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1、物電學(xué)院電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名: 孫李濤 學(xué) 號(hào): 101103060專 業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí): 10級(jí) 指導(dǎo)教師: 陳永超 成 績(jī): 日 期: 2012.6.11 利用MATLAB 對(duì)單相橋式全控整流電路研究一、電阻性負(fù)載1. 電路的結(jié)構(gòu)與工作原理 1.1電路結(jié)構(gòu) R圖 1 單相橋式全控整流電路(純電阻負(fù)載 的電路原理圖1.2 工作原理(1)在u 2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(gè)晶閘管都不導(dǎo)通。假如4個(gè)晶閘管的漏電阻相等,則U VT 1-VT 4=U VT 2-VT 3=12U 2。(2)在u
2、 2正半波的()區(qū)間,在時(shí)刻,觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通。(3)在u 2負(fù)半波的()區(qū)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(guān)斷狀態(tài),晶閘管VT1、VT4承受反向電壓也不導(dǎo)通。(4)在u 2負(fù)半波的()區(qū)間,在時(shí)刻,觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其元件導(dǎo)通,負(fù)載電流沿b VT3R VT2T 的二次繞組b 流通,電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上,負(fù)載上有輸出電壓(u d =-u 2)和電流,且波形相位相同。1.3基本數(shù)量關(guān)系a. 直流輸出電壓平均值U d =12U 2sin t d (t =1+cos 222U 21+cos 2=0. 9U 2=0. 45U
3、2(1+cos b. 輸出電流平均值I d =U d R=0. 9U 21+cos a 0. 45U 2(1+cos . =R 2RC. 流過晶閘管電流有效值12I VT =(2U 2Rsin t d (t =2U 22Rsin 2a 2+-a 2. 建模在MA TLAB 新建一個(gè)Model ,命名為zuxingfuzai ,同時(shí)模型建立如下圖所示: 在此電路中,輸入電壓的電壓設(shè)置為220V ,頻率設(shè)置為50Hz ,電阻阻值設(shè)置為10歐姆,脈沖輸入的電壓設(shè)置為3V ,周期設(shè)置為0.02(與輸入電壓一致周期),占空比設(shè)置為20%,觸發(fā)角分別設(shè)置為30°,60°,90°
4、;,150°因?yàn)閮蓚€(gè)晶閘管在對(duì)應(yīng)時(shí)刻不斷地周期性交替導(dǎo)通,關(guān)斷,所以脈沖出發(fā)周期應(yīng)相差180°。圖1 阻性負(fù)載的電路建模圖1 =300時(shí)的阻性負(fù)載 (1.參數(shù)設(shè)置1、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)取=30°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(hào)發(fā)生器參數(shù)取=30°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(fù)載上的參數(shù)設(shè)置 4、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance l
5、on不能同時(shí)為零)(2.波形圖 0圖2 =30時(shí)的波形圖 62 =600時(shí)的阻性負(fù)載(1.參數(shù)設(shè)置1、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)取=60°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)相同) 同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)取=60°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)相同) 2、晶閘管、電壓源負(fù)載參數(shù)設(shè)置都與=30°時(shí)參數(shù)設(shè)置一樣7(2.波形圖 圖3 =60時(shí)的波形圖8 03 =9
6、00時(shí)的阻性負(fù)載(1.參數(shù)設(shè)置1、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)取=90°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)相同) 同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)取=90°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)相同) 2、晶閘管、電壓源負(fù)載參數(shù)設(shè)置都與=30°時(shí)參數(shù)設(shè)置一樣9(2.波形圖 圖4 =90時(shí)的波形圖10 04 =1500時(shí)的阻性負(fù)載 (1.參數(shù)設(shè)置1、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)同步脈
7、沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)取=150°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)相同) 同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)取=150°時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)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(shí)相同) 2、晶閘管、電壓源負(fù)載參數(shù)設(shè)置都與=30°時(shí)參數(shù)設(shè)置一樣(2.波形圖 圖5 =150時(shí)的波形圖總結(jié):觸發(fā)延遲角的移相范圍是01800,在此電路中盡管電路的輸入電壓U2是交變的,但負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同方向的電流流過,輸出電壓
8、一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)兩次,由于橋式整流電路在正負(fù)半周期均能工作,變壓器二次繞組在正負(fù)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。二、阻感性負(fù)載1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu) 圖 6 單相橋式全控整流電路(阻-感性負(fù)載 的電路原理圖1.2 工作原理(1)在u 2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(guān)斷狀態(tài)。假設(shè)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(dǎo)通。(2)在u 2正半波的t =時(shí)刻及以后:在t =處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通,電流沿a VT1L R VT4b Tr 的二
9、次繞組a 流通,此時(shí)負(fù)載上有輸出電壓(u d=u 2)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(guān)斷狀態(tài)。(3)在u 2負(fù)半波的(+)區(qū)間:當(dāng)t =時(shí),電源電壓自然過零,感應(yīng)電勢(shì)使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電壓負(fù)半波,晶閘管VT2、VT3承受正壓,因無觸發(fā)脈沖,VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。(4)在u 2負(fù)半波的t =+時(shí)刻及以后:在t =+處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通,電流沿b VT3L R VT2a Tr 的二次繞組b 流通,電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上,負(fù)載上有輸出電壓 (u d=-u 2)和電流。此時(shí)電源電壓反向加到VT1、VT4上,使其承受反
10、壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)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90º輸出電壓波形正負(fù)面積相同,平均值為零,所以移相范圍是090º。控制角在090º之間變化時(shí),晶閘管導(dǎo)通角,導(dǎo)通角與控制角無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓。1.3基本數(shù)量關(guān)系a. 直流輸出電壓平均值U d =0. 9U 2cos b. 輸出電流平均值I d =U d R2. 建模在此電路中,輸入電壓的電壓設(shè)置為220V ,頻率設(shè)置為50Hz ,電阻阻值設(shè)置為20歐姆,電感設(shè)置為1e-0H ,脈沖輸入的電壓設(shè)置為3V ,周期設(shè)置為0.02(與輸入
11、電壓一致周期),占空比設(shè)置為10%,觸發(fā)角分別設(shè)置為30°,60°,90°,150°,因?yàn)閮蓚€(gè)晶閘管在對(duì)應(yīng)時(shí)刻不斷地周期性交替導(dǎo)通,關(guān)斷,所以脈沖出發(fā)周期應(yīng)相差180°圖7 阻感負(fù)載電路建模圖1 =300時(shí)的阻感負(fù)載=300時(shí)的阻感負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零)與=300時(shí)的阻性負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零),所不同的就是負(fù)載參數(shù)的設(shè)置不同。阻
12、感負(fù)載的設(shè)置如下: (2.波形圖 圖8=30時(shí)的阻感負(fù)載波形圖=600時(shí)的阻感負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零)與=600時(shí)的阻性負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零),所不同的就是負(fù)載參數(shù)的設(shè)置不同。阻感負(fù)載的設(shè)置如下: (2.波形圖 圖9=60時(shí)的阻感負(fù)載波形圖=900時(shí)的阻感負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)
13、為零)與=900時(shí)的阻性負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零),所不同的就是負(fù)載參數(shù)的設(shè)置不同。阻感負(fù)載的設(shè)置如下: (2.波形圖 圖10 =90時(shí)的阻感負(fù)載波形圖4 =1500時(shí)的阻感負(fù)載=1500時(shí)的阻感負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零)與=1500時(shí)的阻性負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零),所不同的就是
14、負(fù)載參數(shù)的設(shè)置不同。阻感負(fù)載的設(shè)置如下: (2.波形圖 圖11 =150時(shí)的阻感負(fù)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(fù)波形,當(dāng)電感無限增大時(shí),控制角a 在090°之間變化時(shí),晶閘管導(dǎo)通角=180°,導(dǎo)通角與控制角a 無關(guān),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(shì)負(fù)載1. 電路的結(jié)構(gòu)與工作原理 1.1電路結(jié)構(gòu) E圖 12 單相橋式全控整流電路(反電勢(shì)負(fù)載 的電路原理圖1.2 工作原理當(dāng)整流電壓的瞬時(shí)值u d 小于反電勢(shì)E 時(shí),晶閘管承受反壓而關(guān)斷,這使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時(shí),u d=u 2,晶閘管關(guān)斷時(shí),u d=E。與電阻
15、負(fù)載相比晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電,稱作停止導(dǎo)電角。若 <時(shí),觸發(fā)脈沖到來時(shí),晶閘管承受負(fù)電壓,不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通,要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度,保證當(dāng)晶閘管開始承受正電壓時(shí),觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣,相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲,即=。2. 建模在MA TLAB 新建一個(gè)Model ,命名為fandiandongshifuzai ,同時(shí)模型建立如下圖所示:圖13 反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載電路建模圖2.1模型參數(shù)設(shè)置在此電路中,輸入電壓的電壓設(shè)置為220V ,頻率設(shè)置為50Hz ,電阻阻值設(shè)置為1歐姆,電感設(shè)置為1e-3H ,脈沖輸入的電壓設(shè)置為3V ,周期設(shè)置為0.02(與輸入電壓一致周期),占空比
16、設(shè)置為10%,觸發(fā)角分別設(shè)置為30°,50°,90°,150°因?yàn)閮蓚€(gè)晶閘管在對(duì)應(yīng)時(shí)刻不斷地周期性交替導(dǎo)通,關(guān)斷,所以脈沖出發(fā)周琴應(yīng)相差180°。1 =300時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載=300時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零)與=300時(shí)的阻性負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron和inductance lon不能同時(shí)為零),所不同的就是負(fù)載參數(shù)的設(shè)置不同。反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的設(shè)置如下: (2.波形圖
17、圖14 =30時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)波形圖安陽師范物理與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 0 2 a = 60 時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載 a = 60 時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參 0 數(shù)設(shè)置(resistance Ron 和 inductance lon 不能同時(shí)為零)與 a = 60 時(shí)的阻性負(fù)載的同步脈 0 沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron 和 inductance lon 不能 同時(shí)為零) ,所不同的就是負(fù)載參數(shù)的設(shè)置不同。反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的設(shè)置如下: (2.波形圖 圖 15 a = 60 時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載波形圖 0 21 安陽師范物理
18、與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 0 3 a = 90 時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載 a = 90 時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參 0 數(shù)設(shè)置(resistance Ron 和 inductance lon 不能同時(shí)為零)與 a = 90 時(shí)的阻性負(fù)載的同步脈 0 沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設(shè)置(resistance Ron 和 inductance lon 不能 同時(shí)為零) ,所不同的就是負(fù)載參數(shù)的設(shè)置不同。反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的設(shè)置如下: (2.波形圖 圖 16 a = 90 時(shí)的電動(dòng)勢(shì)負(fù)載波形圖 0 22 安陽師范物理與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 4 a = 150 時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載 0 a = 150 0 時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參 0 數(shù)設(shè)置(resistance Ron 和 inductance lon 不能同時(shí)為零)與 a = 15
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