变压器漏感对整流电路影响的

【摘 要 】变压器漏感对整流电路的影响在电力电子技术中较为重要,但很多人对此概念仍较为模糊.本文通过MATLAB对考虑变压器漏感时的整流电路进行仿真分析,获得受影响电路的电流、电压等参量的波形,并利用对比考虑变压器漏感和不考虑变压器漏感两种状况下的电路输出参量波形的方法,以及对参量的数值分析与计算等手段,使学习者更加直观和准确的了解变压器漏感对整流电路造成的影响.

【关 键 词 】电力电子技术,变压器漏感,整流电路

1.引言

在过去我们分析整流电路的时候,都没考虑过变压器漏感对电路的影响,认为换相是瞬间实现的.但事实上变压器绕组总存在漏感,该漏感可用一个集中的电感LB表示,并将其等效到变压器二次侧.因为电感会阻碍电流的变化,电感电流不能突变,于是换相过程不可能瞬时完成,而是会持续一段时间,使得电路出现换相重叠角,并且整流输出电压平均值Ud降低.本文利用MATLAB仿真软件对此进行了仿真分析.

2.理论分析

2.1 整流过程分析

接下来以三相半波整流电路为例对考虑变压器漏感时的换相过程进行分析,然后将结论推广到其他整流电路.

图1 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路

VT1换相至VT2的过程：

由于a相和b相都存在漏感,所以ia和ib都不能突变.故存在一个短暂的时间使得VT1和VT2同时导通,也就是这段时间a相和b相发生暂时性短路,因此两相所构成的回路中出现了环流ik.

ik等于ib是逐渐增大的,而ia等于id-ik是逐渐减小的.

当ik继续增大至id时,ia等于0,a相晶闸管VT1关断,换流过程完成.

2.2 换相重叠角

我们把换相过程所持续的时间,可以用电角度表示,而就称为换相重叠角.

经过推导我们得到求解换相重叠角的公式：

随其它参数变化的规律：

（1）Id越大则越大,

（2）XB越大越大,

（3）当≤90时,越小越大.

2.3 变压器漏感对整流电路影响的部分总结：

1）整流输出的负载两端电压Ud下降,且出现了换相重叠角.

2）整流电路的工作状态增多.

3）晶闸管的di/dt减小,电流变化率的减小有助于晶闸管的安全导通.

4）晶闸管电压在换相时出现缺口,产生正的du/dt,正的电压变化率会导致晶闸管误导通,因此要加上吸收电路.

5）换相时可能导致电网电压出现缺口,对电网造成干扰.

3.要验证分析的问题

由于变压器漏感对整流电路的影响,使得电路出现换相重叠角,整流输出的负载两端电压Ud下降.

4.MATLAB仿真验证与分析

4.1 仿真步骤

1）启动MATLAB,进入SIMULINK后创建一个新的仿真模型.并选择连接各个元器件及模块.如图2所示：

图2 考虑变压器漏感时三相半波整流电路的仿真模型

2）参数设置

电源参数设置： 电压设置为220V,频率设为50Hz.本例采用三个单相交流电源组合成一个三相交流电源使用,故相位应一次相差120o,如a相的相位设为0o,b相的相位设为-120o,c相的相位设为-240o.

负载参数设置： 设置电阻是1,电感是0.01H,电容是无穷大inf.

脉冲参数设置：双击脉冲发生器,首先设置幅值为1,由于电源电压的频率是50Hz,故将周期设为0.02s,脉冲宽度设为50%.本例有三个触发脉冲模块,根据电路原理,3个触发角应依次相差120o.在设置相位延迟角时应该注意,因为的零位不是在电压为零时刻,而是在自然换相位置,故计算相位延迟角时应在的基础上加30o.其计算可按以下公式：t等于（+30）T/360.

本例触发角取为30度.故：等于30o时,t等于0.0033s,等于150o时,t等于0.01s,等于270o时,t等于0.0167s.

4.2 模型仿真

参数设置好后,即可进行仿真.算法选择为ode23tb,stop time设为0.1s.点击开始按钮,开始仿真,待仿真结束,可双击示波器观察输出波形.

图3 考虑变压器漏感时整流电路仿真输出波形

第一个波形图是三相电流波形,可以看到波形是从零渐变到某一幅值,原因是负载中有电感,阻碍了电流的突变.由a相换相到b相过程中,电流是一个渐变的过程,ia逐渐减小,同时ib逐渐增加,b相换相到c相的过程中,也是这个过程.其中各相电流渐变的时间就是换相重叠角所持续的时间.也就是说,由波形来看,考虑变压器漏感后整流电路出现换相重叠角.

第二个波形是三相电压的波形,与不考虑漏感时的电压波形和幅值都一致.

第三个波形是流过负载的电流波形,也是由零渐变到某一幅值,是阻感负载影响的结果.

第四个波形是负载两端的电压波形,相比不考虑漏感时,电压波形出现了一个缺口,也就是输出电压Ud降低.

4.3 分析与计算

为了便于观察考虑变压器漏感时仿真波形的变化,即是否出现换相重叠角,以及整流输出的电压平均值Ud是否降低,我们可以对不考虑变压器漏感时的三相半波整流电路做一下仿真（模型搭建时所有模块与参数都与考虑变压器漏感时一样,区别是去掉了变压器漏感等效到二次侧的集中电感LB）.我们将两种情况下的仿真波形对比如图4所示：

图4不考虑变压器漏感时整流电路仿真输出波形（左图）考虑变压器漏感时整流电路仿真输出波形（右图）

左右两个示波器刻度、时间等参数完全相同.对比两种情况下的波形,我们很直观的得出以下结论：

①考虑变压器漏感时,三相半波整流电路ia,ib,ic换流的过程不是瞬时完成,而是出现了换相重叠角,

②考虑变压器漏感时,三相半波整流电路输出电压Ud降低,

③考虑变压器漏感时,三相半波整流电路流过负载的电流Id降低（由,Ud降低,R不变,故Id降低）.

输出电压Ud降低量和换相重叠角的计算：

三相半波整流电路,触发角为30度.

Ud等于1.7

解方程组得：

又因为：

即得出换相重叠角：

压降：

5.结论

本文借助MATLAB仿真软件对电力电子技术中的一个要点进行了详细的验证分析,将考虑变压器漏感和不考虑变压器漏感两种情况作了波形对比,让大家很直观的通过波形对比发现变压器漏感对整流电路带来的影响,最后通过数据分析及计算得出换相重叠角、电压降、输出电压等参数的大小.使得我们对传统印象中的模糊理解有了更清晰的认识.