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实验课一 直流调速用电源 Matlab仿真

一.  实验目的: 

1.  加深理解三相桥式全控整流电路工作原理及特点。 

2.  学习基本的 Matlab 建模方法及元件模型参数设定。

二.  实验任务: 

1.  在  simulink 平台上，构建三相桥式全控整流电路模型。分别对纯电

阻负载、阻感负载情况仿真，观察整流输出电压及电流波形变化。 

2.  按教材例题 1­4~5 的数据进行直流电动机建模。 并分别对两种不同供

电方式下的电机运行情况进行仿真。

三.  实验内容: ① 

1.  三相桥式全控整流电路建模与仿真 

( 1 )  三相桥式全控整流电路的工作原理：

三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式整流电路由整流变压器、 

6 个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（图中未画出）。6 个晶闸管依次相隔 

60 度触发，将电源交流电整流为直流电。三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲

触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。整流元

件必须有序控制，习惯上将共阴极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管编为 VT1、 ① 本实验课所用 Matlab 文件为 Lab_course1_1.mdl

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VT3、VT5，共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为  VT4、VT6  、VT2。

按此编号，晶闸管导通的顺序为：VT1­VT2­VT3 ­VT4­VT5­VT6。整流变压器采用Δ/Y 联结

可减少 3 的整倍数次谐波电流对电源的影响。 

( 2 )  基于 Simulink 三相桥式全控整流电路的建模

在 Simulink 环境下，运用 PowerSystemBlockset 的各种元件模型建立了三相桥式全控

整流电路的仿真模型，仿真结构如图 1­1 所示：从 Simulink 和 SimPowerSystems 模块库中，

找到所用的模块拖入到新建的模型编辑窗口中。 

( 3 )  建模参数设置 

a)  电源参数设置： 三相电源的电压峰值 220  2 V，频率为 50HZ，相位分别为 0、­120、 

­240。 

b)  整流器变压器参数设置：一次绕组联结（wingding1    connection）选择 Delta(D11)，

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线电压为 380V；二次绕组联结（wingding 2    connection）选择 Y，线电压为 230v，在要求

不高时变压器容量、互感等其他参数可以保持默认值不变。 

c）同步变压器参数设置：一次绕组联结（wingding1    connection）选择  Delta(D11)，

线电压为 380V；二次绕组联结（wingding  2    connection）选择 Y，线电压为 15v，其他参

数可以保持默认值不变。 

d）三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。在整流器件栏选 Thyristors（晶闸管） 

e）RLC 负载参数设置：R 值为 0.5 欧姆，L 值选 0.0147H，C 的值为 inf。

并选支路电压、电流可测。

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f）6 脉冲发生器设置：频率为 50HZ，脉冲宽度取 10，选择双脉冲触发方式。

该模块是经过子系统封装后构成的一个模块。 可以通过 Edit 菜单选项 Look under Mask 

查看其内部结构。 

g）直流电机设置：F+和 F­是直流电机励磁绕组的连接端，A+和 A­是电机电枢绕组

的联结端，TL 是电机负载转矩的输入端。m 端用于输出电机的内部变量和状态，在该端可

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以输出电机角速度、电枢电流、励磁电流和电磁转矩四项参数。本例设置电枢电阻 0.5 欧姆，

电枢电感 0.0023H， 励磁绕组电阻 100 欧姆， 励磁和电枢互感 0.836H， 转动惯量 0.255kg.m 2 。

励磁直流电源电压 220V。其它参数可选默认值。粘滞摩擦系数（Viscous friction coefficient）

为 0，库仑摩擦转矩（Coulomb friction torque）为 0，初始角速度(initial speed)为 0.1。

以上参数除电机额定参数外，可用下述估算式得到：

电动势系数

电枢电感(H)：  p 为电机磁极对数

场枢互感(H): 

11.9 2 

e N a 

N N 

C U L pn I

= 

30 m e af 

f f 

C C L I I π

= = f 

f f 

U I 

R = 

N N a e 

N 

U I R C n −

=

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Uf  为励磁绕组直流电压；Rf  为励磁绕组电阻；恒磁场控制时 Lf 可设为 0。

电机转动惯量(kg.m 2 )  g  为重力加速度

电机额定电磁转矩(N.m) 

供电电源变压器二次电压(相电压) 

h）其它为示波器、万用表等观测模块，可选用。 

( 4 )  三相桥式全控整流电路仿真结果

a) 纯电阻负载，触发角分别为 30°、90°、120°时整流器输出电压仿真图 

2 

4 GD J g

= 

9.55 N m N e N T C I C I = = 

2 min 2.34cos 

N rec N U R I U α

− =

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可见，控制触发角范围 0~120°其中 60°为临界连续点。

b) 阻感负载（电感足够大），触发角分别为 65、90、115 时整流器输出电压仿真图

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可见，90°时输出电压平均值为 0，只要电感值足够大，电路电流就能连续。

四.  实验步骤: 

1.  进入 Windows 操作系统； 

2.  进入 Matlab Command Window(双击桌面上的 Matlab 图标进入)； 

3.  进入  Simulink  窗口(在  Matlab Command Window 窗口中，键入  Simulink  后按回车

键)  或双击工具栏中的 图标；如下

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所用框图多在 Simulink 和 SimPowerSystems 栏里，点击后，右边窗口出现模块类，所用

的多在  Commonly  Used  Block（通用类模块）、Continuous（连续系统类模块）、Math 

Operations（数学运算类模块）、Sinks（输出类模块）和 Source（输入类模块）里。 

4.  点击 Simulink 窗口中的 图标，弹出一个新窗口，就可将所需的模块从 Simulink 库中

拖入该窗口中，连接好各模块和设置参数后命名保存，就会生成一个后缀为.mdl  的 

Matlab 文件。 

5.  在 Simulink  窗口构建好动态数学模型后，选择好仿真时间和仿真算法（多采用 ode23）

对系统模型仿真。

五.  思考问题: 

1. V-M 系统中平波电抗器有什么作用？

2. 如何封装用户子系统，构成用户模块？

3. Matlab 对你所学的还有其他用处吗？