單相半波整流可控電路(純電阻,阻感,續(xù)流二極管)

./電力電子技術實驗報告實驗名稱：單相半波可控整流電路的仿真與分析班級：自動化091組別：08成員：職業(yè)技術學院信息工程學院年月日.目錄一.單相半波可控整流電路<電阻性負載>-1-1.電路的結構與工作原理-1-2.單相半波整流電路建模-2-3.仿真結果與分析-5-4.小結-8-二.單相半波可控整流電路<阻-感性負載>-8-1.電路的結構與工作原理-8-2.單相半波整流電路建模-10-3.仿真結果與分析-11-4.小結-13-三.單相半波可控整流電路<阻-感性負載加續(xù)流二極管>-14-1.電路的結構與工作原理-14-2.單相半波整流電路建模-15-3.仿真結果與分析-17-4.小結：-19-四.總結：………………….-19-.圖索引TOC\h\z\c"圖"圖1單相半波可控整流電路<純電阻負載>的電路原理圖-1-圖2單相半波可控整流電路<純電阻負載>的MATLAB仿真模型-5-圖3α=30°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>-6-圖4α=45°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>-6-圖5α=90°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>-7-圖6α=120°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>-7-圖7α=180°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>.................-8-圖8單相半波可控整流電路<阻-感性負載>的電路原理圖-9-圖9單相半波可控整流電路<阻-感性負載>的MATLAB仿真模型-11-圖10α=30°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>-12-圖11α=60°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>-12-圖12α=90°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>-13-圖13α=120°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>...............-13-圖14單相半波可控整流電路<阻-感性負載加續(xù)流二極管>的電路原理圖-14-圖15單相半波可控整流電路<阻-感性負載加續(xù)流二極管>的MATLAB仿真模型-16-圖16α=30°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載加續(xù)流二極管>-17-圖17α=60°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載加續(xù)流二極管>-18-圖18α=90°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載加續(xù)流二極管>-18-圖19α=120°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載加續(xù)流二極管>-19-.單相半波可控整流電路仿真建模分析單相半波可控整流電路〔電阻性負載電路的結構與工作原理1.1電路結構若用晶閘管T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。設圖中變壓器副邊電壓u2為50HZ正弦波,負載RL為電阻性負載。圖SEQ圖\*ARABIC1單相半波可控整流電路<純電阻負載>的電路原理圖1.2工作原理：〔1在電源電壓正半波〔0~π區(qū)間,晶閘管承受正向電壓,脈沖uG在ωt=α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ωt=π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〔π~2π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。〔4直到電源電壓u2的下一周期的正半波,脈沖uG在ωt=2π+α處又觸發(fā)晶閘管,晶閘管再次被觸發(fā)導通,輸出電壓和電流又加在負載上,如此不斷重復。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.負載電流有效值e.晶閘管電流平均值單相半波可控整流電路建模2.1模型參數(shù)設置a.晶閘管模型參數(shù)設置建立一個新的模型窗口,打開電力電子模塊組,復制一個晶閘管到模型窗口中；打開晶閘管參數(shù)設置對話框,設置Ron=0.001Ω,Lon=0H,Uf=0.8V；Ic=0A,Rs=10Ω,Cs=4.7e-6F。如圖所示。b.打開電源模塊組,復制一個電壓源模塊到模型窗口中,打開參數(shù)設置對話框,設置為：幅值5V,初相位0,頻率是50HZ的正弦交流電。如圖所示。c.打開元件模塊組,復制一個串聯(lián)RLC元件模塊到模型窗口中,打開參數(shù)設置對話框,把RLC里的電感設置為0,電容設置為inf,電阻設置為1.2Ω。如圖所示。d.打開測量模塊組,復制一個電壓測量裝置以測量負載電壓Ud波形。e.打開測量模塊組,復制一個電流測量裝置以測量負載電流Id波形。f.打開測量模塊組,復制一個電壓測量裝置以測量變壓器副邊電壓U2波形g.打開測量模塊組,復制一個電壓測量裝置以測量晶閘管兩端電壓Ut波形。h.把脈沖發(fā)生器的輸出口接到示波器上以測量脈沖波形。i.打開Sinks模塊組,復制一個示波器裝置以顯示電路中各物理量的變化關系,并按要求設置輸入端口的個數(shù)。如圖所示。示波器參數(shù)設置5個輸入端j.建立給晶閘管提供觸發(fā)信號的同步脈沖發(fā)生器〔PulseGenerater模型。參數(shù)設置為：脈沖幅值為4V,周期為0.02s,脈寬占整個周期的10%,相位延遲〔1/50*〔30/360s=1/600s〔即α=30°或者〔1/50*〔45/360s=1/400s〔即α=45°?；蛘摺?/50*〔90/360s=1/200s〔即α=90°?！蛘摺?/50*〔120/360s=2/300s〔即α=120°。如圖所示。脈沖發(fā)生器參數(shù)設置2.2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<純電阻負載>的MATLAB仿真模型3仿真結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α為30°、45°、90°、120°,180°時的波形變化。當延遲角α=30°時,波形圖如圖所示：圖3α=30°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>當延遲角α=45°時,波形圖如圖所示：圖4α=45°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>c.當延遲角α=90°時,波形圖如圖所示圖5α=90°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>d.當延遲角α=120°時,波形圖如圖所示：圖6α=120°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>e.當延遲角α=180°時,波形圖如圖所示：圖7α=180°單相半波可控整流電路仿真結果<純電阻負載>4小結在此試驗中,我們可以看出通過改變觸發(fā)角α的大小,直流輸出電壓,負載上的輸出電壓波形都發(fā)生變化,顯然α=180°時,平均電壓=0由于晶閘管只在電源電壓正半波〔0~區(qū)間導通,輸出電壓為極性不變但瞬時值變化的脈動直流,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,由于是電阻負載,電阻對電流沒有阻礙作用,沒有續(xù)流的作用,不會產生反向電流,晶閘管的電壓沒有負值。電力電子變流技術的理論計算比較繁瑣且很難得到準確的計算結果,從上述系統(tǒng)仿真結果波形可以看出,利用仿真軟件進行仿真,波形準確、直觀,利用該方法還能對非常復雜的電路、電力電子變流系統(tǒng)進行建模仿真。二、單相半波可控整流電路〔阻—感性負載1.電路的結構與工作原理1.1電路結構圖8單相半波可控整流電路〔阻—感性負載電路原理圖波形圖1.2工作原理在ωt=0~α期間：晶閘管陽-陰極間的電壓uAK大于零,此時沒有觸發(fā)信號,晶閘管處于正向關斷狀態(tài),輸出電壓、電流都等于零。在ωt=α時刻,門極加觸發(fā)信號,晶閘管觸發(fā)導通,電源電壓u2加到負載上,輸出電壓ud=u2。由于電感的存在,負載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。在ωt=ωt1~ωt2期間：輸出電流id從零增至最大值。在id的增長過程中,電感產生的感應電勢力圖限制電流增大,電源提供的能量一部分供給負載電阻,一部分為電感的儲能。在ωt=ωt2~ωt3期間：負載電流從最大值開始下降,電感電壓改變方向,電感釋放能量,企圖維持電流不變。在ωt=π時,交流電壓u2過零,由于感應電壓的存在,晶閘管陽極、陰極間的電壓uAK仍大于零,晶閘管繼續(xù)導通,此時電感儲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。直到下一個周期的正半周,即ωt=2π+α時,晶閘管再次被觸發(fā)導通,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—感性負載仿真電路的建模大體和單相半波可控整流電路〔電阻性負載一樣2.1模型參數(shù)設置有部分參數(shù)做了調整〔如下：a.打開晶閘管參數(shù)設置對話框,設置Ron=0.001Ω,Lon=0H,Uf=0.8V,Ic=0A,Rs=20Ω,Cs=4.7e-6F。如圖所示晶閘管的參數(shù)表b.找到RLC元件模塊,打開參數(shù)設置對話框,把RLC里的電感設置為0.002,電容設置我inf,電阻設置為1.2Ω?！惨源丝梢缘玫阶琛行载撦d如圖所示。阻—感性負載參數(shù)全部模塊完美連接后,可以得到仿真電路。如圖所示。圖9單相半波可控整流電路〔阻—感性負載MATLAB仿真模型3仿真結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α為30°、60°、90°、120°時的波形變化a.當延遲角α=30°時,波形圖如圖所示：圖10α=30°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>b.當延遲角α=60°時,波形圖如圖所示圖11α=60°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>c.當延遲角α=90°時,波形圖如圖所示圖12α=90°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>d.當延遲角α=120°時,波形圖如圖所示：圖13α=120°單相半波可控整流電路仿真結果<阻-感性負載>4.小結由于在實際生活中有很多負載是電感性負載,如直流電動機的繞組、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。由于電磁感應作用,當通過電感元件L的電流發(fā)生變化時,在電感中產生阻礙電流變化的感應電動勢,將使電流的變化總是滯后于外加電壓的變化。與電阻性負載相比,負載電感的存在,使得晶閘管的導通角增大,在電源電壓由正到負的過零點也不會關斷,輸出電壓出現(xiàn)了負波形,輸出電壓和電流的平均值減?。淮箅姼胸撦d時輸出電壓正負面積趨于相等,輸出電壓平均值趨于零。三、單相半波可控整流電路〔阻—感性負載激加續(xù)流二極管1.電路結構與工作原理1.1電路結構圖14單相半波可控整流電路〔阻—感性負載激加續(xù)流二極管的電路原理圖1.2工作原理在電源電壓正半波〔0~π,晶閘管受正向電壓。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管,使其導通,形成負載電流id,負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斷。在電源電壓負半波,電感感應電壓使續(xù)流二極管VD導通續(xù)流,此時電壓u2＜0,u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關斷,負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)流二極管一直導通到下一周期晶閘管導通,使id連續(xù),且id波形近似為一條直線。以上分析可看出,電感性負載加續(xù)流二極管后,輸出電壓波形與電阻性負載波形相同,續(xù)流二極管可起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續(xù)且近似一條直線,流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。對于電感性負載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相圍與單相半波可控整流器電阻性負載相同,為0～180o,且有α+θ=180o。1.3基本數(shù)量關系a.直流輸出電壓平均值b.輸出電流平均值晶閘管電流的平均值d.負載電流有效值2.單相半波可控整流電路建模單相半波可控整流電路〔阻—感性負載及加續(xù)流二極管仿真電路圖15單相半波可控整流電路〔阻—感性負載激加續(xù)流二極管的MATLAB仿真模型2.1模型參數(shù)設置有部分參數(shù)做了調整〔如下：a.打開晶閘管參數(shù)設置對話框,設置Ron=0.001Ω,Lon=0H,Uf=0.8V,Ic=0A,Rs=20Ω,Cs=4.7e-6F。如圖所示晶閘管的參數(shù)表b.找到RLC元件模塊,打開參數(shù)設置對話框,把RLC里的電感設置為0.002,電容設置我inf,電阻設置為1.2Ω?！惨源丝梢缘玫阶琛行载撦d如圖所示。阻—感性負載參數(shù)3仿真結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、負載輸出電壓Ud波形、負載輸出電流波形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α為30°、60°、90°、120a.當延遲角α=30°時,波形圖如圖所示：圖16α=30°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載加續(xù)流二極管b.當延遲角α=60°時,波形圖如圖所示：圖17α=60°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載加續(xù)流二極管c.當延遲角α=90°時,波形圖如圖所示：圖18α=90°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載加續(xù)流二極管波形圖當延遲角α=120°時,波形圖如圖所示：圖19α=120°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載加續(xù)流二極管波形圖4小結由以上分析可以看出,阻感性負載加續(xù)流二極管后,輸出電壓波形與電阻性負載波形相