單相半波整流可控電路

1、電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐返姆抡媾c分析班 級(jí)：自動(dòng)化091組 別：08成 員：金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院年 月 日目錄 單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。電路的結(jié)構(gòu)與工作原理錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。單相半波整流電路建模錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。仿真結(jié)果與分析錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。小結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。電路的結(jié)構(gòu)與工作原理錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。單相半波整流電路建模錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。仿真結(jié)果與分析錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。小結(jié)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。電路的結(jié)構(gòu)與工作原理錯(cuò)

2、誤!未定義書(shū)簽。單相半波整流電路建模錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。仿真結(jié)果與分析錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。小結(jié)：錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽?？偨Y(jié)： 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖索引圖1單相半波可控整流電路（純電阻負(fù)載）的電路原理圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖2單相半波可控整流電路（純電阻負(fù)載）的MATLAB仿真模型.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖3 a=30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖4 a=45單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖5 a=90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖6 a=120。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖7 a=

3、180單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖8單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）的電路原理圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖9單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）的MATLAB仿真模型.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖10 a=30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖11 a=60單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖12 a=90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖13 a=120單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。圖14單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）的電路原理

4、圖錯(cuò)誤！未定義 書(shū)簽。圖15單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）的MATLAB仿真模型錯(cuò)誤！ 未定義書(shū)簽。圖16 a=30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）錯(cuò)誤！未定 義書(shū)簽。圖17 a=60。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）錯(cuò)誤！未定義 書(shū)簽。圖18 a=90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）錯(cuò)誤！未定 義書(shū)簽。圖19 a=120單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載加續(xù)流二極管）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。單相半波可控整流電路仿真建模分析一、 單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）電路的結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)若用晶閘管T

5、替代單相半波整流電路中的二極管D，就可以得到單相半波可控整流電路的主電路，如圖1-1電路圖所示。設(shè)圖中變壓器副邊電壓U2為50HZ正弦波，負(fù)載RL為電阻性負(fù)載。Ud圖1單相半波可控整流電路（純電阻負(fù)載）的電路原理圖工作原理:（1）在電源電壓正半波（0n區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，脈沖uG在3t=a處觸發(fā)晶 閘管，晶閘管開(kāi)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3t=n時(shí)刻，u2=0,電源電壓自然過(guò)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（丸2丸區(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(méi) 有輸出電壓，負(fù)載電流為零。（4）直到電源電壓u2的

6、下一周期的正半波，脈沖uG在3t=2n + a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)?；緮?shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值U = j 兀頊 2U sin td (t) = 2劣d2兀a 2兀 2=0.45U1 + cos a2輸出電流平均值I = 土 = 0.45 U .上竺箜 d RR 2負(fù)載電壓有效值sin 2 a兀一 aU = U2.卞、負(fù)載電流有效值T U sin 2 a兀一 aI = 、+R4兀2兀晶閘管電流平均值I = % = 0.45 UdT RR1 + cos a2單相半波可控整流電路建模 模型參數(shù)設(shè)置晶閘管模型參數(shù)設(shè)置建立一個(gè)新的模型窗口，

7、打開(kāi)電力電子模塊組，復(fù)制一個(gè)晶閘管到模型 窗口中；打開(kāi)晶閘管參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置Ron=Q, Lon=0H, Uf=； Ic=0A, Rs=10Q, Cs=-6F。如圖所示。打開(kāi)電源模塊組，復(fù)制一個(gè)電壓源模塊到模型窗口中，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置 對(duì)話框，設(shè)置為：幅值5V，初相位0，頻率是50HZ的正弦交流電。如 圖所示。打開(kāi)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(kāi)參數(shù)設(shè) 置對(duì)話框，把RLC里的電感設(shè)置為0，電容設(shè)置為inf，電阻設(shè)置為Q。 如圖所示。打開(kāi)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Ud波形。打開(kāi)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Id波形。打開(kāi)測(cè)量模塊組，復(fù)制

8、一個(gè)電壓測(cè)量裝置以測(cè)量變壓器副邊電壓U2波形打開(kāi)測(cè)量模塊組，復(fù)制一個(gè)電壓測(cè)量裝置以測(cè)量晶閘管兩端電壓Ut波形。把脈沖發(fā)生器的輸出口接到示波器上以測(cè)量脈沖波形。i.打開(kāi)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)。如圖所示。11S可Tip; try riglit clicking an axesGeneral Data historyAxes示波器參數(shù)設(shè)置5個(gè)輸入端Number of axes: 5flosrting scopeTime range: 0.20KCancelHelpApplyj.建立給晶閘管提供觸發(fā)信號(hào)的同步脈沖發(fā)生器（Pulse

9、Generater）模型。參數(shù)設(shè)置為：脈沖幅值為4V，周期為，脈寬占整個(gè)周期的 10%，相位延遲（1/50） * （30/360） s=1/600s （即 a=30）或者（1/50）*（45/360）s=1/400s （即 a=45）?；蛘撸?/50） * （90/360） s=1/200s （即 a=90）?；蛘撸?/50） * （120/360） s=2/300s （即 a=120）。如圖所示。脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置全部模塊完美連接后，可以得到仿真電路。如圖所示。圖2單相半波可控整流電路（純電阻負(fù)載）的MATLAB仿真模型3仿真結(jié)果與分析下列所示波形圖中，從上到下分別代表變壓器副邊U2上的電壓

10、波形、脈沖的波形、電阻上的電壓波形、電阻上的電流波形、晶閘管VT上的電壓波形。下列波形分別是延遲角a為30、45、90、120 , 180時(shí)的波形變化。當(dāng)延遲角a =30時(shí)，波形圖如圖所示：圖3 a =30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載） 當(dāng)延遲角a =45。時(shí)，波形圖如圖所示：圖5 a =90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）當(dāng)延遲角a =120時(shí)，波形圖如圖所示：圖6 a =120。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）當(dāng)延遲角a =180。時(shí)，波形圖如圖所示：圖7 a =180單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負(fù)載）4小結(jié)在此試驗(yàn)中，我們可以看出通過(guò)改變觸發(fā)角a的

11、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，顯然a =180。時(shí)，平均電壓U =0由于晶閘管只在電源電壓正半波（0 ）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，故稱半波整流。單相半波可控整流電路中的輸出電壓與電流的波形相同，由于是電阻負(fù)載，電阻對(duì)電流沒(méi)有 阻礙作用，沒(méi)有續(xù)流的作用，不會(huì)產(chǎn)生反向電流，晶閘管的電壓沒(méi)有負(fù)值。電力電子變流技術(shù)的理論計(jì)算比較繁瑣且很難得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，從上述系統(tǒng)仿真結(jié) 果波形可以看出，利用仿真軟件進(jìn)行仿真，波形準(zhǔn)確、直觀，利用該方法還能對(duì)非常復(fù)雜的 電路、電力電子變流系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。二、單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載）1.電路的結(jié)構(gòu)與

12、工作原理電路結(jié)構(gòu)圖8單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載）電路原理圖波形圖工作原理在S=0a期間：晶閘管陽(yáng)-陰極間的電壓uAK大于零，此時(shí)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，晶閘 管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在3t=a時(shí)刻，門極加觸發(fā)信號(hào)，晶閘管觸發(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，負(fù)載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。在3比3坦32期間：輸出電流id從零增至最大值。在id的增長(zhǎng)過(guò)程中，電感產(chǎn) 生的感應(yīng)電勢(shì)力圖限制電流增大，電源提供的能量一部分供給負(fù)載電阻，一部分為 電感的儲(chǔ)能。在3=3t23t3期間：負(fù)載電流從最大值開(kāi)始下降，電感電壓改變方向，電感釋 放能量，企

13、圖維持電流不變。在3t=n時(shí)，交流電壓u2過(guò)零，由于感應(yīng)電壓的存在，晶閘管陽(yáng)極、陰極間的電 壓uAK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，另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 壓作用下而截止。直到下一個(gè)周期的正半周，即3t=2n + a時(shí)，晶閘管再次被觸發(fā) 導(dǎo)通，如此循環(huán)不已。2、單相半波可控整流電路建模單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載）仿真電路的建模大體和單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）一樣模型參數(shù)設(shè)置有部分參數(shù)做了調(diào)整（如下）：a.打開(kāi)晶閘管參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置Ron= Q，Lon=0H，Uf=，Ic=0A，Rs=20Q

14、，Cs=-6F。如圖所示晶閘管的參數(shù)表找到RLC元件模塊，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，把RLC里的電感設(shè)置為，電容設(shè)置我inf，電阻設(shè)置為Q。（以此可以得到阻一感性負(fù)載）如圖所示。阻一感性負(fù)載參數(shù)圖9單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載）MATLAB仿真模型3仿真結(jié)果與分析下列所示波形圖中，分別代表變壓器副邊U2上的電壓波形、脈沖的波形、電阻上的電壓波 形、電阻上的電流波形、晶閘管VT上的電壓波形。下列波形分別是延遲角a為30、60、 90、120時(shí)的波形變化a.當(dāng)延遲角a =30時(shí)，波形圖如圖所示:圖10 a =30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）b.當(dāng)延遲角a =60時(shí)，波形圖如圖所示圖

15、11 a =60單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）當(dāng)延遲角a =90時(shí)，波形圖如圖所示圖12 a =90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載） d.當(dāng)延遲角a =120時(shí)，波形圖如圖所示：圖13 a =120。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負(fù)載）4.小結(jié)由于在實(shí)際生活中有很多負(fù)載是電感性負(fù)載，如直流電動(dòng)機(jī)的繞組、電磁離 合器的線圈、電磁鐵等，它們既含有電阻又含有電感，且電感量較大。由于電磁 感應(yīng)作用，當(dāng)通過(guò)電感元件L的電流發(fā)生變化時(shí)，在電感中產(chǎn)生阻礙電流變化 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將使電流的變化總是滯后于外加電壓的變化。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，

16、在電源電 壓由正到負(fù)的過(guò)零點(diǎn)也不會(huì)關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負(fù)波形，輸出電壓和電流的平 均值減小；大電感負(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。三、單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載激加續(xù)流二極管）1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)圖14單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載激加續(xù)流二極管）的電路原理圖工作原理在電源電壓正半波（0n），晶閘管受正向電壓。在3比Q處觸發(fā)晶閘管， 使其導(dǎo)通，形成負(fù)載電流/d,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(yáng)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(guò)續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷

17、，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波形近似為一條直 線。以上分析可看出，電感性負(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)流二極管可起到提高輸出電壓的作用。在大電感負(fù)載 時(shí)負(fù)載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過(guò)晶閘管的電流波形和流過(guò)續(xù) 流二極管的電流波形是矩形波。對(duì)于電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半 波可控整流器電阻性負(fù)載相同，為0180，且有a + 0 =1802o基本數(shù)量關(guān)系.2U 1 + cos兀a.直流輸出電壓平均值Ud = _L I2U2 sin wtd (t)=

18、0.45U 1 + C0S a22b.輸出電流平均值U U 1 + cos a =0.45 t.R R 2b.晶閘管電流的平均值IdT兀-a i2兀dd.負(fù)載電流有效值I.Z it 2nd2.單相半波可控整流電路建模單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載及加續(xù)流二極管）仿真電路圖15單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載激加續(xù)流二極管）的MATLAB仿真模 型模型參數(shù)設(shè)置有部分參數(shù)做了調(diào)整（如下）：a.打開(kāi)晶閘管參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置Ron= Q, Lon=0H, Uf=, Ic=0A, Rs=20Q, Cs=-6F。如圖所示晶閘管的參數(shù)表b,找到RLC元件模塊，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，把RLC里的電感設(shè)置

19、為，電容設(shè)置我inf,電阻設(shè)置為Q。（以此可以得到阻一感性負(fù)載）如圖所示。阻一感性負(fù)載參數(shù)3仿真結(jié)果與分析下列所示波形圖中，波形圖分別代變壓器副邊電壓U2波形、脈沖方波波形、 負(fù)載輸出電壓Ud波形、負(fù)載輸出電流波形id、晶閘管電流波形iT、續(xù)流二極管 電流iD、晶閘管壓降UT。下列波形分別是延遲角a為30、60、90、120 a.當(dāng)延遲角a =30時(shí)，波形圖如圖所示：圖16 a =30單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載加續(xù)流二極管）圖17 a =60單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載加續(xù)流二極管）c.當(dāng)延遲角a =90時(shí)，波形圖如圖所示:圖18 a =90單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載加續(xù)流二極管）波形圖C.當(dāng)延遲角a =120時(shí)，波形圖如圖所示:圖19 a =120。單相半波可控整流電路（阻一感性負(fù)載加續(xù)流二極管）波形圖4小結(jié)由以上分析可以看出，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)流二極管起到了續(xù)流的作用。在電感無(wú)窮大時(shí)，負(fù)載電流為