单向半波可控整流电路建模与仿真.doc

项目一 单向半波可控整流电路建模与仿真一、 单相半波可控整流电路（电阻性负载）1、 电路结构与工作原理若用晶闸管T替代单相半波整流电路中的二极管D，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路，如图1.0a) 电路图所示。设图中变压器副边电压u2为50HZ正弦波，负载 RL为电阻性负载。a) 电路图b) 波形图图1.0 单相半波可控整流电路（电阻性负载）工作原理： （1）在电源电压正半波（0区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在t=处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。 （2）在t=时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。 （3）在电源电压负半波（2区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。 （4）直到电源电压u2的下一周期的正半波，脉冲uG在t=2+处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。2、 单相半波可控整流电路建模（1）建立一个新的模型窗口，打开电力电子模块组，复制一个晶闸管到模型窗口中；打开晶闸管参数设置对话框，设置Ron=0.001，Lon=0H，Uf=0.8V；Ic=0A，Rs=10，Cs=4.7e-6F。（2）打开电源模块组，复制一个电压源模块到模型窗口中，打开参数设置对话框，设置为：幅值50V，初相位0，频率是50HZ的正弦交流电。（3）打开元件模块组，复制一个串联RLC元件模块到模型窗口中，打开参数设置对话框，按仿真要求设置参数。（4）打开测量模块组，复制一个电压测量装置以测量负载电压。（5）打开测量模块组，复制一个电流测量装置以测量负载电流。（6）打开Sinks模块组,复制一个示波器装置以显示电路中各物理量的变化关系，并按要求设置输入端口的个数。（7）建立给晶闸管提供触发信号的同步脉冲发生器（Pulse Generater）模型。参数设置为：脉冲幅值为10V，周期为0.02s，脉宽占整个周期的30%，相位延迟（1/50）*（60/360）s=1/300s（即=60）。（8）适当连接后，可以得到仿真电路。如图1.1所示：图1.1 单相半波可控整流电路（电阻性负载）仿真电路图3、 仿真与分析 下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT上的电流、晶体管VT上的电压、电阻上的电压。下列波形分别是延迟角为30、60、90、120时的波形变化。（1） 当延迟角=30时，波形图如图1.2所示：图1.2 =30单相半波可控整流电路（电阻性负载）波形图（2） 当延迟角=60时，波形图如图1.3所示：图1.3 =60单相半波可控整流电路（电阻性负载）波形图（3） 当延迟角=90时，波形图如图1.4所示：图1.4 =90单相半波可控整流电路（电阻性负载）波形图（4） 当延迟角=120时，波形图如图1.5所示：图1.5 =120单相半波可控整流电路（电阻性负载）波形图4、 小结在此试验中，我们可以看出通过改变触发角的大小，直流输出电压，负载上的输出电压波形都发生变化，并且电力电子变流技术的理论计算比较繁琐且很难得到准确的计算结果，从上述系统仿真结果波形可以看出，利用仿真软件进行仿真，波形准确、直观，利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统进行建模仿真。二、单相半波可控整流电路（阻感性负载）1、电路结构与工作原理 单相半波可控整流电路（阻感性负载）电路图和原理波形图如图2.0所示：a) 电路图b) 波形图图2.0 单相半波可控整流电路（阻感性负载）工作原理：在t=0期间：晶闸管阳-阴极间的电压uAK大于零，此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。在t=时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压u2加到负载上，输出电压ud= u2 。由于电感的存在，负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。在t=t1 t2期间：输出电流id 从零增至最大值。在id的增长过程中，电感产生的感应电势力图限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储能。 在t=t2 t3期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。在t=时，交流电压u2过零，由于感应电压的存在，晶闸管阳极、阴极间的电压uAK仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2 反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周，即t=2+时，晶闸管再次被触发导通，如此循环不已。 2、单相半波可控整流电路建模 单相半波可控整流电路（阻感性负载）仿真电路图如图2.1所示：图2.1 单相半波可控整流电路（阻感性负载）仿真电路图3、仿真与分析下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT上的电流、晶体管VT上的电压、电阻加电感上的电压。下列波形分别是延迟角为30、60、90、120时的波形变化。（1）当延迟角=30时，波形图如图2.2所示：图2.2 =30单相半波可控整流电路（阻感性负载）波形图（2）当延迟角=60时，波形图如图2.3所示：图2.3 =60单相半波可控整流电路（阻感性负载）波形图（3）当延迟角=90时，波形图如图2.4所示：图2.4 =90单相半波可控整流电路（阻感性负载）波形图（4）当延迟角=120时，波形图如图2.5所示：图2.5 =120单相半波可控整流电路（阻感性负载）波形图2、 小结由于在实际生活中有很多负载是电感性负载，如直流电动机的绕组、电磁离合器的线圈、电磁铁等，它们既含有电阻又含有电感，且电感量较大。由于电磁感应作用，当通过电感元件L 的电流发生变化时，在电感中产生阻碍电流变化的感应电动势，将使电流的变化总是滞后于外加电压的变化。因此，可控整流电路带有电感性负载时，其工作情况与电阻性负载不同。三、 单相半波可控整流电路（阻感性负载激加续流二极管）1、 电路结构与工作原理单相半波可控整流电路（阻感性负载激加续流二极管）电路图和波形图如图3.0所示：a) 电路图b) 波形图图3.0 单相半波可控整流电路（阻感性负载激加续流二极管）工作原理：在电源电压正半波，电压u20，晶闸管uAK0。在t=处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管VD导通续流，此时电压u2 0， u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续，且id波形近似为一条直线。以上分析可看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波。对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性负载相同，为0180，且有+=180。2、 单相半波可控整流电路建模 单相半波可控整流电路（阻感性负载激加续流二极管）仿真电路图如图3.1所示：图3.1 单相半波可控整流电路（阻感性负载激加续流二极管）仿真电路图3、 仿真与分析下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT上的电流、负载（电阻和电感）的电流、晶体管VT上的电压、续流二极管上的电流、电阻上的电压。下列波形分别是延迟角为30、60、90、120时的波形变化。（1）当延迟角=30时，波形图如图3.2所示：图3.2 =30单相半波可控整流电路（阻感性负载加续流二极管）波形图（2）当延迟角=60时，波形图如图3.3所示：图3.3 =60单相半波可控整流电路（阻感性负载加续流二极管）波形图（3）当延迟角=90时，波形图如图3.4所示：图3.4 =90单相半波可控整流电路（阻感性负载加续流二极管）波形图（4）当延迟角=120时，波形图如图3.5所示：图3.5 =120单相半波可控整流电路（阻感性负载加续流二极管）波形