整流電路MATLAB仿真實驗課件

1、整流電路仿真實驗實驗一：單相橋式全控整流電路的MATLAB仿真一、 實驗內(nèi)容掌握單相橋式全控整流電路的工作原理；熟悉仿真電路的接線、器件及其參數(shù)設(shè)置；明確對觸發(fā)脈沖的要求；觀察在電阻負載、阻感負載和反電動勢阻感負載情況下，控制角a取不同值時電路的輸出電壓和電流的波形。二、 實驗原理1. 電阻性負載工作原理 在單相橋式全控整流電路中，閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3組成另一對橋臂。 在u2正半周（即a點電位高于b點電位）， 若4個晶閘管均不導通，id=0，ud=0，VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2。在觸發(fā)角a處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導通，電流從電源a端經(jīng)VT1、

2、R、VT4流回電源b端。當u2過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。 在u2負半周，仍在觸發(fā)角a處觸發(fā)VT2和VT3導通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。到u2過零時，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。整流電路圖如圖1-1所示。 圖1-1 單相橋式全控整流電路帶電阻負載時的電路2. 阻感性負載工作原理 電路如圖1-2所示，在u2正半周期觸發(fā)角a處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2。負載電感很大，id不能突變且波形近似為一條水平線。u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。wt=p+a時刻，觸發(fā)VT2和V

3、T3導通，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱為換相，亦稱換流。 圖1-2單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的電路3. 反電動勢阻感負載工作原理當負載為蓄電池、直流電動機的電樞等時，負載可看成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。|u2|>E時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。晶閘管導通之后，ud=u2，id=(ud -E)/R ，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E。與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度d停止導電，d稱為停止導電角。當a<d時，觸發(fā)

4、脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。整流電路圖如圖1-3所示。圖1-3 單相橋式全控整流電路帶反電動勢阻感負載時的電路三、 實驗步驟1. 搭建實驗電路圖根據(jù)實驗原理圖，在MATLAB/SIMULINK軟件中，電力電子模塊庫建立相應(yīng)的仿真模型，如圖1-4、圖1-5、圖1-6所示。1) 電阻性負載電路圖1-4單相橋式全控整流電路帶電阻負載時的仿真模型2) 阻感性負載電路圖1-5單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的仿真模型3) 反電動勢阻感負載電路圖1-6單相橋式全控整流電路帶反電動勢阻感負載時的仿真模型2. 參數(shù)設(shè)置交流電源U2：峰值（peak amplitude, V）= 100V頻率（Fr

5、equency, Hz）50脈沖發(fā)生器1(ug1)：振幅（Amplitude）=1.1周期（period, s）0.02脈沖寬度（pulse width, % of period）0.001滯后相位（phase delay, s）=0.003333滯后相位=/360×0.02（為觸發(fā)角，單位為角度）脈沖發(fā)生器2(ug2)：振幅（Amplitude）=1.1周期（period, s）0.02 脈沖寬度（pulse width, % of period）0.001滯后相位（phase delay, s）=0.013333 (=60)滯后相位=0.01+/360×0.02（為觸發(fā)

6、角，單位為角度）晶閘管VT1、VT2、VT3和VT4 ：內(nèi)部電阻（Resistance Ron ，Ohms）=0.001 電感經(jīng)度（Inductance Lon ，H）=0正向電壓（Forward voltage Vf ，V）=0.8阻尼器電阻（Snubber resistance Rs ，Ohms） =100吸收電容（Snubber capacitance Cs ，F(xiàn)）=4.7e-6負載中的RLC串連之路R：電阻值（resistance,ohms）=2L：電感量（inductance,H）=10e-3C：電容量（capacitance,F）=inf負載中的反電勢E：幅值（amplitude,

7、 V）=503. 波形調(diào)試在=0、30、60、90、120時記錄示波器給出的波形，將不同控制角時得到的Ud、 Id、UVT1、IVT1、UVT3、IVT3與理論波形相比較，進行分析。四、 仿真結(jié)果1. 電阻性負載電路仿真結(jié)果1) =30°時仿真波形圖1-7單相橋式全控整流電路電阻負載時=30°的波形2) =60°時仿真波形圖1-8單相橋式全控整流電路電阻負載時=60°的波形3) =90°時仿真波形圖1-9單相橋式全控整流電路電阻負載時=90°的波形4) =120°時仿真波形圖1-10單相橋式全控整流電路電阻負載時=120&#

8、176;的波形2. 阻感性負載電路仿真結(jié)果1) =30°時仿真波形圖1-11單相橋式全控整流電路阻感負載時=30°的波形2) =60°時仿真波形圖1-12單相橋式全控整流電路阻感負載時=60°的波形3) =90°時仿真波形圖1-13單相橋式全控整流電路阻感負載時=90°的波形3. 反電動勢阻感負載電路仿真結(jié)果1) =0°時仿真波形圖1-14單相橋式全控整流電路反電動勢阻感負載時=0°的波形2) =60°時仿真波形圖1-15單相橋式全控整流電路反電動勢阻感負載時=60°的波形3) =90°

9、;時仿真波形圖1-16單相橋式全控整流電路反電動勢阻感負載時=90°的波形4) =120°時仿真波形圖1-17單相橋式全控整流電路反電動勢阻感負載時=120°的波形實驗二：三相半波可控整流電路的MATLAB仿真一、 實驗內(nèi)容掌握三相半波可控整流電路的工作原理；熟悉仿真電路的接線、器件及其參數(shù)設(shè)置；明確對觸發(fā)脈沖的要求；觀察在電阻負載和阻感負載情況下，控制角a取不同值時電路的輸出電壓、電流以及晶閘管的電流電壓波形。二、 實驗原理1. 電阻性負載工作原理三相半波可控整流電路如圖2-1所示。為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。

10、三個晶閘管按共陰極接法連接,這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。 圖2-1 三相半波可控整流電路電阻負載時的電路假設(shè)將晶閘管換作二極管，三個二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個的值最大，則該相所對應(yīng)的二極管導通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。在一個周期中，器件工作情況如下：在wt1wt2期間，a相電壓最高，VD1導通，ud=ua；在wt2wt3期間，b相電壓最高，VD2導通，ud=ub； 在wt3wt4期間，c相電壓最高，VD3導通，ud=uc 。此后，在下一周期相當于wt1的位置即wt4時刻，VD1又導通，重復前一周期的工作情況。一周期中VD1、VD2、VD3輪流導通，

11、每管各導通120°，ud波形為三個相電壓在正半周期的包絡(luò)線。2. 阻感性負載工作原理若負載為阻感負載，且L值很大，電路如圖2-2所示。整流電流id的波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近矩形波。 a30°時，整流電壓波形與電阻負載時相同，因為兩種負載情況下，負載電流均連續(xù)。 a>30°時，當u2過零時，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1繼續(xù)導通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由VT2導通向負載供電，同時向VT1施加反壓使其關(guān)斷。若a增大, ud波形中負的部分將增多,至a=90°時, ud波形中正負面積相等, ud的平均值為

12、零。圖2-2 三相半波可控整流電路阻感負載時的電路三、 實驗步驟1. 搭建實驗電路圖根據(jù)實驗原理圖，在MATLAB/SIMULINK軟件中，電力電子模塊庫建立相應(yīng)的仿真模型如圖2-3、圖2-4所示。1) 電阻性負載電路圖圖2-3三相半波可控整流電路帶電阻負載時的仿真模型2) 阻感性負載電路圖圖2-4三相半波可控整流電路帶阻感負載時的仿真模型2. 參數(shù)設(shè)置交流電源U2：峰值（peak amplitude, V）= 100頻率（Frequency, Hz）50A（Phase ,deg）=0B（Phase ,deg）=-120C（Phase ,deg）=120脈沖發(fā)生器：振幅（Amplitude）=

13、1.1周期（period, s）0.02脈沖寬度（pulse width, % of period）51(ug1)：滯后相位（phase delay, s）=（+30）/360×0.022(ug2)：滯后相位（phase delay, s）=（+150）/360×0.023(ug3)：滯后相位（phase delay, s）=（+270）/360×0.02晶閘管VT1、VT2、VT3 ：內(nèi)部電阻（Resistance Ron ，Ohms）=0.001電感經(jīng)度（Inductance Lon ，H）=0正向電壓（Forward voltage Vf ，V）=0.8阻尼

14、器電阻（Snubber resistance Rs ，Ohms） =500吸收電容（Snubber capacitance Cs ，F(xiàn)）=250e-9負載中的RLC串連之路R：電阻值（resistance,ohms）=10L：電感量（inductance,H）=10e-33. 波形調(diào)試在=0、30、60、90時記錄示波器給出的波形，將不同控制角時得到的U2、Ud、 Id、UVT1、IVT1與理論波形相比較，進行分析。四、 仿真結(jié)果1. 電阻性負載1) =0°時仿真波形圖2-5三相半波可控整流電路電阻負載時=0°的波形2) =60°時仿真波形圖2-6三相半波可控整流電路電阻負載時=60°的波形3) =90°時仿真波形圖2-7三相半波可控整流電路電阻負載時=90°的波形當控制角為零時輸出電壓最大，隨著控制角增大，整流輸出電壓減小，到=150°時，輸出電壓為零。所以此電路的移相范圍是0°150°。當30°時