2022年单向半波可控整流电流MATLAB仿真实验报告 .pdf

单向半波可控整流电流MATLAB仿真一、单相半波可控整流电路（电阻性负载）1.电路的结构与工作原理(1)电路结构图 1-1 是单向半波可控整流电路原理图，晶闸管作为开关元件，变压器 T 起变换电压和隔离的作用。u1Tu2uGuTidRud图 1-1 单向半波可控整流电路（电阻性负载）(2)工作原理1)在电源电压正半波（0区间），晶闸管承受正向电压，脉冲 uG 在t=处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。2）在 t=时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。3）在电源电压负半波（2区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。直到电源电压u2 的下一周期的正半波，脉冲uG 在 t=2+处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。2.建模（1）元器件及功能简介1)晶闸管：晶闸管是一种能够通过控制信号控制其导通，但不能控制其关断的半控型器件。其导通时刻可控，满足了调压要求。它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护简单、操作方便和寿命长等特点，获得了广泛的应用。晶闸管也有许多派生器件，如快速晶闸管（FST）、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）和光控晶闸管（LATT）等。晶闸管导通必须同时具备两个条件:一、晶闸管主电路加正向电压。二、晶闸管控制电路加合适的正向电压。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -图 1-2 单相半波可控整流电路(电阻性)3.仿真结果分析1)延迟角=30 o，负载 R=1，L=0H，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ;图 1-3=30o单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)2)延迟角=60 o，负载 R=1;L=0H，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -图 1-4=60o单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)3)延迟角=90 o负载 R=1;L=0H;peakamplitude=10V;phase=0deg;frequency=50HZ;图 1-5=90o单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)4.小结可以看出，仿真波形与理论分析波形、实验波形结果非常相符，通过改变触发脉冲控制角 的大小，直流输出电压ud 的波形发生变化，负载上的输出平均值发生变化。由于晶闸管只在电源电压正半波区间内导通，输出电压ud 为极性不变但瞬时值变化的脉动直流。二、单向半波可控整流电路（阻-感性负载）1电路的结构与工作原理（1）电路结构单向半波阻-感性负载整流电路如图1-8 所示，当负载中感抗远远大于电阻时称为阻-感性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -负载。LRu1u2TiduTuLuRudVT图 1-8 单相半波可控整流电路(阻-感性)(2)工作原理1)在t=0期间：晶闸管承受正向阳极电压，但没有触发脉冲，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。2）在 t=时刻，门极加上触发脉冲，晶闸管被触发导通，电源电压u2 加到负载上，输出电压 ud=u2。由于电感的存在，在 ud 的作用下，负载电流 id 只能从零按指数规律逐渐上升。3）在t=t1t2 期间：输出电流从零增至最大值。在id 的增长过程中，电感产生的感应电势力图阻止电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，另一部分转变成电感的储能。4）在 t=t2t3 期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压uL=Ldi/dt改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。5）在 t=时，交流电压u2 过零，但由于电感电压的存在，晶闸管阳、阴极的电压仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，同时一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2 反向电压作用下而截至。2.建模图 1-9 单相半波可控整流(阻感性负载时)3 仿真结果与分析名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -1)延迟角 =30 o，;负载 R=1，L=1e-3H;，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ 图 1-10=30o单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)2)延迟角 =60 o，;负载 R=1，L=1e-3H;，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ图 1-11=60o单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)3)延迟角 =90 o，;负载 R=1，L=1e-3H;，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -图 1-12=90o单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)4.小结与电阻性负载相比，负载电感的存在，使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流平均值减小；大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。三、单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)1.电路的结构与工作原理(1)电路结构图 1-15 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -(2)工作原理1）在电源电压正半波（0区间），晶闸管承受正向电压。脉冲uG 在 t=处触发晶闸管使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，在此期间续流二极管VD 承受反向阳极电压而关断。2）在电源电压负半波（2区间），电感的感应电压使续流二极管VD 受正向电压而导通续流，此时电源电压u20,u2 通过续流二极管VD 使晶闸管承受反向阳极电压而关断，负载两端的输出电压仅为续流二极管的管压降。如果电感较小，电流id 是断断续续的；电感较大时续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id 连续，且 id 波形为一条脉动线；电感无穷大时，电流id 连续，为一平直线。2.建模图 1-16 单相半波可控整流接续流二极管时电路仿真模型3.仿真结果分析1)=30o，L=0.1H，R=1，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ;图 1-17=30o单相半波可控整流接续流二极管仿真结果2)=60o，L=0.1H，R=1，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -图 1-18=60o单相半波可控整流接续流二极管仿真结果3)=90o，L=0.1H，R=1，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ;图 1-19=90o单相半波可控整流接续流二极管仿真结果5.小结阻-感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管起到了提高输出电压的作用。在电感无穷大时，负载电流为一直线，流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。总结：单相半波可控整流电路的优点是电路简单，调整方便，容易实现；但整流电压脉动大，每周期脉动一次。变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、利用率低的问题，为使变压器不饱和，必须增大铁芯截面。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -