目录手把手教你学Simulink——基于晶闸管SCR/Thyristor的三相可控整流器相位控制α 角控制仿真一、为什么做 三相可控整流SCR仿真二、三相 SCR 整流原理简**三、关键参数**四、Simulink 建模手把手**4.1 Step 1️⃣ —— 三相电源 源电感4.2 Step 2️⃣ —— 六脉波晶闸管整流桥4.3 Step 3️⃣ —— 触发脉冲生成α 角控制 ★核心★■ 原理■ Simulink 搭法经典4.4 Step 4️⃣ —— 直流负载大感性4.5 Step 5️⃣ —— 量测 FFT4.6 Step 6️⃣ —— 运行 Scenario五、结果解读典型**✅ 直流电压✅ 电流波形✅ 谐波✅ 晶闸or VAK六、工程注意点**七、结论**手把手教你学Simulink——基于晶闸管SCR/Thyristor的三相可控整流器相位控制α 角控制仿真一、为什么做三相可控整流SCR仿真三相晶闸管Thyristor / SCR可控整流 广泛用于直流电机传动轧钢、矿井提升、造纸电化学电解铝、电镀直流大电流电源中压直流源前级 PWM 整流替代传统相比二极管整流✅输出电压连续可调 通过触发角 αAlpha Angle✅ 能量流向固定AC→DC不可逆除非加逆变桥❌ 产生相控谐波5th、7th、11th…、位移因数 cosφ≈cos(α/2)目标典型工业 6‑脉波 SCR三相 380V LL / 50Hz →Thyristor 6‑Pulse Rectifier触发角 α 30°初/ 60° / 90° 可切直流侧大平波电抗 Ldc50mHC1000µFR30Ω每相串源电感 Lsrc0.5mH换相重叠角 μ观测Vdc(α), Idc晶闸管端电压 VAK相电流 ia含换相凹陷验证公式Vdc(α)π3√2⋅VLL⋅cosα1.35⋅VLL⋅cosα⇒ α0°→≈513V, α30°→≈444V, α60°→≈256V, α90°→0VFFT 看谐波次 6k±1基于 Simulink Simscape ElectricalThyristor/Universal Bridge (Thyristor)Pulse Generator (Alpha)Powergui FFT)二、三相 SCR 整流原理简**Va ──┬──║ Thy1 ──┐ Vb ──┼──║ Thy2 ──┼── Vdc Vc ──┼──║ Thy3 ──┘ ║ Thy4~6 (阴极侧, 共阴/共阳 依 topology) └─── GND每相晶闸管只在触发脉冲到来且 vak0才导通关断当电流过零 反向电压保持50/60Hz 自然换相触发角 α相对自然换相点二极管导通点 ωtπ/6 k·π/3延迟 α电角度换相受 Lsrc影响 → 重叠角 μ三、关键参数**参数值VLL_rms380 V频率50 Hz晶闸管Thyristor (Vf1.2V, Ron0.01Ω, Ihold0.1A)Lsrc每相0.5 mHLdc平波50 mHCdc1000 µFRload30 Ω触发角 α初 30° → Step 60° 0.3s → 90° 0.6s仿真Powergui Continuous 或 Discrete Ts1e‑6FFT 窗≥ 0.2s 稳态四、Simulink 建模手把手**4.1 Step 1️⃣ —— 三相电源 源电感Powergui顶层选Continuous或Discrete Ts1e‑63×AC Voltage SourcePeak Amplitude 380*sqrt(2)/sqrt(3)*sqrt(2)?→ 简便Phase-to-Phase RMS 380V用Three-Phase Source BlockLine-to-Line RMS 380Frequency 50 HzPhase sequence ABCInternal inductance 0.5 mH直接用 Internal L 或 外串每相输出 → 接 Thyristor Bridge A/B/C4.2 Step 2️⃣ —— 六脉波晶闸管整流桥Universal BridgeNumber of arms 3Switch type Thyristor (SCR)Snubber 可关或 1e4Ω//1e‑9FAC terminals → A,B,CDC / DC‑ → 直流负载勾Show pulse generator block?旧版或外部给 6 路脉冲推荐4.3 Step 3️⃣ —— 触发脉冲生成α 角控制 ★核心★■ 原理自然换相点二极管导通在ωt0π/6k⋅π/3(k0 5)触发脉冲相对 ωt0延迟 αrad■ Simulink 搭法经典同步信号用 A 相电压过零e.g.Zero-Crossing Detectionof va→ rising edge ωt0)锯齿 / 角度计数器Repeating Sequence产生电角 ramp θ(t)mod(2πft,2π)或用Rate 2πfIntegrator wrap (mod)脉冲逻辑对每个晶闸管1~6对应自然角 θn0π/6(n−1)⋅π/3Fire when θ(t)∈[θn0α,θn0αδ]δ脉宽 5°~10° 电角 ≈ 280~560µs 50Hz用Compare Pulse Generator或 MATLAB Function简化 MATLAB FunctionSCR_Pulses.m推荐function [P1,P2,P3,P4,P5,P6] SCR_Pulses(theta, alpha_deg) % theta: electrical angle (rad, 0~2pi repeating) % alpha_deg: trigger delay (deg) alpha deg2rad(alpha_deg); pw deg2rad(8); % 8° electrical pulse width % natural firing angles (thy 1~6) phi0 [pi/6, pi/6pi/3, pi/62*pi/3, ... pi/6pi, pi/64*pi/3, pi/65*pi/3]; for k 1:6 fire_start mod(phi0(k) alpha, 2*pi); fire_end mod(fire_start pw, 2*pi); if fire_start fire_end P(k) (theta fire_start) (theta fire_end); else % wraps 0 P(k) (theta fire_start) | (theta fire_end); end end [P1,P2,P3,P4,P5,P6] deal(P(1),P(2),P(3),P(4),P(5),P(6)); endInputtheta mod(2π·50·t, 2π)Repeating Seq or IntegratorInputalpha_deg 来自 Step / Constant30 → 60 → 90Output Gates → Thyristor Bridge [g1~g6]✅ 确保每个脉冲 1ms典型 100~500µs且 holding current time4.4 Step 4️⃣ —— 直流负载大感性DC ── L_dc(50mH) ──┬── C_dc(1000µF) ──┬── DC‑ └── R_load(30Ω) ────┘量测 Vdc,Idc初 C_ic0 或 ≈ 500V 加速4.5 Step 5️⃣ —— 量测 FFTiaA 相源电流VAK_Thy1Thyristor 端电压 → 看阻断/导通/反向恢复vabPowergui FFT steady (α30° or 60°)4.6 Step 6️⃣ —— 运行 Scenario时间α0~0.3s30° → Vdc≈1.35⋅380⋅cos30°≈444V0.3~0.6s60° → ≈256V0.6s90° → ≈0VScopeVdc随 α ↓ ✔ia120° 块 换相凹陷L_srcThyristor VAK正向阻断 → 触发导通 → 反向阻断五、结果解读典型**✅ 直流电压α理论 Vdc1.35⋅380⋅cosαSim0°513 V≈511V30°444 V≈442V60°256 V≈254V90°0 V≈ ±几 V (ripple)✔ 符合公式二极管压降 −2×1.2V✅ 电流波形ia每周期 2×120° conduction块换相区L_src有凹陷 → 重叠角 μ 随 Id↑/L_src↑大 L_dc ⇒ Id 连续、微纹波 ✔✅ 谐波FFTI5/I1≈1/5,I7/I1≈1/7,I11,I13...无 3rd三相消去✔THD 随 α↑ 略增电流畸变加重✅ 晶闸or VAK阻断期 ≈ line‑to‑line voltage触发后 VAK≈Vf(1.2V)关断后承受反向电压 ⇒ 自然换相 ✔六、工程注意点**实因素Sim 处理脉冲丢失α自然换相α max 150°实际 120°有效启动无触发首半周 强制 α0 或 soft‑start ramp α 0→target逆变α90°加续流 / 反并桥2‑quadrant12‑脉波 SCRYΔ 双 6‑脉波 → 5th/7th 消去门极电阻 / 保持电流Thyristor block 参数 Ihold, Vgt七、结论**✅ 你掌握了三相 6‑脉波 SCR 可控整流相位控制 Simulink 完整模型380V LL 三相 → Thyristor Universal Bridge触发角 α 控制脉冲生成同步 θ(t) α offset直流侧 Ldc50mH⇒ Id 连续Vdc(α)1.35⋅VLL⋅cosα验证 ✔ia含换相凹陷、谐波次 6k±1Thyristor VAK阻断/导通/反向 可视 ✔ SCR 相控是基础直流传动教材标准案例谐波源需滤波 / 多脉波有源前端 PWM 整流对比基准
