毕业论文基于PSPICE的三相全控桥式整流电路的仿真与设计.doc

1、摘 要随着微电子技术和电子计算机的技术的迅猛发展，电子电路的分析与设计方法发生了巨大的变革，通用电路的分析与设计已有许多软件，而目前国内外流行最广的电路分析软件是Pspice。Pspice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。本论文主要通过Pspice强大的仿真能力来实现对三

2、相全控桥式电路的设计，应用该软件建立实时仿真模型，进行瞬态分析。根据仿真结果对其电路特性进行分析、比较，加深了对三相全控桥式整流电路工作原理和电路特性的理解。关键词：Pspice；三相全控桥式整流电路；仿真；瞬态分析AbstractWith the rapid development of microelectronics technology and electronic computer technology,electronic circuit analysis and design has undergone tremendous changes, general-purpose ci

3、rcuit analysis and design of many existing software, the most widely popular circuit analysis software at home and abroad is Spice.Pspice software has powerful function schematic drawing, circuit simulation, functional, graphic post-processing functions and components production function symbols to

4、graphically input, the circuit automatically checks, generate charts, simulation and calculation circuit. Its use is very extensive, not only can be used for circuit analysis and optimization of design, can also be used in electronic circuits, circuits and signals and systems courses in computer aid

5、ed instruction. And PCB design software with the use of electronic design automation can be achieved. Be recognized as general-purpose circuit simulation program of the best software, have broad application prospects.This thesis through Pspice powerful simulation capability to realize the three-phas

6、e fully-controlled bridge circuit,using the software to set up a real-time simulation model, then transient analysis . According to the simulation results of the characteristics of their circuit analysis, comparison, better control of three-phase full bridge rectifier circuit theory and circuit char

7、acteristics of understanding.Key words: Pspice; Three-phase fully-controlled bridge rectifier circuit; Simulation; Transient analysis目 录1绪论11.1 仿真是设计电气电路和系统的有效手段11.2 仿真软件的应用11.3 本课题的研究内容及意义22 Pspice仿真软件概述32.1 Pspice的起源与发展32.2 Pspice仿真软件的优越性32.3 Pspice的基本组成52.4 Pspice可执行的仿真分析62.4.1 基本分析62.4.2 高级分析62.

8、5 Pspice软件基本使用步骤73 三相全控桥式整流电路的电路分析83.1 整流电路的分类83.2 三相全控桥式整流电路83.2.1 电阻性负载93.2.2 电感性负载164 基于Pspice的三相全控桥式整流电路的仿真与设计214.1 介绍214.2 单相半波可控整流电路仿真与设计214.3 单相全波可控整流电路254.4 三相半波可控整流电路284.5 三相半控桥式整流电路284.6 三相全控桥式整流电路设计295结束语37参考文献38致 谢39附 录40附录1 单相半波可控整流电路及波形图40附录2 并联续流二极管的单相桥式半控整流电路及其波形图42附录3 三相半波电感性负载接续流二极

9、管时的电路及波形43附录4 输出文本文件4.5.OUT部分内容44 431 绪论计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，已经广泛应用于电力电子电路或系统的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统中许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过程。1.1 仿真是设计电气电路和系统的有效手段电力电子学科是一门较为年轻的学科，也是多学科交叉的边缘学科。电力本质是能源，它有较好的惯性，控制它的是电子线路，而电子

10、线路具有较好的快速性，两者可以构成系统，但形成闭环系统时，会出现问题，用自动控制术语来说属病态系统，即有不易解决的稳定性方面的问题。这样的系统品质在20世纪80年代中后期有了飞速的提高。究其原因则是借助于计算机仿真技术。在使用计算机来进行仿真时，选择合适电路设计软件会使该问题得到一定的解决，前段时间的软件多是解决线性、连续工作的稳态电路。本文介绍的软件，既可解决线性电路，也适合非线性电路；既可解决模拟电路，也适合数字电路；既可解决连续状态工作问题，也适合不连续状态工作的问题；既可解决连续稳定工作电路，也适合开关调节的启动工作电路。总之，电气工程电路均可仿真。仿真时，要读取电路中任何一点电流、任

11、何两点间的电压都很容易，还可以进行频率响应、频谱分析、温度分析、参数变化分析、蒙特卡罗分析、最坏情况分析、噪声分析等等。可以说，后面几种分析在面包板实验中是无法模拟进行的，加之，仿真软件是在计算机上运行，所以有使用方便、简单的优点。电力电子学科近年发展形成了能源电子学科。所谓能源电子学科，除电力电子学科内容外，还应考虑材料、环境、可靠性、管理等方面的问题，才能解决好能源转换问题。由此可见，如此复杂的系统工程，只有充分利用计算机处理综合信息才能迅速得到成效。仿真的必要性、有效性可见一斑3。1.2 仿真软件的应用电力电子电路仿真软件在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面

12、，几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了仿真软件课程。主要是让学生了解仿真的基本概念和基本原理，掌握逻辑综合的理论和算法、使用仿真软件进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具Pspice以及Matlab等，为今后工作打下基础。科研方面主要利用电路仿真工具(Matlab或PSpice)进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLDFPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和AsIC设计等。在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的仿真软件的应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的仿真技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作

13、、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的流片过程等。从应用领域来看，仿真技术已经渗透到各行各业，包括机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有仿真技术的应用。另外，仿真软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件现在也增加了很多新用途，进而使得仿行，而且能一定条件下，实现零电流软开关、大大减小了开关损耗。另为，这种拓扑结构是创新型的，由于PFC的引入使得对电网的谐波污染大大减小，同时可以实现在110V、220V不同电压下工作。值得注意的是，该拓扑结构控制简单。这个电源还利用了DSP实现了数字PID实时控制，使其能良好工作和实现远程通信2。1.3 本课题的研究

14、内容及意义 本论文主要通过Pspice强大的仿真能力来实现对三相全控桥式电路的设计。应用该软件分别建立实时仿真模型，进行瞬态分析。根据仿真结果对其电路特性进行分析、比较，加深对整流电路工作原理和电路特性的理解。研究内容主要包括两个部分：设计等效电路图，模拟Pspice配置；根据等效电路图编写出文本输入文件。在研究过程中，要求我们熟悉整流电路以及它的工作情况。在传统的教学和实验方式中，由于设备昂贵需要投入大量资金且占有很大场地，实验结果有时出现手工绘图不够准确也不能在同一时间内画出多个波形，且一改变控制角，各个波形均要重做，费时费力。把计算机辅助分析软件应用引入电力电子学教学中，使学生学会用计算

15、机工程软件对电路进行分析计算掌握这一高科技应用技术是面向2l世纪的教学改革，是教学环节中不可缺少的一环。采用Pspice仿真实验分析不但使配合教学实验水平上了一个档次，而且节约时间，增大信息量，提高效率。2 Pspice仿真软件概述2.1 Pspice的起源与发展用于模拟电路仿真的Spice（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTR AN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。Spice的正式版Spice 2G在1975年正式推出，但是该程序的

16、运行环境至少为小型机。1985年，加州大学伯克利分校用C语言对Spice软件进行了改写， 并由MICROSIM公司推出。1988年Spice被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软件，在Spice的基础上做了大量实用化工作，从而使Spice成为最为流行的电子电路仿真软件。 Pspice采用自由格式语言的5.0版本自80年代以来在我国得到广泛应用，并且从6.0版本开始引入图形界面。1998年著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与Microsim公司正 式合并，自此Microsim公司的Pspice产品正式并入ORCAD公司的商业EDA系统中。不久之后，OR

17、CAD公司已正式推出了ORCAD Pspice Release 10.5，与传统的Spice软件相比，Pspice 10.5在三大方面实现了重大变革：首先，在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行，而且能够对数字电路、数/模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果。Pspice软件的使用已经非常流行。在大学里，它是工科类学生必会的分析与设计电路工具；在公司里，它是产品从设计、实验到定型过程中不可缺少的设计工具17。

18、2.2 Pspice仿真软件的优越性Pspice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。这些特点使得Pspice受到广大电子设计工作者、科研人员和高校师生的热烈欢迎，国内许多高校已将其列入电子类本科生和硕士生的辅修课程16。 电路设计软件有很多，它们各有特色。如Protel和T

19、ango，它对单层/双层电路板的原理图及PCB图的开发设计很适合，而对于布线复杂，组件较多的四层及六层板来说ORCAD更有优势。但在电路系统仿真方面，Pspice可以说独具特色，是其它软件无法比拟的，它是一个多功能的电路模拟试验平台，Pspice软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。 (1) 图形界面友好，易学易用，操作简单由Dos版本的Pspice到Windows版本的Pspice，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。Pspice 6.0以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉Windows操作系统就很容易学，利用鼠

20、标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。即使没有参考书，用户只要具备一定的英语基础就可以通过实际操作很快掌握该软件。 (2) 实用性强，仿真效果好在Pspice中，对组件参数的修改很容易，它只需存一次盘、创建一次连接表，就可以实现一个复杂电路的仿真。如果用Protel等软件进行参数修改仿真，则过程十分繁琐。在改变一个参数时，哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接，设置其它参数更为复杂。 (3) 功能强大，集成度高在Pspice内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等 ，用户只需在所要观察的节点放置电压(电流)探针，就可以在仿真结果图中观察到其

21、“电压(或电流)-时间图”。而且该软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算，这些都是其它软件所无法比拟的。 另外，用户还可以对仿真结果窗口进行编辑，如添加窗口、修改坐标、叠加图形等 ，还具有保存和打印图形的功能，这些功能都给用户提供了制作所需图形的一种快捷、简便的方法。因此，Windows版本的PSPICE更优于Dos版本的PSPICE，它不但可以输入原理图方式，而且也可以输入文本方式。无疑是广大电子电路设计师的好帮手1。2.3 Pspice的基本组成Pspice的基本程序模块有以下6个部分组成。(1) 电

22、路原理图编辑程序Schematics。Pspice的输入有两种形式，一种是网单文件(或文本文件)形式，一种是电路原理图形式，相对而言后者比前者较简单直观，它既可以生成新的电路原理图文件，又可以打开已有的原理图文件。电路元器件符号库中备有各种原器件符号，除了电阻，电容，电感，晶体管，电源等基本器件及符号外，还有运算放大器，比较器等宏观模型级符号，组成电路图，原理图文件后缀为.sch。图形文字编辑器自动将原理图转化为电路网单文件以提供给模拟计算程序运行仿真。(2) 模拟计算程序Pspice A/D。模拟计算程序是Pspice A/D也叫做电路仿真程序，它是软件核心部分，它接收电路输入程序确定的电路

23、拓扑结构和原器件参数信息，经过原器件模型处理形成电路方程，然后求解电路方程的数值解并给出计算结果，最后产生扩展名为.dat的数据文件（给图形后处理程序Probe）和扩展名为.out的电路输出文本文件。模拟计算程序只能打开扩展名为.cir的电路输入文件，而不能打开扩展名为.sch 的电路输入文件。因此在Schemayics环境下，运行模拟计算程序时，系统首先将原理图.sch文件转换为.cir文件，而后再启动PspiceA/D进行模拟分析。(3) 图形后处理程序Probe。该程序的输入文件为用户作业文本文件或图形文件仿真运行后形成的后缀为.dat的数据文件。它可以起到万用表，示波器和扫描仪的作用，

24、在屏幕上绘出仿真结果的波形和曲线。(4) 信号源编辑程序StmEd (Simulus Editor)。Pspice中有很丰富的信号源，如正弦源，脉冲源，指数源，分段线性源，单频调频源等等。该程序可用来快速完成各种模拟信号和数字信号的建立与修改，并且可以直观而方便的显示这些信号源的波形。(5) 模型参数提取程序Model Ed(Model Editor)。电路仿真分析的精度和可靠性主要取决于元器件模型参数的精度。尽管Pspice的模型参数库中包含了上万种元器件模型，但有时用户还是根据自己的需要而采用自己确定的元器件的模型及参数。这时可以调用模型参数提取程序Model ED从器件特性中提取该器件的

25、模型参数。(6) 电路的优化设计程序Optimizer。Optimizer可以根据用户规定的电路特性约束条件(例如电路的延迟时间不能大于某一值)，自动调整电路元器件的参数设计值，以满足电路的某些指标要求，使电路的性能得到改善。2.4 Pspice可执行的仿真分析Pspice A/D可执行的电路分析，大致可以分为基本分析与高级分析两大类，每一类中会有许多具体的分析类型。 2.4.1 基本分析1直流分析验证电路在直流电源下的工作状态，其中包括：(1) 偏压点分析(Bias Poit Detail)。主要是在用户给定的直流电源的情况下，求出电路上个节点电压与分支电流的数值。(2) 直流灵敏度分析(D

26、C Sensitivity)。计算在偏压点的数值改变时，某个节点电压数值的变化程度。(3) 直流扫描分析(DC Sweep)。将一个或两个直流电压源、模型参数或温度作为输出波形的横轴变量，扫描过一定范围的数值，取出稳态电压或电流作为输出波形图的纵轴变量。(4) 小信号直流转移分析(Small-Signal DC Transfer)。主要是计算在偏压点数值改变的情况下的小信号直流增益、输入阻抗与输出阻抗的改变量。2交流分析验证电路的小信号交流电源作用下的工作状态，它包括：(1) 交流扫描分析(AC Sweep)。主要是将一个或两个交流电源扫过一定范围的频率，并使电路在偏压点附近线性化之后求取小信

27、号电压或电流的幅度会相位的频率响应。(2) 噪声分析(Noise)。主要是求出在交流扫描分析时所指定的频率中，输出信号里面属于各个电路噪声源的比例，输出信号的噪声RMS总和以及等效的输入噪声源。3时域信号分析主要验证电路在时域信号作用下的工作情况。包括有：(1) 暂态分析(Transient)。也叫瞬态分析。用于求出各个时间点上电路的节点电压，支路电流或是数字状态。(2) 傅立叶分析(Fourier)。用于求出暂态分析结果中某个输出信号的直流与其傅立叶成分的比例。2.4.2 高级分析高级分析都必须伴随在直流扫描分析、交流扫描分析或是暂态分析之后才能执行。它们包括：(1) 温度分析(Temper

28、ature)。执行温度分析时，Pspice A/D会按照用户的设置逐步更改工作温度，并改变元件的参数值，然后记录每个温度对应的输出结果。(2) 参数分析(Parametric)。执行参数分析时，Pspice A/D将按照用户的设置而更改某个电路特性值(例如：模型参数、元件值等)，并记录相应的输出结果。(3) 蒙特卡罗/最坏情况分析(Monte Carlo/Worst Case)。蒙特卡罗分析是以随机取样及统计的形式呈现批量生产时合格率的分布情形，而最差情况分析则较适用于找出极端情况下的输出波形及当时的元件值的组合。2.5 Pspice软件基本使用步骤使用Pspice软件实现电路仿真的步骤如图1

29、。第一步，根据要求选择正确的电力电子组件画出原理图或者通过编写后缀名为.cir的文本文件来生成模拟电路。第二步，根据要求选择正确的分析方法。启动Pspice仿真。第三步，根据输出的结果和设计要求进行对比，找出不足。根据分析结果对电路作进一步的修改。图1 Pspice仿真步骤3 三相全控桥式整流电路的电路分析3.1 整流电路的分类整流电路是一种将交流电能转变为直流电能的变换器。按输入电源的相数分，可分为单相、三相和六相等，通常单相整流应用于小功率场合，三相及多相整流用于大功率场合。按整流器件分，可分为可控整流和不可控整流两种。可控整流电路又可分为全控整流电路和半控整流电路。在全控整流电路中，整流

30、器件全由晶闸管或其它可控器件组成。半控整流电路则由整流二极管和晶闻管混合组成。不控整流电路全由整流二极管组成7。按整流输出波形和输人波形的关系分。可分为半波整流和全波整流。半波整流电路中，各整流器件的阴极(或阳极)全部连接到一起，接到负载的一端，而负载的另一端与电源的中点相连。半波整流电路中，每条交流电源线中的电流是单一方向的，负载上得到的只是电源电压波形的一半，故称半波整流。全波整流电路可看成两组半波整流电路申联而成，一组接成共阴极，另一组接成共阳极。它们分别接到负载的两端。在全波整流电略中，不再需要交流电源的中点，每条交流电源线中的电流是交变的。通常全波整流电路也称为桥式整流电路。3.2

31、三相全控桥式整流电路三相桥式全控整流电路应用最为广泛，它是由两个三相半波整流电路发展而来的，如图3.1(a)所示，其中一组三相半波整流电路为共阴极连接，一组为共阳极连接。如果两组负载完全相同且触发角一样，则负载电流Id1、Id2相等，电路零线中无电流流过，如果将零线去掉，并不影响电路的工作，就成为三相桥式全控整流电路，如图3.1(b)所示。由于共阴极组在电源正半周导通，流经变压器二次侧绕组的是正向电流，共阳极组在电源负半周导通，流经变压器二次侧绕组的是反向电流，因此一周期中变压器绕组中没有直流磁势，且每相绕组的正、负半周都有电流流过，从而提高了变压器绕组利用率13。 (a)三相半波共阴极组和共

32、阳极组串联的电路 (b)三相桥式全控整流电路图3.1 三相全控桥式整流电路3.2.1 电阻性负载当 = 0时，可以采用与分析三相半波相控整流电路类似的方法，假设将电路中的晶闸管均换作二极管，也就相当于晶闸管触发角 = 0时的情况。此时对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个晶闸管导通，而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低的一个晶闸管导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组各有一个晶闸管处于导通状态，电路工作波形如图3.2所示。 = 0就是在自然换相点处换相。图3.2 三相桥式全控整流电路阻性负载 = 0时的波形第I阶段，a 相电位最高，共阴极组T1管触发导通，b

33、相电位最低，共阳极组T6触发导通，电流流通路径为a T1 R T6 b，负载上电压ud=ua-ub=uab 。变压器a、b两相工作，共阴极组的a 相电流为正，共阳极组的b相电流为负。第II阶段，a 相电位仍然为最高，T1继续导通，但c 相电位最低，在自然换相点处触发c 相的T2管，则T2导通，电流从b 相换至c 相，T6因承受反向电压关断。这时电流流通的路径为a T1 R T2 c，负载上电压ud=ua-uc=uac 。第III阶段，b相电位最高，自然换相点处触发T3管，则共阴极组换相至T3，电流从a相换至b 相，T1 因承受反向电压关断，T2 因c相电位仍为最高而继续导通，负载上电压ud=u

34、b-uc=ubc 。以下 IV、V、VI 阶段以此类推。在第IV 阶段，T3、T4导ud=ub-ua=uba ；第V阶段，T4、T5导通，ud=uc-ua=uca ；第VI 阶段，T5、T6导通，ud=uc-ub=ucb。以后重复上述过程。由以上分析可知，三相全控桥式整流电路中，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通；对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低(或者说负得最多)的导通；任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态。其余的晶闸管均处于关断状态。触发角的起点，仍然是从自然换相点开始计算，注意正负方向均有自然换相点。晶闸管导通顺序为：T1、T6 T

35、1、T2 T2 、T3 T3 、T4 T4 、T5 T5 、T6 ，一周期中每个晶闸管导通120，每隔60有一个晶闸管换相6。当触发角 0时，每个晶闸管都不在自然换相点换相，而是从自然换相点向后移角开始换相。图3.3为= 30时电路的工作波形，其分析方法与 = 0时相同。可从角开始把一个周期6等分，晶闸管导通顺序仍为T1、T6 T1 、T2 T2 、T3 T3 、T4 T4 、T5 T5 、T6 ，所以输出电压波形还是uab、uac 、ubc、uba 、uca 和ucb等线电压的一部分，只是相位后移30。晶闸管T1 承受的电压波形由三段组成： t1 t3 段，T1 导通， u T1 = 0；t

36、3 t5 段，共阴极组T3导通， uT1 = ua ub = uab ；t5t7段，共阴极组T5 导通，uT1 = ua uc = uac 。图3.3 = 30时的波形图 3.4、图3.5 分别为 = 60、 = 90时输出电压ud 波形。 = 60为电流连续和断续的临界条件，当 60时电流波形断续。图3.4 = 60时的波形图3.5 = 90时的波形由以上分析可以看出：(1) 三相桥式全控整流电路在任何时刻必须保证共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导通，才能构成导电回路。(2) 器件换流只在本组内进行，每隔120换流一次，所以共阴极组晶闸管T1、T3、T5触发脉冲相位相差120，共阳极组晶闸管T

37、4、T6、T2的触发脉冲也相差120。由于共阴极组和共阳极组换流点相隔60，所以每隔60有一个器件换流。接在同一相的两个组件触发脉冲相位相差180。所以触发脉冲顺序为T1T2T3T4T5T6。(3) 为了保证任何时刻共阴极组和共阳极组中各有一晶闸管导通，或者由于电流断续后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。可以采用宽脉冲(脉冲宽度大于60，一般取80100)或双窄脉冲(即一周期内对一个晶闸管连续触发两次，两次脉冲间隔60)来实现。实际工程应用中常采用双窄脉冲触发方式，虽然它的触发电路复杂，但可使触发装置输出功率减小，从而减小脉冲变压器铁心的体积。用宽脉冲触发，虽然脉冲次数

38、减少一半，但为了使脉冲变压器不饱和，铁心体积做得较大，绕组匝数也多，使漏感加大，脉冲前沿不够陡。(4) 三相全控桥电路整流输出电压是线电压的一部分，一个周期内脉动6次，脉动频率为300Hz，较三相半波电路提高一倍。下面分析其基本数量关系。电流连续时( 60)，整流输出电压平均值为 (3.1)电流断续时( 60)，整流输出电压平均值为 (3.2)负载电流平均值为 (3.3)当 60时，电流连续，对图3.3 波形分析，以 = 30为例，可得到变压器二次侧绕组电流有效值为 (3.4)当 60时，电流断续(参见图3.4、图3.5)，变压器二次侧绕组电流有效值为 (3.5)流过晶闸管的电流平均值IdT

39、为负载电流的1/3，即 (3.6)流过晶闸管的电流有效值IT也有连续和断续两种情况，但两种情况下均有 (3.7)阻性负载时， = 0，有I2 = 0.816Ia ， U2 =U d0 / 2.34，所以整流变压器二次侧绕组视在功率 (3.8)整流变压器一次侧容量为 (3.9)设一、二次侧绕组匝数相同，即w1 = w2 ，于是U1 =U2 ，在二次侧绕组中正、负半周都有电流I2 ，平均值为零，所以I1 = I2 ，则一次侧容量为 (3.10)所以整流变压器容量为S = S1 = S2 =1.05Pd 。3.2.2 电感性负载三相全控桥电感性负载电路通常电感量足够大，使负载电流连续且其波形基本上为

40、一条水平线。感性负载时导电规律与阻性负载相同， 60时，整流输出电压ud 波形与阻性负载时一样。当 60时，由前面分析可知，阻性负载的输出电压波形断续，对于大电感负载，由于电感 L 的作用，在电源线电压过零后晶闸管仍然导通，直到下一个晶闸管触发导通为止，这样输出电压波形中出现负的部分。 = 90时，ud 波形正、负面积相等，平均值Ud = 0，所以感性负载时电路移相范围为90。图3.6、图3.7、图3.8分别为 = 0、 = 30、 = 90三相全控桥带大电感负载时的工作波形12。图3.6 三相桥式全控整流电路带电感性负载 = 0时的波形图3.7 三相桥式全控整流电路带电感性负载 = 30时的

41、波形图3.8 三相桥式全控整流电路带电感性负载 = 90时的波形从图3.6的uT1波形可知。在电压可调范围内，晶闸管承受的最大正、反向电压均为。感性负载电流连续时，晶闸管导通角总是120，ud波形每隔60重复一次，所以整流输出电压平均值为 (3.11)负载电流平均值为 (3.12)变压器二次侧绕组一周期内流过电流波形为方波，其中正半周为120，负半周也为120，所以二次侧绕组电流有效值为 (3.13)流过晶闸管的电流有效值IT 和平均值IdT 分别为 (3.14) (3.15)同样，为了提高整流输出直流电压平均值，可在负载侧并联一续流二极管，构成带续流二极管的三相桥式整流电路，其工作过程请读者

42、自行分析。三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大可以使负载电流连续的情况下，其电路工作情况与带感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，只在计算负载电流平均值Id 时有所不同，此时为Id = (Ud E) / R 。4 基于Pspice的三相全控桥式整流电路的仿真与设计4.1 介绍如果转换开关是晶闸管，就可以控制交直流的转换，通过改变晶闸管的触发角来调整由交流电所供应的直流电源的负载量。电力电子技术已成为一门新兴的高新技术学科，介于电气工程的三大领域：电力、电子和控制技术之间的边缘学科。是研究电力的传送、电力的变换、电力的控制和电力的开关的电子学。电力电子技术课程中讲

43、授电能的变换，波形分析法是该课程的主要分析方法，利用各种波形阐明各种变流电路的工作原理。变流电路在不同控制角下，负载电压、电波波形以及晶闸管两端的电压等波形均会有相应的变化。晶闸管转换器的配置类似于在失控整流器，在这里我们提供门驱动器来增加控制程度8。4.2 单相半波可控整流电路仿真与设计如图4.1(a)所示的单相半波可控整流电路，4.1(b)给出了负载电压ud与负载电流id的波形图。 图4.1(a) 单相半波可控整流电路图4.1(b) 负载电压ud与负载电流id的波形图假设现在提供一个100HZ振幅为200V的矩形波交流电，负载电阻为2，当它的触发角=90时，我们就有了以下的疑问：(a)负载

44、电流的有效值是多少?(b)负载功率的平均值是多少?(c)流过晶闸管的平均电流是多少(忽略所有的电路电感)?解决上述问题有以下四个步骤：STEP1:从图4.1.(a)和所给的数据可以画出图4.2。图中给出了门驱动器(Gate driver)和晶闸管模型(Thyristor model)。 图4.2 单相半波可控整流电路的Pspice组态STEP2:按照图4.2写出.cir的文本文件，保存为4.2.cir，程序中的*后面的内容是解释下面的内容，每句的分号后面是解释这句话的含义，如下：THYRISTOR SINGLE-PHASE HALF-WAVE RECTIFIER * 电源，方波控制电压.PAR

45、AM V1=-200V V2=200V; 设置初始值和峰值.PARAM TR=10ns TF=TR; 设置脉冲上升与下降时间.PARAM FREQ=100HZ PERIOD=1/FREQ; 电源频率设置.PARAM P_WIDTH=PERIOD/2; 设置电源脉冲宽度.PARAM TD=0; 脉冲上升前的延迟时间VS 1 0 PULSE(V1 V2 TD TR TF P_WIDTH PERIOD)* 负载.PARAM RLOAD=2ohmsRL 1 2 RLOAD; 负载电阻参数设置* 设备，模拟晶闸管WTH 3 0 VX TH_IDEAL; 晶闸管设置为电流控制开关* VX是零压电流传感器，控制开关的关断.MODEL TH_IDEAL ISWITCH(RON=1E-3 ROFF=1E6 ION=0.1 IOFF=0) *