基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)與仿真

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)與仿真 課 程： 電子線路課程設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)：學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2014年 12月 28日信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）設(shè)計(jì)題目基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1. 晶閘管參數(shù)設(shè)置Ron=0.001，Lon=0H，Uf=0.8V；Ic=0A，Rs=10，Cs=4.7e-6F2. 電源模塊設(shè)置為：幅值220V，初相位0，頻率是50HZ的正弦交流電3. RLC元件模塊設(shè)置參數(shù)：負(fù)載R=1，L=0H，根據(jù)需要相應(yīng)的調(diào)整4. 同步脈沖發(fā)

2、生器（Pulse Generater）模型參數(shù)設(shè)置為：脈沖幅值為10V，周期為0.02s，脈寬占整個(gè)周期的30%，相位延遲（1/50）*（30/360）s=1/600s（即=30，后面參數(shù)60、90、120相應(yīng)的調(diào)整）設(shè)計(jì)要求熟悉整流電路的基本原理，能夠運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析設(shè)計(jì)任務(wù)。掌握基本電路的數(shù)據(jù)分析、處理；描繪波形并加以判斷。能正確設(shè)計(jì)電路，畫出線路圖，分析電路原理。廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料。參考資料1王兆安、劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù) 西安M.: 機(jī)械工業(yè)出版社 20092黃俊,王兆安.電力電子變流技術(shù)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19943趙良炳.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京:清華大學(xué)出版社

3、,19954陳治明. 電力電子器件基礎(chǔ)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19925趙可斌,陳國雄.電力電子變流技術(shù)M.上海:上海交大出版社,19936林渭勛,電力電子技術(shù)M., 杭州:浙江大學(xué)出版社,19867丁道宏. 電力電子技術(shù)M.北京:航空工業(yè)出版社,19908黃繼昌.電子元器件應(yīng)用手冊(cè)M.人民郵電出版社,2004 2014年12月28日學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)： 專業(yè)（班級(jí)）：課程設(shè)計(jì)題目： 基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)與仿真 成績：指導(dǎo)教師：年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表摘 要電力電子技術(shù)是一門誕生和發(fā)展于20世紀(jì)的嶄新技術(shù)，在21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展。以計(jì)算機(jī)為核心的

4、信息科學(xué)將是21世紀(jì)起主導(dǎo)作用的科學(xué)技術(shù)之一。本次單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)是基于MATLAB的系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)。本文是基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計(jì)與仿真，通過對(duì)單相的單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）電路、單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）電路和單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）電路這三種進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真，通過對(duì)仿真圖形進(jìn)行分析，了解這三種電路的工作原理和性能。關(guān)鍵字：MATLAB的系統(tǒng)仿真；可控整流電路；單相半波電路ABSTACTPower electronic technology is a birth and development in the new t

5、echnology of the 20th century, in the 21st century will remain at the speed of rapid development. With the computer as the core information science will be one of the science and technology play a leading role in the 21st century. The single phase half wave controlled rectifier circuit design is the

6、 design of system simulation based on MATLAB.This paper is the design and Simulation of Matlab single phase half wave controlled rectifier circuit based on single phase, by single phase half wave controlled rectifier (resistive load) circuit, single phase half wave controlled rectifier circuit (resi

7、stive inductive load) circuit and single phase half wave controlled rectifier circuit (resistance of inductive load and freewheeling diode) circuit the three circuit design and simulation, through the simulation graph analysis, understand the working principle and performance of the three circuit.Ke

8、y words:MATLAB system simulation; controllable rectifier circuit; single phase half wave circuit目錄摘要4關(guān)鍵字4ABSTACT5Key words51 緒論71.1半波整流簡介71.2 本文研究的內(nèi)容71.3 單相半波可控整流電路建模與基本參數(shù)72 單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）102.1 電路的結(jié)構(gòu)與工作原理102.2 Matlab下的模型建立102.3 仿真結(jié)果與波形圖分析112.4 小結(jié)133單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）143.1 原理圖143.2 Matlab下的模型建立143

9、.3 仿真結(jié)果與波形圖分析153.4 小結(jié)174 單相半波可控整流電路(阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管)184.1 電路的結(jié)構(gòu)與工作原理184.2 Matlab下的模型建立194.3 仿真結(jié)果與波形圖分析194.4 小結(jié)21總結(jié)21致謝23參考文獻(xiàn)241 緒論1.1半波整流簡介變壓器的次級(jí)繞組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個(gè)周期內(nèi)有電流流過負(fù)載，另半個(gè)周期被二極管所阻，沒有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動(dòng)成分太大，對(duì)濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。1.2 本文研究的內(nèi)容本文研究的內(nèi)容主要包括：(1)

10、 單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）電路的工作原理電路設(shè)計(jì)與仿真。(2) 單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）電路的工作原理電路設(shè)計(jì)與仿真。(3) 單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）電路的工作原理電路設(shè)計(jì)與仿真。1.3單相半波可控整流電路建模與基本參數(shù) 因后面研究的三個(gè)單相半波可控整流電路的電路建模需要的一些基本參數(shù)是一樣的，所以，將其放在本文的緒論部分，后邊將不會(huì)一一列出，往后為各章節(jié)列出的將只有改變的模塊的參數(shù)，這些參數(shù)設(shè)置如下：（1） 建立一個(gè)新的模型窗口，打開電力電子模塊組，復(fù)制一個(gè)晶閘管到模型窗口中；打開晶閘管參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置Ron=0.001，Lon=0H，Uf=

11、0.8V；Ic=0A，Rs=10，Cs=4.7e-6F。（2） 打開電源模塊組，復(fù)制一個(gè)電壓源模塊到模型窗口中，打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置為：幅值50V，初相位0，頻率是50HZ的正弦交流電。（3） 打開元件模塊組，復(fù)制一個(gè)串聯(lián)RLC元件模塊到模型窗口中，打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，按仿真要求設(shè)置參數(shù)。（4） 打開測(cè)量模塊組，復(fù)制一個(gè)電壓測(cè)量裝置以測(cè)量負(fù)載電壓。（5） 打開測(cè)量模塊組，復(fù)制一個(gè)電流測(cè)量裝置以測(cè)量負(fù)載電流。（6） 打開Sinks模塊組,復(fù)制一個(gè)示波器裝置以顯示電路中各物理量的變化關(guān)系，并按要求設(shè)置輸入端口的個(gè)數(shù)。（7） 建立給晶閘管提供觸發(fā)信號(hào)的同步脈沖發(fā)生器（Pulse Generate

12、r）模型。參數(shù)設(shè)置為：脈沖幅值為10V，周期為0.02s，脈寬占整個(gè)周期的30%，相位延遲（1/50）*（60/360）s=1/300s（即=60）。各個(gè)參數(shù)的設(shè)置如下圖：a) 仿真參數(shù)，算法（solver）ode15s，相對(duì)誤差（relativetolerance）1e-3，開始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間0.05s：b) 脈沖參數(shù)，振幅3V，周期0.02，占空比30%，時(shí)相延遲（1/50）x（n/360）s：c) 電源參數(shù)，頻率50hz，電壓220v:d) 晶閘管參數(shù):2單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）2.1電路的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)電路結(jié)構(gòu)下圖是單向半波可控整流電路原理圖，晶閘管作為開關(guān)元件，變壓器

13、T起變換電壓和隔離的作用。 單向半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）(2) 工作原理1)在電源電壓正半波（0區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，脈沖uG在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id,負(fù)載上有輸出電壓和電流。2）在t=時(shí)刻，u2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。3）在電源電壓負(fù)半波（2區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載上沒有輸出電壓，負(fù)載電流為零。4）直到電源電壓u2的下一周期的正半波，脈沖uG在t=2+處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流又加在負(fù)載上，如此不斷重復(fù)。2.2 Matlab下的模型建立1) 適當(dāng)連接后，可以得到

14、仿真電路。如圖所示：單相半波可控整流電路(電阻性)2.3仿真結(jié)果與波形圖分析下列所示波形圖中，波形圖分別代表晶體管VT上的電流、晶體管VT上的電壓、電阻上的電壓。下列波形分別是延遲角為30、60、90、120時(shí)的波形變化，其中，各個(gè)參數(shù)為：負(fù)載R=1，L=0H，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ。1)=30 ，單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真波形圖：2) =60 ，單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真波形圖：;3)=90 ，單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真波形圖：4)=120 ，單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）仿真波形圖：2.

15、4小結(jié)在此仿真中，我們可以看出通過改變觸發(fā)角的大小，直流輸出電壓，負(fù)載上的輸出電壓波形都發(fā)生變化，可以看出，仿真波形與理論分析波形、實(shí)驗(yàn)波形結(jié)果非常相符，通過改變觸發(fā)脈沖控制角的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負(fù)載上的輸出平均值發(fā)生變化。由于晶閘管只在電源電壓正半波區(qū)間內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流。3單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）3.1原理圖單相半波阻-感性負(fù)載整流電路如圖所示，當(dāng)負(fù)載中感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻時(shí)成為阻-感性負(fù)載，屬于阻-感性負(fù)載的有機(jī)的勵(lì)磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。阻-感性負(fù)載的等效電路可以用一個(gè)電感和電阻的串聯(lián)電路來表示。單相半波阻-感性負(fù)載整流電

16、路圖(1) 工作原理1)在t=0期間：晶閘管承受正向陽極電壓，但沒有觸發(fā)脈沖，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。2）在t=時(shí)刻，門極加上觸發(fā)脈沖，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓u2加到負(fù)載上，輸出電壓ud=u2。由于電感的存在，在ud的1作用下，負(fù)載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。3）在t=t1t2期間：輸出電流從零增至最大值。在id的增長過程中，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)力圖阻止電流增大，電源提供的能量一部分供給負(fù)載電阻，另一部分轉(zhuǎn)變成電感的儲(chǔ)能。4）在t=t2t3期間：負(fù)載電流從最大值開始下降，電感電壓uL=Ldi/dt改變方向，電感釋放能量，企圖維持電流不變。5）在t=時(shí)，交流電壓

17、u2過零，但由于電感電壓的存在，晶閘管陽、陰極的電壓仍大于零，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，此時(shí)電感儲(chǔ)存的磁能一部分釋放變成電阻的熱能，同時(shí)一部分磁能變成電能送回電網(wǎng)，電感的儲(chǔ)能全部釋放完后，晶閘管在u2反向電壓作用下而截至。3.2Matlab下的模型建立（1）單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真電路圖如圖所示 單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真電路圖（2）電感參數(shù)設(shè)置如下圖所示：3.3仿真結(jié)果與波形圖分析下列所示波形圖中，波形圖分別代表晶體管VT上的電流、晶體管VT上的電壓、電阻加電感上的電壓。設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為30、60、900、1200時(shí)的波形變化。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如下圖形所示。在波形圖中

18、第一列波為脈沖波形，第二列波為負(fù)載電流波形，第三列波為晶閘管電壓波形，第四列波為負(fù)載電壓波形，第五列波為電源電壓波形。a) =30單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真波形圖:b) =60單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真波形圖:c) =90單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真波形圖:d) =120單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）仿真波形圖:3.4小結(jié)與電阻性負(fù)載相比，負(fù)載電感的存在，使得晶閘管的導(dǎo)通角增大，在電源電壓由正到負(fù)的過零點(diǎn)也不會(huì)關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負(fù)波形，輸出電壓和電流平均值減?。淮箅姼胸?fù)載時(shí)輸出電壓正負(fù)面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零。4單相半波可控整流電路(阻-感性負(fù)

19、載加續(xù)流二極管)4.1電路的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)電路結(jié)構(gòu)單相半波可控整流電路(阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管)(2) 工作原理1） 在電源電壓正半波（0區(qū)間），晶閘管承受正向電壓。脈沖uG在t=處觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id，負(fù)載上有輸出電壓和電流，在此期間續(xù)流二極管VD承受反向陽極電壓而關(guān)斷。2） 在電源電壓負(fù)半波（2區(qū)間），電感的感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD受正向電壓而導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)電源電壓u20,u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向陽極電壓而關(guān)斷，負(fù)載兩端的輸出電壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。如果電感較小，電流id是斷斷續(xù)續(xù)的；電感較大時(shí)續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)，且

20、id波形為一條脈動(dòng)線；電感無大時(shí)，電流id連續(xù)，為一平直線。4.2 Matlab下的模型建立單相半波可控整流接續(xù)流二極管時(shí)電路仿真模型4.3仿真結(jié)果與波形圖分析下列所示波形圖中，波形圖分別代表晶體管VT上的電流、負(fù)載（電阻和電感）的電流、晶體管VT上的電壓、續(xù)流二極管上的電流、電阻上的電壓。下列波形分別是延遲角為30、60、90、120時(shí)的波形變化其中，參數(shù)有：L=0.1H，R=1，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ。a) =30，單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）仿真波形圖：b) =60，單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載

21、加續(xù)流二極管）仿真波形圖：c) =90，單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）仿真波形圖：d) =120，單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）仿真波形圖：4.4小結(jié)在電源電壓正半波，電壓u20，晶閘管uAK0。在t=處觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id，負(fù)載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極管VD承受反向陽極電壓而關(guān)斷。在電源電壓負(fù)半波，電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)電壓u2 0， u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載兩端的輸出電壓為續(xù)流二極管的管壓降，如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)，且id波形近似為一條

22、直線。以上分析可看出，電感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負(fù)載波形相同，續(xù)流二極管起到了提高輸出電壓的作用。在電感無窮大時(shí)，負(fù)載電流為一直線，流過晶閘管和續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。總 結(jié)單相半波可控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，調(diào)整方便，容易實(shí)現(xiàn)；但整流電壓脈動(dòng)大，每周期脈動(dòng)一次。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵芯截面。通過這次基于MATLAB仿真設(shè)計(jì)過程中，不僅掌握了MATLAB中simulink仿真的使用，對(duì)單相半波可控整流電路有了新的認(rèn)識(shí)。在進(jìn)行仿真時(shí)，不僅要掌握各種模塊的功能和用法，還要掌握一

23、定的編程技巧。通過以前對(duì)MATLAB的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了MATLAB軟件的基礎(chǔ)操作，為這次的設(shè)計(jì)提供了很好的基礎(chǔ)。仿真的過程不僅需要過硬的理論知識(shí)基礎(chǔ)，也需要對(duì)軟件操作技巧的掌握，所以說理論與實(shí)踐同樣重要。在本次的電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，加深了我對(duì)課本專業(yè)知識(shí)的理解，理論知識(shí)與實(shí)際動(dòng)手的重要性。在此次課程設(shè)計(jì)中，真正做到了自己查閱資料。這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，讓我們有機(jī)會(huì)將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中。并通過對(duì)知識(shí)的綜合利用，進(jìn)行必要的分析，比較。從而進(jìn)一步驗(yàn)證了所學(xué)的理論知識(shí)。在此次的設(shè)計(jì)過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了單相半波可控整流電路的原理、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)以及Maatlab的仿真。在本次的課程設(shè)計(jì)中，駭然我明白了要完成好一篇課程設(shè)計(jì)，還必須有：第一，要有很牢的理論功底，對(duì)理論知識(shí)要更深入地理解；第二，具備文獻(xiàn)檢索能力；第三，提高書面表達(dá)能力，提高撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告水平。當(dāng)然，在這個(gè)過程中我也遇到了困難，這次的課程設(shè)計(jì)，讓我讓我更