基于Matlab的三相桥式全控整流电路及Sepic、Zeta斩波电路仿真实验
一． 实验目的
1. 学习掌握三相桥式全控整流电路及Sepic、Zeta斩波电路的工作原理； 2. 熟悉基于Matlab的动态电路的仿真； 3. 分析不同触发角对全控整流电路的影响； 4. 分析不同导通占空比对斩波电路的影响。
二． 实验原理
1. 三相桥式全控整流电路 （1） 整流原理
三相桥是应用最为广泛的整流电路，它是由两组三相半波整流电路串联而成的，一组为共阴极接线，另一组为共阳极接线，如图（1）所示。若工作条件相同，则负载电流Id1=Id2，如果将零线切断，不影响电路工作，成为三相桥式全控整流电路，如图（2）所示。
图1 三相半波共阴极组和共阳极组串联电路
阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组，阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极管。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，经分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。共阴极组正半周触发导通，共阳极组在负半周触发导通，在一个周期中变压器绕组中没有直流磁势，且每相绕组在正负半周都有电流流过，延长了变压器的导电时间，提高了变压器组的利用率。
（2）触发脉冲
三相桥式全控整流电路任意时刻都有两个晶闸管同时导通从而形成供电回路，其中共阴极组和共阳极且各1个，且不能为同一相器件。触发脉冲相位依次关60度，同一相的上下两个桥臂即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2脉冲相差180度；共阳极组VT4、VT6、VT2的脉冲相差120度，共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲也相差120度。
直流电压一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用宽脉冲触发或双脉冲触发，宽脉冲触发为脉冲宽度大于60度(一般取80度---100度)；双脉冲触发是在某个晶闸管触发的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60度，脉宽一般为20—30，双脉冲触发的电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小，宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱合，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。因此常用的是双脉冲触发。
（3）带电阻负载时的工作情况（α=0°时）
假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发角α=0时，各晶闸管均在自然换相点换相。共阳极的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通，共阴极的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低的一个导通。任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载的电压为某一线电压，此电路工作波形如图4所示。
由图中变压器二次绕组相电压与线电压的波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析Ud的波形时，既可以从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。
从相电压波形看，以变压二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管
导通时，整流输出电压Ud1为相电压在正半周的包络线，当共阳极导通时，整流输出电压Ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压Ud=Ud1-Ud2是两条包络线的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压Ud这两个相电压相减是线电压中最大的一个，因此输出整流电压Ud波形为线电压在正半周的包络线。
为了说明各晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60度，如图4所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示。由此表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。
由图4晶闸管Uvt1的波形图看出，晶闸管一周期中有120°处于通态，240°处于断态，由于负载为电阻，故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的负载电压Ud波形相同。
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图4 三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0°时的波形
（4）带阻感负载时的工作情况
当α≤60°时，Ud波形连续，阻感负载的工作情况与带电阻负载的工作情况相似，区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流波形不同。电阻负载时电流波形与电压波形相同，而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大时，负载电流波形近似为一条水平线。
当α>60°时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时，Ud波形不会出现负的部分，图6为α=90°时带阻感负载的波形图，由图7可以推知，如果电感L值足够大，Ud中正负面积将基本相等，因此，三相全控整流桥阻感负载的α角移相范围为90度。
图 三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0度时的波形
2．Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
（1）Sepic电路的基本工作原理是：
当V处于通态时,E-L1-V回路和C1-V-L2回路同时导通，L1和L 2储能。当V处于断态时，E-L1-C1-VD-负载（C2和R回路）以及L2-VD-负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载R供电，同时也向C1充电，C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移。 Sepic斩波电路输入输出电压关系为：
