MATLAB课程设计-单相桥式全控整流电路的MATLAB设计

学 号 控制系统仿真 单相桥式全控整流电路 电阻性负载 在 MATLAB 中的仿真真 在 MATLAB 软件中的仿真应用 学 生 姓 名 班 级 成 绩 控制与机械工程学院控制与机械工程学院 2015 年年 6 月月 19 日日 绪论绪论 Matlab 以矩阵运算为基础 把计算可视化程序设计融合到了一个交互的工作环境中 可实现工程计算 算法研究 建模和仿真 数据分析及可视化 科学和工程绘图 应用程序开发等功能 Simulink 是 Mat2lab 所提供的用来对动态系统进行建模 仿真和分析的集成环境 是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性 动态系统仿真工具 Matlab5 3 与以前的 MATLAB 版本的最大区别就是增加了电力系统模块库 PowerSystemBlockset 能快速而准确地对电路及电力系统进行仿真 1990 年 MathWorks 软件公司为 Matlab 提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具 Simulink 作为 对 Matlab 语言运算环境的扩展 在保持 Matlab 的一般性能基础上 Simulink 又增加了许多功能 它与 Matlab 及其工具箱结合使用 可以完全对连续系统 离散系统 连续和离散混合系统的动态性能进行仿真与分析 Simulink 与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比 具有更直观 方便 灵活的优点 Simulink 提供了 8 个子模型库 Continuous 持续环节 Discrete 离散系统 Function Tables 函数及图表 Math 数 学计算 Nonlinear 非线形环节 Signals System 信号及系统 Sink 输出方式 Source 输入源 在以上 每个子模型库中还包含有相应的功能模块 如 Source 子模块中包含有 SineWave 正弦波 PulseGenerator 脉冲信号 Step 阶跃信号 等 Sink 子模块中包含有 scope 示波器 To Workspace 传送到 工作空间 XYGraph X Y 图表 等 Simulink 提供了动态系统建模 分析和仿真的交互环境 能够实现交 互建模 交互仿真 并允许用户 扩展仿真环境等功能 Simulink 的专用模型库 Blocksets 提供了一些专用元 件集 使得 Simulink 的功能进一步扩展 1 一 单相桥式全控整流电路 电阻性负载 工作原理 一 单相桥式全控整流电路 电阻性负载 工作原理 单相桥式全控整流电路 电阻性负载 如图 1 所示 电路由交流电源 整流变压器 晶闸管 负载 以及触发电路组成 我所要分析的问题是 为不同值时 输出电压及电流的波形变化 图 1 其工作原理如下 1 在 u2 正半波的 区间 晶闸管 VT1 VT4 承受正向电压 但无触发脉冲 晶闸管 VT2 VT3 承受反向电压 因此在 0 区间 4 个晶闸管都不导通 假如 4 个晶闸管的漏电阻相等 则 Ut1 4 Ut2 3 1 2u2 2 在 u2 正半波的 区间 在 时刻 触发晶闸管 VT1 VT4 使其导通 3 在 u2 负半波的 区间 在 区间 晶闸管 VT2 VT3 承受正向电压 因无 触发脉冲而处于关断状态 晶闸管 VT1 VT4 承受反向电压也不导通 4 在 u2 负半波的 区间 在 时刻 触发晶闸管 VT2 VT3 使其元件导 通 负载电流沿 b VT3 R VT2 T 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电 阻上 负载上有输出电压 ud u2 和电流 且波形相位相同 二 建立仿真模型及仿真实现二 建立仿真模型及仿真实现 1 参数设置 在 MATLAB 工具箱的 Electrical 模块库中选取 AC Voltage source 交流电压源 模块 对其参数进 行设置 如图 2 所示 u1 T u2 udR id a b VT1 VT3 VT2VT4 i2 2 图 2 在 MATLAB 工具箱 Power Electronics 中选取 Thyristor 晶闸管 模块 对其参数进行设置 如图 3 所示 图 3 在 MATLAB 工具箱 Sources 库中选取 Pulse Generator 脉冲发生器 模块 对其参数进行设置 如图 4 所示 通过改变 Phase delay 相位延迟 改变控制角的不同 计算方法 例如 取 30 时 对 应 时间为 t 0 02 30 360 0 02 12s 脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示 取 10 即可 3 图 4 在 MATLAB 工具箱 Elements 模块库中选取 Series RLC Branch 串联 RLC 支路 模块 对其参数进行设 置 串联 RLC 支路为纯电阻电路 即为单相桥式全控整流电路的电阻性负载情况 将电阻设置为 2 如图 5 所示 图 5 在 MATLAB 工具箱 Sinks 模块库中选取 Scope 示波器 模块 在 MATLAB 工具箱中 Measurements 模块库中选取 Current Measurement 电流测量 模块 改名为 I 其参数设置为默认值 在 MATLAB 工具箱中 Measurements 模块库中选取 Voltage Measurement 电压测量 模块 改名为 U 其参数设置为默认值 在 MATLAB 工具箱 Sinks 模块库中选取 Demux 解复用 模块 2 设计电路图 将各元件按照原理图连线即可得到电路图模型 如下图图 7 所示 图 7 4 在触发脉冲为 0 30 60 90 120 和 180 下 示波器依次显示了 Ug 触发信号 Uab 电源电压 Uvt 晶闸管电压 Ivt 晶闸管电流 Id 负载电流 Ud 负载电压 波形图 0 时 波形图如图 8 所示 图 8 30 时 波形图如图 9 所示 5 图 9 60 时 波形图如图 10 所示 图 10 90 时 波形图如图 11 所示 6 图 11 120 时 波形图如图 12 所示 图 12 180 时 波形图如图 13 所示 7 图 13 三 仿真结果分析及总结三 仿真结果分析及总结 1 仿真结果分析 从上面的仿真结果可以看出 仿真的结果与理论分析的结果基本一致 第一 带电阻负载时 电源电压过零时 晶闸管自然关断 第二 带电阻负载时 负载电阻电压与电流波形相同 成线性关系 2 总结 单相桥式全控整流电路 电阻性负载 是典