单相桥式全控整流电路Matlab仿真.docx
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单相桥式全控整流电路Matlab仿真
单相桥式全控整流电路仿真建模分析
一、实验目的
1、不同负载时,单相全控桥整流电路的结构、工作原理、波形分析。
2、在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真,并分析其波形。
二.实验内容
(一)单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)
1.电路的结构与工作原理
1.1电路结构
单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图(截图)
1.2工作原理
用四个晶闸管,两只晶闸管接成共阴极,两只晶闸管接成共阳极,每一只晶闸管是一个桥臂。
(1)在u2正半波的(0~α)区间:
晶闸管VT1、VT4承受正压,但无触发脉冲。
四个晶闸管都不通。
假设四个晶闸管的漏电阻相等,则uT1.4=uT2.3=1/2u2。
(2)在u2正半波的ωt=α时刻:
触发晶闸管VT1、VT4使其导通。
电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通,负载上有电压(ud=u2)和电流输出,两者波形相位相同且uT1.4=0。
此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上,使其承受反压而处于关断状态,则uT2.3=1/2u2。
晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止,此时因电源电压过零,晶闸管阳极电流下降为零而关断。
(3)在u2负半波的(π~π+α)区间:
晶闸管VT2、VT3承受正压,因无触发脉冲,VT2、VT3处于关断状态。
此时,uT2.3=uT1.4=1/2u2。
(4)在u2负半波的ωt=π+α时刻:
触发晶闸管VT2、VT3,元件导通,电流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr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。
此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上,使其承受反压而处于关断状态。
晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止,此时电源电压再次过零,晶闸管阳极电流也下降为零而关断。
晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、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
2.建模
在MATLAB新建一个Model,命名为dianlu4,同时模型建立如下图所示:
图2单相桥式全控整流电路(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
PulseGenerator的参数
PulseGenerator1的参数
c.示波器参数
示波器五个通道信号依次是:
①通过晶闸管电流Ial;②晶闸管电压Ual;③电源电流i2④通过负载电流Id;⑤负载两端的电压Ud。
d.电阻R=1欧姆
3仿真结果与分析
a.触发角α=0°,MATLAB仿真波形如下:
图3α=0°单相桥式全控整流电路仿真结果(纯电阻负载)(截图)
b.触发角α=30°,MATLAB仿真波形如下:
α=30°单相桥式全控整流电流仿真结果(纯电阻负载)(截图)
c.触发角α=60°,MATLAB仿真波形如下:
α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(纯电阻负载)(截图)
d.触发角α=90°,MATLAB仿真波形如下:
α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(纯电阻负载)(截图)
在电源电压正半波(0~π)区间,晶闸管承受正向电压,脉冲UG在ωt=α处触发晶闸管VT1和VT4,晶闸管VT1,VT4开始导通,形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。
在ωt=π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(π~2π)区间,晶闸管VT1和VT4承受反向电压而处于关断状态,晶闸管VT2和VT3承受正向电压,脉冲UG在ωt=α处触发,晶闸管VT2,VT3开始导通,形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。
4小结
在单项全控桥式整流电路电阻性负载电路中(图4-1),要注意四个晶闸管1,4和晶闸管2,3的导通时间相差半个周期。
脉冲发生器参数设置公式:
(1/50)*(α/360)。
在这次的电路建模、仿真与分析中,我对电路的建模仿真软件熟练了很多,对电路的了解与分析也加深了很多,比如晶闸管压降的变化,负载电流的变化。
(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
单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图(截图)
1.2工作原理
(1)在u2正半波的(0~α)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~α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ωt=α时刻和以后:
在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通,电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr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(π~π+α)区间:
当ωt=π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ωt=π+α时刻和以后:
在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通,电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr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ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。
从波形可以看出α>90º输出电压波形正负面积相同,平均值为零,所以移相范围是0~90º。
控制角α在0~90º之间变化时,晶闸管导通角θ≡π,导通角θ与控制角α无关。
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dianlu5,同时模型建立如下图所示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
a.交流电源参数
b.同步脉冲信号发生器参数
PulseGenerator的参数
PulseGenerator1的参数
c.电阻电感参数
d.示波器参数
示波器五个通道信号依次是:
①通过晶闸管电流Ial;②晶闸管电压Ual;③电源电流i2④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α=0°,MATLAB仿真波形如下:
α=0°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)(截图)
b.触发角α=30°,MATLAB仿真波形如下:
α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)(截图)
c.触发角α=60°,MATLAB仿真波形如下:
α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)(截图)
d.触发角α=90°,MATLAB仿真波形如下:
α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)(截图)
4.小结
由于电感的作用,输出电压出现负波形;当电感无限大时,控制角α在0~90°之间变化时,晶闸管导通角θ=π,导通角θ与控制角α无关。
输出电流近似平直,流过晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。
α=120°时的仿真波形,此时的电感为有限值,晶闸管均不通期间,承受二分之一的电源电压。
(三)单相桥式全控整流电路(反电动势负载)
1.电路的结构与工作原理
1.1电路结构
单相桥式全控整流电路(反电动势负载)的电路原理图(截图)
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δ停止导电,δ称作停止导电角。
若α<δ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α=δ。
2.建模
在MATLAB新建一个Model,命名为dianlu6,同时模型建立如下图所示:
图17单相桥式全控整流电路(反电动势)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
PulseGenerator的参数
PulseGenerator1的参数
c.电阻、反电动势参数
电阻参数
反电动势参数
d.示波器参数
示波器五个通道信号依次是:
①通过晶闸管VT1.VT4电流Ial;②晶闸管VT1.VT4电压Ual;③电源电流i2④通过负载电流Id;⑤负载两端的电压Ud;通过晶闸管VT2.VT3电流电压。
3仿真结果与分析
a.触发角α=0°,MATLAB仿真波形如下
α=0°单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)(截图)
b.触发角α=30°,MATLAB仿真波形如下:
α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)(截图)
c.触发角α=60°,MATLAB仿真波形如下:
α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)(截图)
d.触发角α=90°,MATLAB仿真波形如下:
α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)(截图)
4小结
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。
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- 单相 桥式全控 整流 电路 Matlab 仿真
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