励磁系统整流电路的MATLAB仿真设计 作者罗翔 指导老师：刘东 (上海交通大学电气工程系，上海市200240) 摘要： 本文应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了三相桥式全控整流电路的仿真模型。 对晶闸管三相桥式全控整流电路输出电压与控制角及负载特性的关系进行了一系列的探讨。 利用仿真的真实性与直观性，从性能方面与应用方面，晶闸管整流电路与PWM整流电路进 行了简要的分析对比。 关键词： 励磁系统、整流电路、Matlab/Simulink、仿真 1.引言 影响重要的器件在试验成本上都是相 当的昂贵的，本文借助MATLAB数值仿真 随着社会的发展与科学的进步，整流电 的技术手段，科学准确、形象直观地研究励 路在自控领域、测量系统、发电机励磁系统 磁系统整流电路的基本特性。在深入研究三 中应用日益广泛2,3101。常用的整流回路有三 相桥式全控电路的同时，将传统晶闸管-控 相桥式不可控整流、三相桥式半控整流电路 制角控制方法与现代MOSFET/IGBT-PWM 和三相桥式全控整流电路（以下统称为晶闸 的方法进行比对。 管整流)川。控制原理、电路主拓扑上这三 搭建出文1]给出的模型，仿真出不同负 个整流电路相似，文[1]利用在文[5]的基础 载的波形。在文章的最后将给出与文[4]给出 上，经MATLAB/SIMULINK仿真，直观的 模型的结果。 将晶闸管整流电路输出电压与控制角及负 载特性的关系呈现了出来。 3.解决问题的方法 近年来，我国大力提倡清洁能源，在广 (一)Matlab/Simulink简介 袤的西部与延伸万里的东部沿海都提供了 Matlab是美国Math Mat lab是美国 大量的可利用的风能9,12。而在电力电子普 Math Works公司80年代推出的一种数值 及的同时，电网谐波污染问题日趋突出☑， 型计算软件，它集科学计算、自动控制、信 通过改变励磁装置可以提高同步发电机的 号处理、神经网络和图像处理等功能于一 运行性能，利用PWM技术能很好的解决普 体，具有编程效率高、图形功能强等优点。 通晶闸管整流电路带来的谐波（以下统称为 近年来，它己经发展成为适合多学科、多种 PWM整流)。 工作平台的功能强大的大型仿真软件。 本文将在MATLAB/SIMULINK平台上 Matlab提供的可视化仿真工具Simulink 搭建出文[1]提出的模型，对不同负载类型输 用来对动态系统进行建模、仿真和分析， 出波形进行详尽分析，在文章的最后将文[4] 支持连续时间、离散时间及两者混合的线性、 模型进行对比。 非线性系统，也支持多变量、多速率的系统， 具有模块化、可重载、可封装和图形化编程 2.问题的提出 等特点，大大提高了系统仿真的效率和可靠 同步发电机励磁系统中整流电路的主 性。Simulink提供了丰富的模型库供仿真使 要任务是将交流电整流成直流电，供给发电 用。其中电力系统元件库的功能非常强大， 机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。整流电路 可以用于电路、电力电子系统、电机系统、 是励磁系统中必备的部件，它对运行有极重 电力传输等过程的仿真，提供了一种类似电 要的影响8。 路建模的方式进行模型绘制，在仿真前自动励磁系统整流电路的 MATLAB 仿真设计 作者 罗 翔 指导老师：刘 东 （上海交通大学 电气工程系，上海市 200240） 摘 要： 本文应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了三相桥式全控整流电路的仿真模型。 对晶闸管三相桥式全控整流电路输出电压与控制角及负载特性的关系进行了一系列的探讨。 利用仿真的真实性与直观性，从性能方面与应用方面，晶闸管整流电路与 PWM 整流电路进 行了简要的分析对比。 关键词： 励磁系统、整流电路、Matlab/Simulink、仿真 1．引言 随着社会的发展与科学的进步，整流电 路在自控领域、测量系统、发电机励磁系统 中应用日益广泛[2,3,10]。常用的整流回路有三 相桥式不可控整流、三相桥式半控整流电路 和三相桥式全控整流电路(以下统称为晶闸 管整流) [11]。控制原理、电路主拓扑上这三 个整流电路相似[1]，文[1]利用在文[5]的基础 上，经 MATLAB/SIMULINK 仿真，直观的 将晶闸管整流电路输出电压与控制角及负 载特性的关系呈现了出来。 近年来，我国大力提倡清洁能源，在广 袤的西部与延伸万里的东部沿海都提供了 大量的可利用的风能[9,12]。而在电力电子普 及的同时，电网谐波污染问题日趋突出[7]， 通过改变励磁装置可以提高同步发电机的 运行性能，利用 PWM 技术能很好的解决普 通晶闸管整流电路带来的谐波（以下统称为 PWM 整流）。 本文将在 MATLAB/SIMULINK 平台上 搭建出文[1]提出的模型，对不同负载类型输 出波形进行详尽分析，在文章的最后将文[4] 模型进行对比。 2．问题的提出 同步发电机励磁系统中整流电路的主 要任务是将交流电整流成直流电，供给发电 机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。整流电路 是励磁系统中必备的部件，它对运行有极重 要的影响[8]。 影响重要的器件在试验成本上都是相 当的昂贵的，本文借助 MATLAB 数值仿真 的技术手段，科学准确、形象直观地研究励 磁系统整流电路的基本特性。在深入研究三 相桥式全控电路的同时，将传统晶闸管-控 制角控制方法与现代 MOSFET/IGBT-PWM 的方法进行比对。 搭建出文[1]给出的模型，仿真出不同负 载的波形。在文章的最后将给出与文[4]给出 模型的结果。 3．解决问题的方法 (一) Matlab/Simulink 简介 Matlab 是美国 Math Mat lab 是美国 Math Works 公司 80 年代推出的一种数值 型计算软件 ,它集科学计算、自动控制、信 号处理、 神经网络和图像处理等功能于一 体，具有编程效率高、 图形功能强等优点。 近年来 ,它已经发展成为适合多学科、多种 工作平台的功能强大的大型仿真软件。 Matlab 提供的可视化仿真工具 Simulink 用来对动态系统进行建模、仿真和分析， 支持连续时间、离散时间及两者混合的线性、 非线性系统，也支持多变量、多速率的系统， 具有模块化、可重载、可封装和图形化编程 等特点，大大提高了系统仿真的效率和可靠 性。Simulink 提供了丰富的模型库供仿真使 用。其中电力系统元件库的功能非常强大， 可以用于电路、电力电子系统、电机系统、 电力传输等过程的仿真，提供了一种类似电 路建模的方式进行模型绘制，在仿真前自动