单相桥式全控整流电路(纯电阻_阻感_续流二极管_反电动势).doc

电力电子技术实验报告实验名称： 单相桥式全控整流电路的仿真与分析 班 级： 自动化091 组 别： 08 成 员： 金华职业技术学院信息工程学院年 月 日IIII目录一.单相桥式全控整流电路(电阻性负载)- 1 -1.电路的结构与工作原理- 1 -2.单相桥式全波整流电路建模- 2 -3.仿真结果与分析- 4 -4.小结- 6 -二.单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)- 6 -1.电路的结构与工作原理- 6 -2.建模- 8 -3.仿真结果与分析-10-4.小结- 12 -三.单相桥式全控整流电路（反电势负载）- 12 -1.电路的结构与工作原理- 12 -2.建模- 13 -3.仿真结果与分析- 15-4.小结：- 18 -四 单向桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管) - 18 -1.电路的结构与工作原理- 18 -2.建模- 18 -3.仿真结果与分析-21-4.小结.- 23 -五.总结：.- 23 -图索引图 1 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的电路原理图- 1 -图 2 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型- 2-图 3 =20单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)-4 -图 4 =60单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)- 5 -图 5 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)- 5 -图 6 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)- 6 -图 7 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图- 7 -图8 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的MATLAB仿真模型- 8 -图9 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)- 10 -图10 =50单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)- 11 -图 11 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)- 11 -图12 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载). . . . . . . . . . . . . . . - 12 -图 13单相桥式全控整流电路反电势负载)的电路原理图- 13 -图14 单相桥式全控整流电路(反电势负载)的MATLAB仿真模型- 14 -图15 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)- 16-图16 =50单相桥式全控整流电路仿真结果反电势负载)- 16 -图 17 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)- 17 -图18 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载). . . . . . . . . . . . . . . - 17 -图 19 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的电路原理图- 18-图 20 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的MATLAB仿真模型- 19 -图 21 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)- 21 -图 22 =50单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)- 22 -图 23 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)- 22 - 图 24 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)- 23-单相桥式全控整流电路仿真建模分析一、单相桥式全控整流电路(电阻性负载)1.电路的结构与工作原理1.1电路结构图 1 单相桥式全控整流电路(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，在wt时，晶闸管VT1，VT4承受正向电压，晶闸管VT2，VT3承受反向电压，此时4个晶闸管都不导通，且假设4个晶闸管的漏电阻相等，则ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=时，晶闸管VT1，VT4满足晶闸管导通的两条件，晶闸管VT1，VT4导通，负载上的电压等于变压器两端的电压U2；在wt=时，因电源电压过零，通过晶闸管VT1，VT4的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断；在电源负半波，在wt+时，触发晶闸管VT2，VT3使其元件导通，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。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1，VT4，使其承受反向电压而处于关断状态；在wt=2时，因电源电压过零，通过晶闸管VT2，VT3的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断。 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. 单相桥式全控整流电路建模在MATLAB新建一个Model，命名为quankong1，同时模型建立如下图所示：图 2 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为20，60，90，150因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差180。a.交流电源参数 b.同步脉冲信号发生器参数 c.负载上的参数设置d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流4.通过负载电流Id；5.负载两端的电压Ud。3 仿真结果与分析a. 触发角=20，MATLAB仿真波形如下图 3 =20单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)b. 触发角=60，MATLAB仿真波形如下图 4 =60单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)c. 触发角=90，MATLAB仿真波形如下图 5 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)d. 触发角=150，MATLAB仿真波形如下图 6 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)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小结在此电路中尽管电路的输入电压U2是交变的，但负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，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期均能工作，变压器二次绕组在正负班子均有大小相等，方向相反的电流流过，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的有效利用率。二、单相桥式全控整流电路(阻感性负载)1.电路的结构与工作原理1.1电路结构图 7 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图1.2 工作原理（1）在u2正半波的（0）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。（2）在u2正半波的t=时刻及以后：在t=处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿aVT1LRVT4bTr的二次绕组a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。（3）在u2负半波的（+）区间：当t=时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。（4）在u2负半波的t=+时刻及以后：在t=+处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿bVT3LRVT2aTr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。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。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。从波形可以看出90输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是090。控制角在090之间变化时，晶闸管导通角，导通角与控制角无关。晶闸管承受的最大正、反向电压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2.建模在MATLAB新建一个Model，命名为，同时模quankong2, 同时模型建立如下图所示：图 8 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为30，50，90，150，因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差180a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.负载上的参数设置d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流.； 4.通过负载电流Id；6.负载两端的电压Ud。3 仿真结果与分析a. 触发角=30，MATLAB仿真波形如下：图 9 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)b. 触发角=50，MATLAB仿真波形如下图 10 =50单相桥式全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单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)d. 触发角=150，MATLAB仿真波形如下图 12 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载)4小结通过仿真可知，由于电感的作用，输出电压出现负波形，当电感无限增大时，控制角a在090之间变化时，晶闸管导通角=180，导通角与控制角a无关。经过自己仿真，在设置脉冲时，不同信号对的晶闸管要给予的脉冲相差180，无论控制角多大，输出电流波形因电感很大而呈一水平线，在电源输出反向电压时，晶闸管组还没有脉冲，由于有电感的存在，电感性负载仍有电流通过，所以通过电阻的电流不变。三、单相桥式全控整流电路(反电势负载)1.电路的结构与工作原理1.1电路结构图 13 单相桥式全控整流电路(反电势负载)的电路原理图1.2 工作原理当整流电压的瞬时值ud小于反电势E 时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，ud=u2，晶闸管关断时，ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度停止导电，称作停止导电角。 若 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟，即=。2.建模在MATLAB新建一个Model，命名为quankong3，同时模型建立如下图所示：图 14 单相桥式全控整流电路(反电势负载)的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为30，50，90，150因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差180。a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.负载上的参数设置d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流.； 4.通过负载电流Id；6.负载两端的电压Ud。3 仿真结果与分析a. 触发角=30，MATLAB仿真波形如下：图 15 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)b. 触发角=50，MATLAB仿真波形如下图 16 =50单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)c. 触发角=90，MATLAB仿真波形如下图 17 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)d. 触发角=150，MATLAB仿真波形如下图 18 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)4小结此电路中当电枢电感不足够大时，输出电流波形断续，使晶闸管-电动势系统的机械性变软，为此通常在负载回路串接平波电抗器以减小电流脉动，延长晶闸管导通时间，如果电感足够大，电流就能连续。单相全控桥式整流电路主要适用于4KW左右的整流电路，与单相半波可控整流电路相比，整流电压脉动减小，美周期脉动俩次。变压器二次侧流过正反俩个方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。四、单相桥式全控整流电路（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 19 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的电路原理图1.2 工作原理（1）在u2正半波的（0）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0区间由于电感释放能量， 电流流经续流二极管续流。（2）在u2正半波的t=时刻及以后：在t=处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿aVT1LRVT4bTr的二次绕组a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。同时二极管也受反向电压而处于关断状态。（3）在u2负半波的（+）区间：当t=时，电源电压自然过零，电感释放能量， 电流流经续流二极管续流。过零变负时，负载电流经续流二极管，使桥路直流输出只有1V左右的压降，迫使晶闸管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。（4）在u2负半波的t=+时刻及以后：在t=+处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿bVT3LRVT2aTr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。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。此后重复此过程。2.建模在MATLAB新建一个Model，命名为，同时模quankong3, 同时模型建立如下图所示：图 20 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为30，50，90，150因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差180。a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.负载上的参数设置d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流.； 4.通过负载电流Id；6.负载两端的电压Ud。3 仿真结果与分析a. 触发角=30，MATLAB仿真波形如下：图 21 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)b. 触发角=50，MATLAB仿真波形如下图 22 =50单相桥式全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 23 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)d. 触发角=150，MATLAB仿真波形如下图 24 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)4小结通过仿真单向桥式全控整流电路（阻感性负载）可知，由于电感的作用，输出电压出现负波形，而我们为了出去负载上面的负