单相半波可控整流电路仿真建模分析.doc

电力电子技术实验报告实验名称： 单相半波可控整流电路的仿真与分析 班 级： 自动化092 组 别： 11 成 员： II目录一.单相半波可控整流电路(纯电阻负载)- 1 -1.电路的结构与工作原理- 1 -2.建模- 2 -3.仿真结果与分析- 4 -4.小结- 5 -二.单相半波可控整流电路(阻-感性负载)- 6 -1.电路的结构与工作原理- 6 -2.建模- 7 -3.仿真结果与分析- 7 -4.小结- 9 -三.单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)- 9 -1.电路的结构与工作原理- 9 -2.建模- 11 -3.仿真结果与分析- 11 -4.小结- 13 -四.总结- 13 -图索引图 1 单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图- 1 -图 2 单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的MATLAB仿真模型- 2 -图 3 =30单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载)- 4 -图 4 =60单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载)- 4 -图 5 =90单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载)- 5 -图 6 =120单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载)- 5 -图 7 单相半波可控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图- 6 -图 8 单相半波可控整流电路(阻-感性负载)的MATLAB仿真模型- 7 -图 9 =30单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载)- 8 -图 10 =60单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载)- 8 -图 11 =90单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载)- 9 -图 12 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的电路原理图- 9 -图 13 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的MATLAB仿真模型- 11 -图 14 =30单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)- 12 -图 15 =60单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)- 12 -图 16 =90单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)- 13 -单相半波可控整流电路仿真建模分析一、单相半波可控整流电路(纯电阻负载)1.电路的结构与工作原理1.1电路结构图 1 单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图1.2 工作原理在电源电压正半波时候，晶闸管承受正向电压，在wt，晶闸管缺少触发条件仍旧处于关断状态；在wt=时，晶闸管导通的两条件皆满足，晶闸管导通，负载上的电压等于变压器两端的电压U2，在wt=时，电源电压过零，通过晶闸管的电流小于维持晶闸管导通的条件，晶闸管关断；在电源负半波，晶闸管缺少电压正向偏置的条件，晶闸管关断，同时晶闸管两端的电压波形与电源电压波形相同。1.3基本数量关系a.直流输出电压平均值b.输出电流平均值=c.负载电压有效值d.负载电流有效值2.建模在MATLAB新建一个Model，命名为R_Load，同时模型建立如下图所示：图 2 单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.示波器参数示波器五个通道信号依次是：1、电源电压，2、晶闸管脉冲，3、晶闸管电压，4、负载电流，5、电阻电压。3 仿真结果与分析a. 触发角=30，MATLAB仿真波形如下：图 3 =30单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载)b. 触发角=60，MATLAB仿真波形如下：图 4 =60单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载)c. 触发角=90，MATLAB仿真波形如下：图5 =90单相半波可控整流电流仿真结果（性电阻负载）d. 触发角=120，MATLAB仿真波形如下：图6 =120单相半波可控整流电流仿真结果（性电阻负载）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。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。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，晶闸管上电压波形与电源电压波形相同。情况一直持续到电源的下个周期的正半波，脉冲信号的来临。4小结电阻性负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。电阻对电流没有阻碍作用，没有续流的作用，不会产生反向电流，晶闸管的电压没有负值。还有是单相半波可控电路中，负载电流、晶闸管和变压器二次侧电流有效值相等。二、单相半波可控整流电路(阻-感性负载)1.1电路结构 图7 单相半波可控整流电路（阻-感性负载）的电路原理图1.2 工作原理（1）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。（2）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。（3）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。 （4）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。（5）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.建模在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu2，同时模型建立如下图所示图8 单相半波可控整流电路（阻-感性负载）的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.阻-感设置参数d.示波器参数示波器五个通道信号依次是：1、电源电压，2、晶闸管脉冲，3、晶闸管电压，4、负载电流，5、电阻电压。3 仿真结果与分析a. 触发角=30，MATLAB仿真波形如下： 图9 =30单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）b. 触发角=60，MATLAB仿真波形如下： 图10 =60单相鲍勃可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）c. 触发角=90，MATLAB仿真波形如下： 图11 =90单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）d. 触发角=120，MATLAB仿真波形如下：图11 =120单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）4小结阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。其实当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。与电阻性负载相比，负载电感的存在，似的晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。三、单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）1.电路的结构与工作原理1.1电路结构图12 单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性加续流二极管负载）1.2 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。1.3基本数量关系a.直流输出电压平均值：b.输出电流平均值：=d.电流有效值：e.续流二极管电流平均值：f. 续流二极管电流有效值：g.晶闸管和续流二极管承受的最大正反向电压均为电源电压的峰值：2.建模在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu3，同时模型建立如下图所示：图13 单相半波可控整流电路的MATLAB仿真图（阻-感性加续流二极管负载）2.1模型参数设置a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.电阻、电感参数d.二极管参数e.示波器参数示波器五个通道信号依次是：1、负载电压；2、脉冲信号；3、晶闸管电压；4、二极管电流；5、负载电流；6、电源电流3 仿真结果与分析a. 触发角=30，MATLAB仿真波形如下：图14 =30单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）b. 触发角=60，MATLAB仿真波形如下：图15 =60单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）c. 触发角=90，MATLAB仿真波形如下：图16 =90单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）d. 触发角=120，MATLAB仿真波形如下：图17 =120单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）4小结单相半波可控整流器的优点是电路简单，调整方便，容易实