阳传志单相桥式可控整流电路性能仿真研究

1、电力电子变流技术特别培养计划学生研究报告研究题目 单相桥式半控整流电路仿真设计 指导教师 学生姓名（签字） 专业班级 2015级电气信息系楼宇智能化 学 期 2016-2017第一学期 电气工程系 电力电子教研室2016年09月第 1 页 / 共 12 页姓名： 阳传志 学号： 201522020142 班级： 2015级电气信息工程系楼宇智能化 课题02-2 单相桥式可控整流电路性能仿真研究一、任务描述：1.1电路原理图： 1.2 自备PC机及仿真软件（可任意选择：Matlab、Psim、PLECS、ORCAD PSPICE、Saber、Multisim）。1.3 对该电路在不同的负载（电阻

2、性负载、电感性负载、阻感性负载、带续流二极管、反电动势负载）、不同的参数情况下的输出和开关元件进行分析。 参数：交流电源U2-电压为220V，频率为50Hz，初始相位为0° 负载 R=10，L=0.01H，反电动势 E=80V1.4 最终提交： 完整的纸质报告打印版（图不要太大，也不要太小，清晰适中即可）； 报告word电子版和仿真电路源文件，打包成压缩文件，命名为 学生姓名+学号+项目编号+仿真软件名（版本号）。二、模型搭建 2.1 软件工具的选择： Matlab 2.2 搭建好的电路模型图（负载先按纯电阻选取）图1 单相桥式整流电路电阻负载电路模型图 2.3 电路模型块及提取路径

3、 名称在仿真工具中的提取路径交流电源 AC220VSimulinkSimPoweSystemsElectrical SourcesAC Voltage Source晶闸管ThSimulinkSimPoweSystemsPower ElectronicsDetailed Thyristor脉冲信号发生器Simulink SimulinkSourcesPulse Generator负载电阻/电感SimulinkSimPoweSystemsElementsseries RLC Branch电压测量SimulinkSimPoweSystemsMeasurementsVoltage Measuremen

4、t 电流测量SimulinkSimPoweSystemsMeasurementsCurrent Measurement分路器Simulink SimulinkCommonly used blocksDemux示波器Simulink SimulinkSinksScope二极管SimulinkSimPoweSystemsPower ElectronicsDiodo电源SimulinkSimPoweSystemsElectrical SourcesDC Voltage Source三、仿真结果与研究 3.1 电阻性负载时的波形仿真（1）搭建好的电路模型图（见2.2）（2）给出0°、30&#

5、176;、60°、90°、120°、150°、170°时，电源电压u2、触发脉冲ug、负载两端电压ud和电流id波形、开关元件两端电压uVT波形图，并记录平均值Ud。表1 电阻性负载平均值记录触发角0°30°60°90°120°150°170°平均值Ud137.1127.7101.768.5833.548.443.26比值Ud/U20.620.580.460.310.150.040.01 3.1.1 3.2 纯电感性负载时的波形仿真 （1）搭建好的电路模型图图2 单相桥式整流

6、电路电感负载电路模型图（2）给出0°、30°、60°、90°、120°、150°、170°时，电源电压u2、触发脉冲ug、负载两端电压ud和电流id波形、开关元件两端电压uVT波形图，并记录平均值Ud。表2 纯电感性负载平均值记录触发角0°30°60°90°120°150°170°平均值Ud124.6116.192.4562.3230.487.633.06比值Ud/U20.570.530.420.280.140.030.01 3.2.1 3.3 阻感性负载

7、时的波形仿真（1）搭建好的电路模型图图3 单相桥式整流电路阻感负载电路模型图（2）给出0°、30°、60°、90°、120°、150°、170°时，电源电压u2、触发脉冲ug、负载两端电压ud和电流id波形、开关元件两端电压uVT波形图，并记录平均值Ud。表3 阻感性负载平均值记录触发角0°30°60°90°120°150°170°平均值Ud136.5127.1101.16833.048.1443.25比值Ud/U20.620.580.460.310.15

8、0.040.015 （3）当30°时，设置L=0.05H，重 (4）当30°时，设置L=0.1H，重复上一步（2）给出波形图。 复上一步（2）给出波形图。 3.4 阻感性负载（带续流二极管）时的波形仿真（1）搭建好的电路模型图图4 单相桥式整流电路阻感负载带续流二极管电路模型图（2）给出0°、30°、60°、90°、120°、150°时，电源电压u2、触发脉冲ug、负载两端电压ud和电流id波形、开关元件两端电压uVT波形图、以及续流二极管电流iVD。 3.4.1 3.5 反电动势负载时的波形仿真（1）搭建好的电路

9、模型图图5 单相桥式整流电路反电动势负载电路模型图（2）给出0°、30°、60°、90°、120°、150°时，电源电压u2、触发脉冲ug、负载两端电压ud和电流id波形、开关元件两端电压uVT波形图。 3.5.1 四、思考分析4.1 根据表1、表2、表3绘制一张包含不同负载时Ud/U2=f(a)的三条曲线，并作分析。根据仿真系统所测出Ud/U2的实际值对其与触发角度进行线性拟合得到如上图的三条曲线。从图中分析可以得到一下三点：² 随着触发角的变化，三种负载的输出电压效率从高到低排序为：电阻负载，阻感负载，电感负载。

10、8; 随着触发角的增大，三种负载的输出电压效率逐渐下降。² 随着触发角越来越大，三种负载的输出电压效率差值越大。4.2 阐述触发电路仿真的实现方法。为了满足相控整流电路触发脉冲的基本要求和单相可控整流电路自身的特点设计l 单相触发电路,单相桥式半控整流电路用两个晶闸管，两个二极管，两只晶闸管接成共阴极，两只二极管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。一：在u2正半波的（0）区间：晶闸管VT1、二极管VD3承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。二：在u2正半波的t=时刻及以后：在t=处触发晶闸管VT1，电流沿aVT1RVD3bTr的二次绕组a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流

11、。电源电压反向加到晶闸管VT2、VD4上，使其承受反压而处于关断状态。三：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、二极管VD3继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VD4承受正压，因无触发脉冲，VT2、VD4处于关断状态。 四：在u2负半波的t=+时刻及以后：在t=+处触发晶闸管VT2使其导通，电流沿bVT2LRVD4aTr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、VD3上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VD4一直要导通到下一周期t=2+处再次触发晶闸管

12、VT1、VT4为止。4.3 对比在3.3中，不同电感量L值大小对输出波形的影响² 负载电感从小到大改变时，负载电流波形的前沿平缓了许多。² 负载电感的取值只会对输出电流造成影响。4.4 分析整个研究过程中的重点问题、现象，写出体会。通过这次的MATLAB仿真设计过程中，我不仅掌握了MATLAB中SIMULINK仿真的使用，还对单相桥式半控整流电路有了更深刻的认识。在建模仿真的过程中总结了以下几点：1.在单项桥式半控整流电路中，给晶闸管提供触发脉冲是设计的关键。2.给定正确的触发脉冲，并掌握触发脉冲的过程与原理。3.整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器

13、件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。4.由于桥式结构的特点，只要晶闸管导通，负载总是加上正向电压，而负载电流总是单方向流动，因此桥式半控整流电路只能工作在第一象限，因为LR，所以不论控制角为何值，负载电流id的变化很小。5.通过仿真验证了触发角的移相范围是01806.在纯电感负载时由于电感储能周期大于晶闸管运行周期，因此电感储能从零开始。7.当电源电压来到180°即将零时所带来的失控现象。8.对各种元器件的功能应熟记于心并对不同的参数应提前给出精确的计算值。9.对不能完全确定元件如何准确使用或者电路原理不是完全掌握时，应及时查阅资料，询问老师直到能够做出正确的方案时再进行电路的仿真设计，切不可盲目进行。经过对单相半控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解。整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不同的电路。其中单相半控桥式整流电路其负载我们用的主要是电阻型、带大电感型，接反电动势型。它们各自有自己的优点。对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识，理论波形，理论输出数值都应提前做出精准的计算，并对电路中以及仿真系统中的各种元件的不同参数做