一、三相桥式全控整流电路仿真模型

1.电路模型

        三相桥式全控整流电路是一种常见的整流电路，用于将三相交流电转换为直流电。电路通常由六个晶闸管（SCR）组成，以实现对电流的控制。 在三相桥式全控整流电路中，每个相都包含两个可控硅器件，分别连接在桥式整流电路的两个对角线上。通过适当的触发信号控制六个晶闸管的导通顺序以及导通时间实现每个相位的交流电信号通过全桥整流器，将负半周的信号转换为正半周的信号 ，从而实现对输出电压的控制。三相桥式全控整流电路的输出电压可以通过调整触发角来控制。在三相桥式全控整流电路中，晶闸管的通断是通过双窄脉冲或宽脉冲触发来控制的。每个周期内，触发电路会按照特定的顺序给晶闸管施加触发脉冲，从而调节直流部分的电压。这种控制方式使得三相桥式全控整流电路具有较大的功率调节范围和较高的线性度。

2.电路参数

（1）交流输入参数：A/B/C三相交流输入参数如图所示，三相电压幅值为50V，注意B相相位设置为-120°，C相相位设置为-120°

（2）驱动脉冲参数：A/B/C三相晶闸管驱动脉冲如下图所示，需特特别注意脉冲的相位延迟参数设置，由于六个晶闸管各导通60°，并且触发角α=0°对应该相位的30°时刻（红色方框所示），因此三个驱动脉冲的延时分别为30°、90°、150°、210°、270°、330°

三相桥式全控整流电路同时需要两个晶闸管导通，因此需要使用宽脉冲或者双窄脉冲，本文选择宽脉冲如下图所示。

二、仿真分析

1.电阻负载

       晶闸管触发角α=0°～120°仿真波形如下图所示，随着触发角的不断增大，输出电压以及电流的平均值不断减小，最变为0。

晶闸管触发角α=30°/60°/仿真波形如下图所示，分别为VT2、VT4、VT6驱动脉冲和三相输入电压相位图（a）、三相输入电流(b)、三相输入电压（包括相电压和线电压）（c）、输出电流输出电压(d)。（从上到下，后续顺序以及编号相同） 

（1）晶闸管触发角α=30°

（2）晶闸管触发角α=60°

在电阻负载工况下，通过晶闸管触发角α=30°/60°仿真波形可以看出：

 a.按照VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6脉冲相位依次差60°，VT1、VT3、VT5各相晶闸管脉

冲依次相差120°，VT4、VT6、VT2各相晶闸管脉冲依次相差120°，同一桥臂相差180°，开启时刻

对应该相电压开始最大时刻

 b.阻性负载条件下输入/输出的电压、电流波形相同，幅值相差电阻的倍数，并且f(Uo)=6*f(Uin)

c.晶闸管在非理想情况导通时电压并不为0，导通压降0.8V（实际不同厂家的器件参数不一致） 

d.晶闸管承受的最大正反向电压峰值为变压器二次侧线电压峰值，α≤60°时，负载电流连续，导通

角度为120°，α＞60°时，负载电流断续，导通角度小于120°

e.变压器二次电流中无直流分量，即无直流磁化。

f.晶闸管移相范围0°～120°（晶闸管移最大相角度对应输出电压平均值为0时的触发角），

 2.阻感负载

       晶闸管触发角α=0°-90°仿真波形如下图所示，随着触发角的不断增大，输出电压以及电流的平均值不断减小，最变为0。

（1）晶闸管触发角α=30°

（2）晶闸管触发角α=60°

在阻感负载工况下，通过晶闸管触发角α=30°/60°仿真波形可以看出：

 a.按照VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6脉冲相位依次差60°，VT1、VT3、VT5各相晶闸管脉

冲依次相差120°，VT4、VT6、VT2各相晶闸管脉冲依次相差120°，同一桥臂相差180°，开启时刻

对应该相电压开始最大时刻

 b.阻感性负载条件下，由于电感的存在，电流不能发生突变，输出电流近似为一条直线，其波动频

    率与输出电压一致，并且f(Uo)=6*f(Uin)，

c.晶闸管承受的最大反向电压为输入电压峰值，导通角度为120°，与触发角无关。

d.变压器二次电流中无直流分量，即无直流磁化。

e.晶闸管移相范围0°～90°（晶闸管移最大相角度对应输出电压平均值为0时的触发角）

三、总结

1.不同负载特性对比

        从上述的仿真波形中可以看出不同负载特性波形差异比较大，因此在验证仿真时特需注意负载条件，不同负载特性对比如下表所示（电感较大）：

2.优缺点

（1）优点：

（a）输出电压稳定：三相桥式全控整流电路通过控制可控硅的导通角度来调节输出电压，从而实现输出电压的稳定。这主要得益于滤波电感的作用，使得电路中的电压变得平滑，减少了电压的波动。

（b）输出电流大：三相桥式全控整流电路可以通过串联多个负载电阻来增加输出电流，使其适用于高功率电子传动领域。这是通过可控硅的开关能力和负载电阻的选取来实现的，使得电路中的电流得到有效控制。

（c）控制精度高：三相桥式全控整流电路的控制精度非常高，可以实现无级调节输出电压和输出电流，满足了各种精密控制的需求。

（d）电流谐波小：其电流波形比较平稳，谐波水平较低，这有助于减小对电源的干扰，提高电路的稳定性和可靠性。

（e）应用广泛：三相桥式全控整流电路具有广泛的应用范围，例如在电动机调速、变频器、UPS等领域中都能见到其身影。

（f）效率高与可靠性高：由于电流波形平稳、谐波小、损耗少，提高了电路的效率。同时，整流器的耐压能力强，具有过流、过温等保护功能，保证了电路的稳定运行。

（2）缺点：

（a）对控制电路要求高：需要精确的触发信号和控制电路，增加了设计和实现的复杂性。

（b）成本较高：由于需要多个可控硅器件和控制电路，造成了成本的增加。

（c）对晶闸管移相角的调节会直接影响到网侧功率因数，尤其在移相角较大的情况下，电源的进

线端输入电流波形质量会变差，导致网侧功率因数降低，对电网造成一定的污染。

（d）该电路的电磁干扰较大，可能对周围的其他电气设备以及自身的控制电路产生干扰。在换流过程中，还可能使电网电压变得不稳定。

3.注意事项

三相桥式全控整流电路在实际应用中需要注意以下几个关键事项：

（a）元件选择与散热：选择合适的晶闸管，确保其能够承受电路中的最大电流和电压。 考虑晶闸管的散热问题，尤其是在高负载或长时间运行时，应确保晶闸管工作在适当的温度范围内。

（b）触发脉冲控制：三相桥式全控整流电路需要使用双窄脉冲或宽脉冲进行触发，触发脉冲的准确性和稳定性对电路性能至关重要。 触发脉冲的相位差和顺序必须精确控制，以确保晶闸管能够按照预期进行开关动作。

（c）电压与电流调节：根据应用需求，合理调节输出电压和电流。注意在调节过程中避免过流或过压，以免损坏电路元件。 在感应圈的烘炉阶段，应保持低功率输出；在熔炼阶段应将功率调至最大，提高熔炼速度。

（d）故障保护与安全措施：电路中应设置可靠的故障保护线路，当出现过流、过压、短路等故障时，能够及时切断电源或采取其他保护措施。 定期对电路进行检查和维护，确保各元件处于良好状态，预防潜在的安全隐患。

（e）电磁干扰与滤波：三相桥式全控整流电路可能产生电磁干扰，应采取适当的滤波措施，减小对周围设备的影响。 选用合适的滤波电感和电容，以平滑输出电压和电流，降低谐波水平。

（f）电源稳定性：确保输入电源的稳定性，避免因电源电压波动而影响整流电路的性能。 对于需要高精度控制的场合，可以考虑使用稳压电源或电源滤波器来提高电源的稳定性。

（g）调试与启动：在主电路未接通时，首先要调试触发电路，确保触发电路工作正常后再接通主电路。 在接通主电路前，将控制电压调到零，并将负载电阻调到最大阻值处；接通主电路后，再逐渐加大控制电压。

4.应用场合

       三相桥式全控整流电路的主要应用包括工业领域和交通领域。特别适用于需要高效、稳定输出的场合。通过合理的设计和控制，可以实现对电能的有效转换和利用。在工业中，它通常用于交流电源供给直流电动机或直流电动机控制系统，实现对电机的精确控制，如调节转速和转矩，以及实现电机的启动、制动和反接功能。在交通领域，三相桥式全控整流电路常用于交流电动机的调速系统，如地铁、轻轨、城市有轨电车等交通工具的电机控制，以及电动汽车、电动车辆的发动机控制系统。 

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