单相桥式全控整流电路matlab仿真_课程设计.doc

.河北科技大学课程设计计算说明书课程名称： 电力电子技术 设计题目：单相桥式全控MATLAB仿真 专业班级： 学生姓名：指导老师：电力电子课程设计指导小组2012年6月15日目录1.MATLAB简介12.单相桥式全控整流电路MATLAB仿真 12.1电阻性负载 12.1.1电阻负载的工作情况 12.1.2建立MATLAB仿真模型22.2阻感性负载42.2.1阻感性负载的工作情况42.2.2建立MATLAB仿真模型62.3反电动势负载82.3.1反电动势负载的工作情况82.3.2建立MATLAB仿真模型93.收获体会114.参考文献12.1.MATLAB简介MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式。Simulink可用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。2.单相桥式全控整流电路MATLAB仿真2.1电阻性负载2.1.1电阻负载的工作情况图2-1电阻负载如图2-1所示1）在单相桥式全控电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2正半周，若四个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1,VT4串联承受电压u2，设VT1，VT4漏电阻相同，则各承受u2的一半。若在触发角处给VT1，VT4加触发脉冲，VT1，VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。2）当u2过零时，流过晶闸管的电流也降到零，VT1,VT4关断。在u2副半周，仍在触发角触发VT2，VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b流出，经VT3，R，VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降到零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环的工作下去。表1-1 各区间晶闸管的导通、负载电压和晶闸 管端电压情况t0晶闸管导通情况VT1.4,VT2.3都截止VT1.4导通,VT2.3截止VT1.4,VT2.3都截止VT1.4截止,VT2.3导通ud0u20u2id0u2/R0u2/Ri20u2/R0-u2/Rutut1.4=ut2.3= ()u2ut1.4=0、ut2.3=u2ut1.4=ut2.3= ()u2ut1.4=u2、ut2.3=02.1.2建立MATLAB仿真模型图2-2 单相桥式全控整流电路（电阻性负载）仿真结果分析1)设定触发角=30，二次侧u2=100V，frequency=50Hz ，R=1，触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V，VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/600, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/600 +0.01;图2-3=30单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）2)设定触发角=60，二次侧u2=100V，frequency=50HZ，R=1，触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V， VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/300, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/300 +0.01;图2-4 =60单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）3)设定触发角=90，二次侧u2=100V，frequency=50HZ，R=1，触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V， VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/200, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/200 +0.01;图2-5 =90单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）2.2阻感性负载2.2.1阻感性负载的工作情况图2-6阻感性负载电路如图2-6所示 1）在电压u2正半波的（0）区间。晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，VT1、VT4处于关断状态。假设电路已经工作在稳定状态，则在0区间由于电感的作用，晶闸管VT2、VT3维持导通。2）在u2正半波的（）区间。在t=时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通，负载电流沿aVT1LRVT4bT的二次绕组a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电压u2反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反向电压而处于关断状态。3）在电压u2负半波的（+）区间。当t=时，电源电压自然过零，感应电势是晶闸管VT1、VT4继续导通。在电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。4）u2负半波的（+2）区间。在t=+时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其导通，负载电流沿bVT3LRVT2aT的二次绕组b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压（ud=u2）和电流。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反向电压而关断。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期t=2+处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。表1-2 各区间晶闸管的导通、负载电压和晶闸管端电压的情况t0+2晶闸管导通情况VT1.4截止、VT2.3导通VT1.4导通、VT2.3截止VT1.4导通、VT2.3截止VT1.4截止、VT2.3导通ud-u2u2u2-u2id+Idi2-Id+Id+Id-Idutut1.4=u2、ut2.3=0ut1.4=0、ut2.3=-u2ut1.4=0、ut2.3=-u2ut1.4=u2、ut2.3=0itit1.4=0、it2.3=Idit1.4= Id、it2.3=0it1.4= Id、it2.3=0it1.4=0、it2.3=Id2.2.2建立MATLAB仿真模型图2-7单相桥式全控整流电路仿真模型（阻感性负载）仿真结果分析1)设定触发角=30，二次侧u2=100V，frequency=50HZ，R=1，L=0.1H,触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V， VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/600, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/600 +0.01;图2-8 =30单相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）2) 设定触发角=60，二次侧u2=100V，frequency=50HZ，R=1，L=0.1H, 触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V， VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/300, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/300 +0.01;图2-9 =60单相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）3)设定触发角=90，二次侧u2=100V，frequency=50HZ，R=1，L=0.1H, 触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V， VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/200, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/200 +0.01;图2-10 =90单相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）2.3反电动势负载2.3.1反电动势负载的工作情况图2-11反电动势负载电路如图2-11所示 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢，（忽略其中的电感）等时，负载可看成是一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。当忽略主电路的各部分电感时，只有在u2的瞬时值的绝对值大于反电动势即|u2|E时，才有晶闸管承受正向电压，有导通的可能。晶闸管导通之后，ud=u2，直至|u2|=E，id即降至零使晶闸管关断，此后ud=E。与电阻负载相比，晶闸管提前了电角度停止导电。2.3.2建立MATLAB仿真模型图2-12 单相桥式全控整流电路（反电动势负载）1)设定触发角=30，二次侧u2=100V，frequency=50Hz，反电动势E=50V，R=1，触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/600, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/600 +0.01;图2-13 =30单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）2)设定触发角=60，二次侧u2=100V，frequency=50HZ，反电动势E=50V，R=1，触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/300, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/300 +0.01;图2-14 =60单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）3)设定触发角=90，二次侧u2=100V，frequency=50HZ，反电动势E=50V，R=1，触发脉冲周期period=0.02s，peakamplitude=10V， VT1，4的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/200, VT2,3的触发脉冲相位延迟phase delay（secs）=1/200 +0.01;图2-15 =90单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）3.收获体会通过此次单项桥式全控整流电路基于MATLAB仿真的课程设计，让我学到了很多，首先，对于单项桥式全控整流电路原理的理解进一步加深，深化了课上所学的知识。相比于单相半波整流电路，虽然设计简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含有直流分量，造成变压器铁心直流磁化；单相桥式全控整流电路的负载上正负两个半波内均有相同的电流流过，输出电压一个周期内脉动两次，由于桥式整流电路在正、负半周均能工作，变压器二次绕组正在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，消除了变压器的电流磁化，提高了变压器的有效利用率。通过对电阻性负载，阻感性负载，反电动势负载的研究，加深了理解，进一步巩固了课本所学知识，课程设计结合期末电力电子课程复习备考，一举两得。这次单项桥式全控整流电路课程设计结合MATLAB仿真。让我接触到了MATLAB下的simulink工具箱，感觉功能非常强大，心里特别急迫的想学会这个软件，然后用它进行仿真练习。于是上网查资料，学习如何使用simulink，渐渐地，开始熟悉simulink里边的各种元件，并且能够操纵它进行简单的电子电路的仿真，熟悉软件操作方法之后，就开始进行单项桥式全控整流电路的仿真，电路连接完成之后，发现不能出现想要的波形，推测是触发电路设置的问题。经过自己的理解和上网查阅相关资料，知道了如何正确的设置。比如用示波器显示波形之后，发现阻感负载=90的波形与书上形容的不一致，id，i2波形脉动大，不是平滑的直线，换用更大的电感之后发现问题解决，后来发现，示波器现实的波形纵轴是根据波形的幅度，电脑自动分配的，如果波形脉动小，为了清楚显示波形，纵轴单位长度所表示的数值也会跟着变小。所以，只要稍稍将id，i2纵轴拉大，如-2020，即可显示较为平滑的波形。通过这次课程设计，锻炼了我的解决问题，分析问题的能力和文献检索的能力，特别是如何利用Inter