单相桥式全控整流电路Matlab仿真.doc

-! 目录 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 1 （一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) 1 1.电路的结构与工作原理 1 2.建模 2 3仿真结果与分析 4 4小结 6 （二）单相桥式全控整流电路(阻-感性负载) 7 1.电路的结构与工作原理 7 2.建模 8 3仿真结果与分析 10 4.小结 13 （三）单相桥式全控整流电路(反电动势负载) 13 1.电路的结构与工作原理 13 2.建模 14 3仿真结果与分析 16 4小结 18 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 一、实验目的 1、不同负载时，单相全控桥整流电路的结构、工作原理、波形分析。 2、在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真，并分析其波形。 二．实验内容 （一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) 1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图(截图) 1.2 工作原理 用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。 （1）在u2正半波的（0~α）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲。四个晶闸管都不通。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则uT1.4= uT2.3=1/2 u2。 （2）在u2正半波的ωt=α时刻： 触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，负载上有电压（ud=u2）和电流输出，两者波形相位相同且uT1.4=0。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态，则uT2.3=1/2 u2。晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。 （3）在u2负半波的（π~π+α）区间： 晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。此时，uT2.3=uT1.4= 1/2 u2。 （4）在u2负半波的ωt=π+α时刻： 触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。 1.3基本数量关系 a.直流输出电压平均值 b.输出电流平均值 2.建模 在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu4，同时模型建立如下图所示： 图2单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的MATLAB仿真模型 2.1模型参数设置 a.交流电源参数 b.同步脉冲信号发生器参 Pulse Generator 的参数 Pulse Generator 1 的参数 c.示波器参数 示波器五个通道信号依次是：①通过晶闸管电流Ial；②晶闸管电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud。 d.电阻R=1欧姆 3仿真结果与分析 a. 触发角α=0，MATLAB仿真波形如下： 图3 α=0单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）(截图) b. 触发角α=30，MATLAB仿真波形如下： α=30单相桥式全控整流电流仿真结果（纯电阻负载）(截图) c. 触发角α=60，MATLAB仿真波形如下： α=60单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）(截图) d. 触发角α=90，MATLAB仿真波形如下： α=90单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）(截图) 在电源电压正半波(0~π)区间，晶闸管承受正向电压，脉冲UG在ωt=α处触发晶闸管VT1和VT4，晶闸管VT1,VT4开始导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流。 在ωt=π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。 在电源电压负半波(π~2π)区间，晶闸管VT1和VT4承受反向电压而处于关断状态，晶闸管VT2和VT3承受正向电压，脉冲UG在ωt=α处触发，晶闸管VT2,VT3开始导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流。 4小结 在单项全控桥式整流电路电阻性负载电路中（图4-1），要注意四个晶闸管1，4和晶闸管2，3的导通时间相差半个周期。 脉冲发生器参数设置公式：（1/50）*（α/360）。 在这次的电路建模、仿真与分析中，我对电路的建模仿真软件熟练了很多，对电路的了解与分析也加深了很多，比如晶闸管压降的变化，负载电流的变化。 （二）单相桥式全控整流电路(阻-感性负载) 1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图(截图) 1.2 工作原理 （1）在u2正半波的（0~α）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。 （2）在u2正半波的ωt=α时刻及以后：在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。 （3）在u2负半波的（π~π+α）区间：当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。 （4）在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后：在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压 （ud=-u2）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。 从波形可以看出α＞90输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90。控制角α在0～90之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ与控制角α无关。 1.3基本数量关系 a.直流输出电压平均值 b.输出电流平均值 2.建模 在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu5，同时模型建立如下图所示单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的MATLAB仿真模型 2.1模型参数设置 a.交流电源参数 b.同步脉冲信号发生器参数 Pulse Generator 的参数 Pulse Generator1 的参数 c.电阻电感参数 d.示波器参数 示波器五个通道信号依次是：①通过晶闸管电流Ial；②晶闸管电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud。 3仿真结果与分析 a.触发角α=0，MATLAB仿真波形如下： α=0单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图) b. 触发角α=30，MATLAB仿真波形如下：α=30单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图) c.触发角α=60，MATLAB仿真波形如下： α=60单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图) d.触发角α=90，MATLAB仿真波形如下： α=90单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图) 4.小结 由于电感的作用，输出电压出现负波形；当电感无限大时，控制角α在0~90之间变化时，晶闸管导通角θ=π，导通角θ与控制角α无关。输出电流近似平直，流过晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。α=120时的仿真波形，此时的电感为有限值，晶闸管均不通期间，承受二分之一的电源电压。 （三）单相桥式全控整流电路(反电动势负载) 1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构 单相桥式全控整流电路（反电动势负载）的电路原理图(截图) 1.2 工作原理 当整流电压的瞬时值ud小于反电势E 时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，ud=u2，晶闸管关断时，ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称作停止导电角。 若α <δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟，即α=δ。 2.建模 在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu6，同时模型建立如下图所示： 图17 单相桥式全控整流电路(反电动势)的MATLAB仿真模型 2.1模型参数设置 a.交流电源参数 b.同步脉冲信号发生器参数 Pulse Generator 的参数 Pulse Generator1 的参数 c.电阻、反电动势参数 电阻参数 反电动势参数 d.示波器参数 示波器五个通道信号依次是：①通过晶闸管VT1.VT4电流Ial；②晶闸管VT1.VT4电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud;通过晶闸管VT2.VT3电流电压。 3仿真结果与分析 a.触发角α=0，MATLAB仿真波形如下 α=0单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）(截图) b.触发角α=30，MATLAB仿真波形如下： α=30单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）(截图) c. 触发角α=60，MATLAB仿真波形如下： α=60单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）(截图) d. 触发角α=90，MATLAB仿真波形如下： α=90单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）(截图) 4小结 单相全控桥式整流电路主要适用于4KW左右的整流电路，与单相半波可控整流电路相比，整流电压脉动减小，美周期脉动俩次。变压器二次侧流过正反俩个方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。