单相桥式全控整流电路设计

单项桥式全控整流电路单项桥式全控整流电路 设计报告设计报告 院 系 班 级 姓 名 学 号 指导老师 日 期 2012 3 10 目录目录 摘要 2 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 2 一设计目的 4 二设计内容 4 1 理论设计 4 1 1 单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路分析 4 1 2 工作原理 5 1 3 参数计算 6 2 仿真实验 6 2 1 MATLAB 建模 6 2 2 仿真与分析 7 3 实际操作 8 三 原件参数设置 9 四 仿真过程总结 13 五 参考文献 14 一一 设计目的设计目的 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 3 1 掌握单项桥式全控整流电路的工作原理 综合运用所学知识 进行单项桥式 全控整流电路和系统设计 2 熟悉单项桥式全控整流电路的电路拓扑 控制方法 3 掌握单向桥式全控整流电路及系统的主电路 控制电路和保护电路的设计方 发 掌握元器件的选择计算方法 4 培养一定的电力电子电路及系统实验和调试能力 2 2 设计内容设计内容 1 1 理论设计理论设计 1 1 单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路分析 单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路如图 1 u1 T u2 udR id a b VT1 VT3 VT2VT4 i2 图 1 在单项桥式全控整流电路中 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 即 a 点电位高于 b 点电位 若 4 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和 VT4的漏电阻相等 则各承受 u2 的一半 若在触发角 处给 VT1 和 VT4加触发 脉冲 VT1 VT4即导通 电流从 a 端经 VT1 R VT4流回电源 b 端 当 u2为零 时 流经晶闸管的电流也降到零 VT1和 VT4关断 在 u2 负半周 仍在触发延迟角 处触发 VT2和 VT3 VT2和 VT3的 0 处 为 t VT2和 VT3导通 电流从电源的 b 端流出 经 VT3 R VT2流回电源 a 端 到 u2 过零时 电流又降为零 VT2和 VT3关断 此后又是 VT1 和 VT4 导通 如此循环的工作下去 整流电压 ud 和晶闸管 VT1 VT4两端的电压波形如下图 2 所示 晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为U2和U2 2 2 2 p wt wt wt 0 0 0 i 2 u d i d b c d u i dd aa u VT 1 4 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 4 图 2 单项桥式全控整流电路带电阻负载时的波形 1 2 工作原理 第 1 阶段 0 t1 这阶段 u2 在正半周期 a 点电位高于 b 点电位晶闸 管 VT1和 VT2方向串联后于 u2连接 VT1承受正向电压为 u2 2 VT2承受 u2 2 的 反向电压 同样 VT3和 VT4反向串联后与 u2连接 VT3承受 u2 2 的正向电压 VT4承受 u2 2 的反向电压 虽然 VT1和 VT3受正向电压 但是尚未触发导通 负 载没有电流通过 所以 Ud 0 id 0 第 2 阶段 t1 在 t1 时同时触发 VT1和 VT3 由于 VT1和 VT3受 正向电压而导通 有电流经 a 点 VT1 R VT3 变压器 b 点形成回路 在这段 区间里 ud u2 id iVT1 iVT3 ud R 由于 VT1和 VT3导通 忽略管压降 uVT1 uVT2 0 而承受的电压为 uVT2 uVT4 u2 第 3 阶段 t2 从 t 开始 u2 进入了负半周期 b 点电位高于 a 点电位 VT1 和 VT3 由于受反向电压而关断 这时 VT1 VT4都不导通 各晶闸 管承受 u2 2 的电压 但 VT1和 VT3承受的事反向电压 VT2和 VT4承受的是正向 电压 负载没有电流通过 ud 0 id i2 0 第 4 阶段 t2 在 t2 时 u2 电压为负 VT2 和 VT4 受正向电压 触发 VT2 和 VT4 导通 有电流经过 b 点 VT2 R VT4 a 点 在这段区间里 ud u2 id iVT2 iVT4 i2 ud R 由于 VT2和 VT4导通 VT2和 VT4承受 u2的负半周 期电压 至此一个周期工作完毕 下一个周期 充复上述过程 单项桥式整流 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 5 电路两次脉冲间隔为 180 1 3 参数计算 整流电压平均值为 角的移相范围为 00 1800 向负载输出的平均电流值为 流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半 因为一个周期内每 个晶闸管只有半个周期导通 即 2 2 仿真实验仿真实验 利用 MATLAB 仿真软件对单项桥式全控整流电路和控制电路进行建模并仿真 2 1 单相桥式全控整流电路带电阻性负载 MATLAB 建模 单相桥式全控整流电路带电阻性负载仿真电路图如图 3 所示 图 3 2 2 仿真与分析 2 dVTd 11cos 0 45 22 U II R d2 d 1cos 0 9 2 UU I RR 2 d22 12 21cos1cos 2sind 0 9 22 U UUttU 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 6 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 3 所示 图 3 2 当延迟角 60 时 波形图如图 4 所示 图 4 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 7 3 当延迟角 90 时 波形图如图 5 所示 图 5 4 当延迟角 120 时 波形图如图 6 所示 图 6 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 8 3 3 实际操作实际操作 利用 Protel 软件绘出原理图 结合具体元件管脚数 外形尺寸 考虑散热 和抗干扰等因素 设计 PCB 印刷电路板 最后完成系统电路的组装调试 三三 仿真模型模块的参数设置仿真模型模块的参数设置 1 交流电源 对工业交流电 电压 Peak amplitude 为 220V Phase 为 0d 其频率 Frequency 设置为 50Hz 周期 T 1 f 1 50 0 02s 2 脉冲信号发生器 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 9 3 pulse type 设置为 Time based Time 设置为 Use simulation time Amplitude 设置为 1 1 Period 设置为 0 02 Pulse Width 设置为 2 5 Pulse 参数对话框 其中相位延迟 Phase delay 的设置 对于 pulse Generator1 按关系 t 0 01 180 计算 对于 pulse Generator2 按关系 t 0 01 180 180 4 电压测量 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 10 Output signal 设置为 complex 5 电流测量 Output signal 设置为 complex 6 示波器设置 湘潭大学信息工程学院电力电子课程设计报告 11 在参数设置对话框中设置如下 General 标签页 Number of axes 设置为 6 Time range 设置为 0 05 Tick labels 设置为 bottom axis only sampling 设置为 Decimation1 data history 标签页 limt data porits to last 设置为 5000 四四 仿真过程总结仿真过程总结 在设计建模过程中可归纳出以下几点 在单项桥式全控整流电路中 给晶 闸管提供触发脉冲是设计的关键 要给定正确的触发脉冲必须熟悉单项桥式全 控整流电路的原理 掌握触发脉冲的过程 建立电路的 simulink 模型时要特别 主要避免原理性错误 对同一个电路 可以建立不同的 simulink 模型 本文在 建立控制电路时 就采用了电路原理与 simulink 模块原理相结合的方法 用 simulink 的菜单直接进行仿真时 要反复修改电路中各个 simulink 模块的参 数 负载的参数也应反复调试到最佳状态 将输出电压 电流即仿真结果设置 在一个示波器上 易于分析和比较 从而达到最佳设计要求 大大简化了设计 流程 减轻了设计者