脉冲发生器提供电压和相位信息；Mean模块是为了求整流输出侧电压的平均值。
各器件参数设置如下：
1.交流电压源Va：峰值振幅 （V）：311.08； 相位（°）： 0 ；频率（Hz）：50
交流电压源Vb：峰值振幅 （V）：311.08； 相位（°）：-120；频率（Hz）：50
交流电压源Vc：峰值振幅 （V）：311.08； 相位（°）：-240；频率（Hz）：50
2.同步6脉冲发生器：同步电压频率（Hz）：50 ； 脉冲宽度（°）：10
3.触发角（alpha-deg）α：0/60
4.晶闸管VT1-VT6：电阻（Ω）：0.001；管压降（V）0；缓冲电阻（Ω）：500；缓冲电容（F）：250e-9
5.负载RL：电阻（Ω）：10 ；电感（H）：0.01
4.仿真结果：
当触发角α=0°时，仿真电路整流输出端电压的平均值为514.4V，得到的波形图如图4-1所示。由波形图可看出，此时晶闸管并未承受正向电压，只承受反向电压；且整流输出端电压连续，且在1个周期内波动6次，波动范围在470V-540V之间，波动幅度较小，输出电压相对稳定；输出电流近似为1条直线，比较稳定。同时仿真输出的电压、电流大小值满足（2-1）、（2-3）所示的公式。
当触发角α=60°时，仿真电路整流输出端电压的平均值为257.2V，得到如图4-2所示的波形图。由波形图可看出，此时晶闸管开始承受正向电压，这是由于触发信号滞后所致；同时其所承受的反向电压经过原点，这是由于负载中存在电感器件的缘故。由于电感器件有阻碍电流变化的特点，使得在下一组晶闸管未被导通之前，继续为其提供了一个维持电流，使得晶闸管能够继续导通。此时电压的波动范围为0V-460V之间，波动的加剧，输出电流亦如此。
结论，随着触发角α的增大，三相桥式整流电路输出的电压、电流波形波动越来越剧烈，输出电压的平局值越来越低；晶闸管所承受的正向电压值越来越大。其整流输出侧的电压、电流满足（2-1）、（2-3）所示的公式。
[关键词]三相桥式整流电路 MATLAB 仿真
中图分类号：TM334 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0089-02
随着社会的发展与科技的进步，整流电路在交通运输、工业制造、自动控制等多个领域被大量、广泛的使用。整流电路按输入侧的相数可分为：多相整流电路、三相整流电路、单相整流电路；按组成的器件可分为：全控整流电路、半控整流电路、不可控整流电路。三相桥式整流电路因其所需晶闸管的额定电压值比较低；负载容量大；输出端的直流电压脉动小，容易对其进行滤波；对电网影响小等特点而被广泛的应用于大功率变流装置中。
1.三相桥式整流电路的工作原理：
三相桥式整流电路如图3-1所示，是由三个共阴极的晶闸管（VT1、VT3、VT5）与三个共阳极的晶闸管（VT2、VT4、VT6）连接在一起组成整流电路。为了方便分析，共阴极组晶闸管的编号按从左到右的顺序依次为为VT1、VT3、VT5；共阳极组晶闸管的编号按从左到右的顺序依次为VT4、VT6、VT2，通过这样的编号方式可使晶闸管的导通顺序依次为VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，易于分析与记忆。由于三相桥式整流电路相当于是由两组三相半波整流电路串联所组成的，因此三相桥式整流电路输出端的电压为三相半波整流电路的两倍。在输出电压相同的情况下，组成三相桥式整流电路所使用的晶闸管的最大反向电压是三相半波整流电路所使用的晶闸管的一半。
以触发角α=0°时为例，进行三相桥式整流电路的工作原理分析：
如图1-1所示，在第一段期间，由于a相的电位最高，从而共阴极组中的晶闸管VT1被触发导通，同时由于b相电位最低，所以共阳极组中的晶闸管VT6被触发导通，这时电流流动的方向为：a相→VT1→负载→VT6→b相，这时变压器的a相、b相处于工作状态。由于共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负，所以加在负载两端的整流输出电压为ud=ua-ub=uab。
经过60°时，进入到第二段时期，由于此时最高的电位仍是a相，晶闸管VT1继续导通；而此时最低的电位由b相变为c相，所以在经过自然换相点后，晶闸管VT2开始导通，晶闸管VT6因承受反向电压而关断。此时电流流动的方向为：a相→VT1→负载→VT2→c相，这时变压器a相、c相处于工作状态。因为此时a相电流为正，c相电流为负，所以加在负载两端的整流输出电压为ud=ua-uc=uac。
再经过60°时，进入到第三段时期。由于此时b相电位最高，经过自然换相点后，晶闸管VT3开始导通，而晶闸管VT1因承受反向电压而关断；由于此时最低的电位仍为c相，所以晶闸管VT2继续导通。此时电流流动的方向为：b相→VT3→负载→VT2→c相，这时变压器b相、c相处于工作状态。加在负载两端的整流输出电压为ud=ub-uc=ubc。
依次类推可得到：
三相桥式整流电路中晶闸管的导通顺序为：VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6；
输出电压顺序为：Uab→Uac→Ubc→Uba→Uca→Ucb。
2.基本参数关系：
当整流输出电压连续时（即带有电阻负载α≤60°时或带有阻感负载时）输出电压的平均值为：
（2-1）
当带有电阻负载，且α≥60°时，输出电压的平均值为：
（2-2）
输出电流的平均值为：
（2-3）
3.使用MATLAB/Simulink进行三相桥式整流电路的仿真实验：
设三相交流电源的有效值为220V，频率50HZ，负载电阻10Ω，负载电感0.01H
仿真电路模型如图3-1所示：
交流电源va、vb、vc对应于组成桥式整流电路的三相输入电源；VT1-VT6对应于组成桥式整流电路的6个晶闸管；同步6脉冲发生器为6个晶闸管提供控制信号，控制6个晶闸管的开通时间；RL相当于整流电路所带的的负载（本文内使用阻感型负载）；Uab-Ucb是为了采集三相電压源线电压的输出情况，其中Uab、Ubc、Uca同时为同步6脉冲发生器提供电压和相位信息；Mean模块是为了求整流输出侧电压的平均值。
各器件参数设置如下：
1.交流电压源Va：峰值振幅 （V）：311.08； 相位（°）： 0 ；频率（Hz）：50
交流电压源Vb：峰值振幅 （V）：311.08； 相位（°）：-120；频率（Hz）：50
交流电压源Vc：峰值振幅 （V）：311.08； 相位（°）：-240；频率（Hz）：50
2.同步6脉冲发生器：同步电压频率（Hz）：50 ； 脉冲宽度（°）：10
3.触发角（alpha-deg）α：0/60
4.晶闸管VT1-VT6：电阻（Ω）：0.001；管压降（V）0；缓冲电阻（Ω）：500；缓冲电容（F）：250e-9
5.负载RL：电阻（Ω）：10 ；电感（H）：0.01
4.仿真结果：
当触发角α=0°时，仿真电路整流输出端电压的平均值为514.4V，得到的波形图如图4-1所示。由波形图可看出，此时晶闸管并未承受正向电压，只承受反向电压；且整流输出端电压连续，且在1个周期内波动6次，波动范围在470V-540V之间，波动幅度较小，输出电压相对稳定；输出电流近似为1条直线，比较稳定。同时仿真输出的电压、电流大小值满足（2-1）、（2-3）所示的公式。
当触发角α=60°时，仿真电路整流输出端电压的平均值为257.2V，得到如图4-2所示的波形图。由波形图可看出，此时晶闸管开始承受正向电压，这是由于触发信号滞后所致；同时其所承受的反向电压经过原点，这是由于负载中存在电感器件的缘故。由于电感器件有阻碍电流变化的特点，使得在下一组晶闸管未被导通之前，继续为其提供了一个维持电流，使得晶闸管能够继续导通。此时电压的波动范围为0V-460V之间，波动的加剧，输出电流亦如此。
结论，随着触发角α的增大，三相桥式整流电路输出的电压、电流波形波动越来越剧烈，输出电压的平局值越来越低；晶闸管所承受的正向电压值越来越大。其整流输出侧的电压、电流满足（2-1）、（2-3）所示的公式。