單相橋式全控整流電路仿真建模分析實驗報告

1、一.實驗目的1）不同負載時，三相可控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析。2) 在仿真軟件Matlab中進行單相可控整流電路的建模與仿真，并分析其波形。二.實驗內(nèi)容單相橋式全控整流電路仿真建模分析一、單相橋式全控整流電路(電阻性負載)1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu)圖 1 單相橋式全控整流電路(純電阻負載)的電路原理圖1.2 工作原理在電源電壓正半波，在wt時，晶閘管VT1，VT4承受正向電壓，晶閘管VT2，VT3承受反向電壓，此時4個晶閘管都不導通，且假設4個晶閘管的漏電阻相等，則ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=時，晶閘管VT1，VT4滿足晶閘管導通的兩條件，晶閘管VT1

2、，VT4導通，負載上的電壓等于變壓器兩端的電壓U2；在wt=時，因電源電壓過零，通過晶閘管VT1，VT4的陽極電流小于維持晶閘管導通的條件下降為零，晶閘管關斷；在電源負半波，在wt+時，觸發(fā)晶閘管VT2，VT3使其元件導通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓（Ud=-U2）和電流，且波形相位相同。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT1，VT4，使其承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)；在wt=2時，因電源電壓過零，通過晶閘管VT2，VT3的陽極電流小于維持晶閘管導通的條件下降為零，晶閘管關斷。 1.3基本數(shù)量關系a.直流輸出電壓平均值b.輸出電流平均值c.負載電壓有效值d.負載電流有

3、效值 2. 單相橋式全控整流電路建模在MATLAB新建一個Model，命名為quankong1，同時模型建立如下圖所示：圖 2 單相橋式全控整流電路(電阻性負載)的MATLAB仿真模型2.1模型參數(shù)設置在此電路中，輸入電壓的電壓設置為220V，頻率設置為50Hz，電阻阻值設置為1歐姆，電感設置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設置為3V，周期設置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設置為10%，觸發(fā)角分別設置為20，60，90，150因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通，關斷，所以脈沖出發(fā)周琴應相差180。a.交流電源參數(shù) b.同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù) c.負載上的參數(shù)設置d.示波器參數(shù)示

4、波器五個通道信號從上到下依次是：1.通過晶閘管電流；2.晶閘管電壓；3.輸入電流4.通過負載電流Id；5.負載兩端的電壓Ud。3 仿真結(jié)果與分析a. 觸發(fā)角=20，MATLAB仿真波形如下圖 3 =20單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負載)b. 觸發(fā)角=60，MATLAB仿真波形如下圖 4 =60單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負載)c. 觸發(fā)角=90，MATLAB仿真波形如下圖 5 =90單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負載)d. 觸發(fā)角=150，MATLAB仿真波形如下圖 6 =150單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(電阻性負載)在電源電壓正半波(0)區(qū)間，晶閘管承受正向電壓，脈沖

5、UG在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導通，形成負載電流id，負載上有輸出電壓和電流。在t=時刻，U2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關斷，負載電流為零。在電源電壓負半波(2)區(qū)間，晶閘管承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)，負載上沒有輸出電壓，負載電流為零，晶閘管上電壓波形與電源電壓波形相同。情況一直持續(xù)到電源的下個周期的正半波，脈沖信號的來臨。4小結(jié)在此電路中盡管電路的輸入電壓U2是交變的，但負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，輸出電壓一個周期內(nèi)脈動兩次，由于橋式整流電路在正負半周期均能工作，變壓器二次繞組在正負班子均有大小相等，方向相反的電流流過，消除了變壓器的直流磁化，提高了

6、變壓器的有效利用率。二、單相橋式全控整流電路(阻感性負載)1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu)圖 7 單相橋式全控整流電路(阻-感性負載)的電路原理圖1.2 工作原理（1）在u2正半波的（0）區(qū)間： 晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發(fā)脈沖，處于關斷狀態(tài)。假設電路已工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0區(qū)間由于電感釋放能量，晶閘管VT2、VT3維持導通。（2）在u2正半波的t=時刻及以后：在t=處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導通，電流沿aVT1LRVT4bTr的二次繞組a流通，此時負載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電源電壓反向加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關斷狀態(tài)。（3）在u2負半波的

7、（+）區(qū)間：當t=時，電源電壓自然過零，感應電勢使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導通。在電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關斷狀態(tài)。（4）在u2負半波的t=+時刻及以后：在t=+處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導通，電流沿bVT3LRVT2aTr的二次繞組b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓 （ud=-u2）和電流。此時電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導通到下一周期t=2+處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。從波形可以看出90輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是09

8、0?？刂平窃?90之間變化時，晶閘管導通角，導通角與控制角無關。晶閘管承受的最大正、反向電壓1.3基本數(shù)量關系a.直流輸出電壓平均值b.輸出電流平均值2.建模在MATLAB新建一個Model，命名為，同時模quankong2, 同時模型建立如下圖所示：圖 8 單相橋式全控整流電路(阻-感性負載)的MATLAB仿真模型2.1模型參數(shù)設置在此電路中，輸入電壓的電壓設置為220V，頻率設置為50Hz，電阻阻值設置為1歐姆，電感設置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設置為3V，周期設置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設置為10%，觸發(fā)角分別設置為30，50，90，150，因為兩個晶閘管在對應時刻不斷

9、地周期性交替導通，關斷，所以脈沖出發(fā)周琴應相差180a.交流電源參數(shù)b.同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)c.負載上的參數(shù)設置d.示波器參數(shù)示波器五個通道信號從上到下依次是：1.通過晶閘管電流；2.晶閘管電壓；3.輸入電流.； 4.通過負載電流Id；6.負載兩端的電壓Ud。3 仿真結(jié)果與分析a. 觸發(fā)角=30，MATLAB仿真波形如下：圖 9 =30單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻-感性負載)b. 觸發(fā)角=50，MATLAB仿真波形如下圖 10 =50單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻-感性負載)c. 觸發(fā)角=90，MATLAB仿真波形如下圖 11 =90單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻-感性負載)d. 觸

10、發(fā)角=150，MATLAB仿真波形如下圖 12 =150單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻感性負載)4小結(jié)通過仿真可知，由于電感的作用，輸出電壓出現(xiàn)負波形，當電感無限增大時，控制角a在090之間變化時，晶閘管導通角=180，導通角與控制角a無關。經(jīng)過自己仿真，在設置脈沖時，不同信號對的晶閘管要給予的脈沖相差180，無論控制角多大，輸出電流波形因電感很大而呈一水平線，在電源輸出反向電壓時，晶閘管組還沒有脈沖，由于有電感的存在，電感性負載仍有電流通過，所以通過電阻的電流不變。三、單相橋式全控整流電路(反電勢負載)1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu)圖 13 單相橋式全控整流電路(反電勢負載)的電路

11、原理圖1.2 工作原理當整流電壓的瞬時值ud小于反電勢E 時，晶閘管承受反壓而關斷，這使得晶閘管導通角減小。晶閘管導通時，ud=u2，晶閘管關斷時，ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度停止導電，稱作停止導電角。 若 30的情況，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角小于120 。2.三相半波可控整流電路（阻-感性負載）2.1電路結(jié)構(gòu)為了得到零線變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，為了給三次諧波電流提供通路，減少高次諧波的影響，變壓器一次繞組接成三角形，為/Y接法。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起為共陰極接法 。如圖2-1.圖2-1.三相半波可控整流電路原理圖（阻-感性負載）工作原理:

12、當小于等于30時相鄰兩項的換流是在原導通相的交流電壓過負之前，其工作情況與電阻性負載相同，輸出電壓Ud波形，Ut波形也相同。由于負載電感的儲能作用，輸出電流Id是近乎平直的直流波形，晶閘管中分別流過幅度Id，寬度120的矩形波電流，導通角=120當大于30時，假設=60，VT1導通，在U相交流電壓過零變負后，由于未達到VT2的觸發(fā)時刻，VT2未導通，VT1在負載電感產(chǎn)生的感應電動勢作用下繼續(xù)導通，輸出電壓Ud小于0，直到VT2被觸發(fā)導通，VT1承受反向電壓而關斷，輸出電壓Ud小于Uv，然后重復U相的過程。2.2仿真建模及參數(shù)設置根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的三相半波可控整流電路（阻-感

13、性負載）仿真電路圖如圖2-2所示：圖2-2.三相半波可控整流電路仿真模型（阻-感性負載）脈沖參數(shù)：振幅3V，周期0.02，占空比10%，時相延遲分別為（+30）/360*0.02，（+120+30）/360*0.02，（+240+30）/360*0.02。如圖2-3所示 圖2-3.脈沖參數(shù)設置 電源參數(shù)：頻率50hz，電壓100v，其相限角度分別為0、120、-120如圖2-4所示。圖2-4 電源參數(shù)設置2.3仿真波形測試 設置觸發(fā)脈沖分別為0、30、60、90。與其產(chǎn)生的相應波形分別如圖2-5、圖2-6、圖2-7、圖2-8。在波形圖中第一列波為流過晶閘管電流波形，第二列波為流過晶閘管電壓波形

14、，第三列波為負載電流波形，第四列波為負載電壓波形。圖2-5 =0三相半波可控整流電路原理圖（阻-感性負載）波形圖圖2-6 =30三相半波可控整流電路原理圖（阻-感性負載）波形圖圖2-7 =60三相半波可控整流電路原理圖（阻-感性負載）波形圖圖2-8 =90三相半波可控整流電路原理圖（阻-感性負載）波形圖2.4小結(jié)a 30時，整流電壓波形與電阻負載時相同。a 30時，u2過零時，VT1不關斷，直到VT2 的脈沖到來才換流，由VT2導通向負載供電，同時向VT1施加反壓使其關斷，因此ud波形中會出現(xiàn)負的部分。id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。阻感負載時的移相范圍

15、為90。 物電學院電力電子課程設計報告 姓 名： 孫李濤 學 號： 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級： 10級 指導教師： 陳永超 成 績： 日期： 2012.6.11 利用MATLAB對單相橋式全控整流電路研究一、電阻性負載1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu)圖 5 單相橋式全控整流電路(純電阻負載)的電路原理圖1.2 工作原理（1）在正半波的（）區(qū)間，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，但無觸發(fā)脈沖，晶閘管VT2、VT3承受反向電壓。因此在0區(qū)間，4個晶閘管都不導通。假如4個晶閘管的漏電阻相等，則。（2）在正半波的（）區(qū)間，在時刻，觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導通。（3）在負半波的（）區(qū)

16、間，在區(qū)間，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，因無觸發(fā)脈沖而處于關斷狀態(tài)，晶閘管VT1、VT4承受反向電壓也不導通。（4）在負半波的（）區(qū)間，在時刻，觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其元件導通，負載電流沿bVT3RVT2T的二次繞組b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓（）和電流，且波形相位相同。1.3基本數(shù)量關系a.直流輸出電壓平均值b.輸出電流平均值C.流過晶閘管電流有效值2. 建模在MATLAB新建一個Model，命名為zuxingfuzai，同時模型建立如下圖所示：在此電路中，輸入電壓的電壓設置為220V，頻率設置為50Hz，電阻阻值設置為10歐姆，脈沖輸入的電壓

17、設置為3V，周期設置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設置為20%，觸發(fā)角分別設置為30，60，90，150因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通，關斷，所以脈沖出發(fā)周期應相差180。圖1 阻性負載的電路建模圖 1)時的阻性負載(1) .參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=30時，對應時間為t=0.02*30/360 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=30時，對應時間為t=0.02*30/360+0.01 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可2、交流電源參數(shù)3、負載上的參數(shù)設置4、晶閘管參數(shù)設置（resis

18、tance Ron和inductance lon不能同時為零）(2).波形圖圖2 =時的波形圖2)時的阻性負載(1).參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=60時，對應時間為t=0.02*60/360 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可（其他的參數(shù)和=30時相同）同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=60時，對應時間為t=0.02*60/360+0.01 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可（其他的參數(shù)和=30時相同）2、晶閘管、電壓源負載參數(shù)設置都與=30時參數(shù)設置一樣(2).波形圖圖3 時的波形圖3) 時的阻性負載(1).參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參

19、數(shù)同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=90時，對應時間為t=0.02*90/360 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可（其他的參數(shù)和=30時相同）同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=90時，對應時間為t=0.02*90/360+0.01 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可（其他的參數(shù)和=30時相同）2、晶閘管、電壓源負載參數(shù)設置都與=30時參數(shù)設置一樣(2).波形圖圖4 時的波形圖4)時的阻性負載(1).參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=150時，對應時間為t=0.02*150/360 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可（其他的參數(shù)和=30時相同

20、）同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=150時，對應時間為t=0.02*150/360+0.01 s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取20%即可（其他的參數(shù)和=30時相同）2、晶閘管、電壓源負載參數(shù)設置都與=30時參數(shù)設置一樣(2).波形圖圖5 時的波形圖總結(jié)：觸發(fā)延遲角的移相范圍是0180，在此電路中盡管電路的輸入電壓U2是交變的，但負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，輸出電壓一個周期內(nèi)脈動兩次，由于橋式整流電路在正負半周期均能工作，變壓器二次繞組在正負半周期均有大小相等，方向相反的電流流過，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的有效利用率。2、 阻感性負載 1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電

21、路結(jié)構(gòu)圖 6 單相橋式全控整流電路(阻-感性負載)的電路原理圖1.2 工作原理（1）在u2正半波的（0）區(qū)間： 晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發(fā)脈沖，處于關斷狀態(tài)。假設電路已工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0區(qū)間由于電感釋放能量，晶閘管VT2、VT3維持導通。（2）在u2正半波的t=時刻及以后：在t=處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導通，電流沿aVT1LRVT4bTr的二次繞組a流通，此時負載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電源電壓反向加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關斷狀態(tài)。（3）在u2負半波的（+）區(qū)間：當t=時，電源電壓自然過零，感應電勢使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導通。在電壓負半

22、波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關斷狀態(tài)。（4）在u2負半波的t=+時刻及以后：在t=+處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導通，電流沿bVT3LRVT2aTr的二次繞組b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓 （ud=-u2）和電流。此時電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導通到下一周期t=2+處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。從波形可以看出90輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是090?？刂平窃?90之間變化時，晶閘管導通角，導通角與控制角無關。晶閘管承受的最大正、反向電

23、壓。1.3基本數(shù)量關系a.直流輸出電壓平均值b.輸出電流平均值2. 建模在此電路中，輸入電壓的電壓設置為220V，頻率設置為50Hz，電阻阻值設置為20歐姆，電感設置為1e-0H，脈沖輸入的電壓設置為3V，周期設置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設置為10%，觸發(fā)角分別設置為30，60，90，150，因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通，關斷，所以脈沖出發(fā)周期應相差180圖7 阻感負載電路建模圖1) 時的阻感負載 時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零）與時的阻性負載的同步脈沖信

24、號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零），所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。阻感負載的設置如下：(2).波形圖圖8時的阻感負載波形圖2)時的阻感負載 時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零）與時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零），所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。阻感負載的設置如下：(2) .波形圖 圖9時的阻感負載波形圖

25、 3)時的阻感負載 時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零）與時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零），所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。阻感負載的設置如下：(2).波形圖圖10 時的阻感負載波形圖4)時的阻感負載 時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零）與時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電

26、源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零），所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。阻感負載的設置如下：(2).波形圖圖11 時的阻感負載波形圖總結(jié)：通過仿真可知，由于電感的作用，輸出電壓出現(xiàn)負波形，當電感無限增大時，控制角a在090之間變化時，晶閘管導通角=180，導通角與控制角a無關，無論控制角多大，輸出電流波形因電感很大而呈一水平線。三、反電勢負載1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu)圖 12 單相橋式全控整流電路(反電勢負載)的電路原理圖1.2 工作原理當整流電壓的瞬時值ud小于反電勢E 時，晶閘管承受反壓而關斷，這使得晶閘管導通角減小。晶

27、閘管導通時，ud=u2，晶閘管關斷時，ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度停止導電，稱作停止導電角。 若 時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發(fā)角被推遲，即=。2.建模在MATLAB新建一個Model，命名為fandiandongshifuzai，同時模型建立如下圖所示： 圖13 反電動勢負載電路建模圖2.1模型參數(shù)設置在此電路中，輸入電壓的電壓設置為220V，頻率設置為50Hz，電阻阻值設置為1歐姆，電感設置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設置為3V，周期設置為0.0

28、2（與輸入電壓一致周期），占空比設置為10%，觸發(fā)角分別設置為30，50，90，150因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通，關斷，所以脈沖出發(fā)周琴應相差180。1) 時的反電動勢負載 時的反電動勢負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零）與時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零），所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。反電動勢負載的設置如下：(2).波形圖圖14 =時的反電動勢波形圖2) 時的反電動勢負載 時的反電動勢負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置（resistance Ron和inductance lon不能同時為零）與時的阻性負