单相桥式全控整流电路仿真建模分析教学教材Word格式文档下载.docx
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在wt=2π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。
2单相桥式全控整流电路建模
在MATLAB新建一个Model,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,所以脉冲出发周期应相差180°
。
晶闸管参数
脉冲参数
电源参数
负载参数
3仿真结果与分析
a.触发角α=30°
,MATLAB仿真波形如下
图3α=30°
单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)
b.触发角α=60°
图4α=60°
c.触发角α=90°
图5α=90°
4小结
单相桥式全控整流电路(电阻性负载)一共采用了四个晶闸管,VT1,VT2两只晶闸管接成共阳极,VT3,VT4两只晶闸管接成共阴极,当u2在(0~α)晶闸管VT1和VT4承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管没有导通。
在(α~π)VT1和VT4承受正向电压,有触发脉冲晶闸管VT1,VT4导通。
当u2在(π~π+α)闸管VT2和VT3承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管没有导通。
在(π+α~2π)VT2和VT3承受正向电压,有触发脉冲晶闸管VT2,VT3导通。
单相桥式全控整流电路(电阻性负载)是典型单相桥式全控整流电路,桥式整流电路的工作方式特点是整流元件必须成对以构成回路,负载为电阻性。
二、单相桥式全控整流电路(阻感性负载)
1电路结构与工作原理
1.1电路结构如图所示
图6单相桥式全控整流电路(阻感性负载)的电路原理图
(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时刻及以后:
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时刻及以后:
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。
晶闸管承受的最大正、反向电压。
2MATLAB建模
图7单相桥式全控整流电路(阻感性负载)的MATLAB仿真模型
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°
,因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通,关断,所以脉冲出发周期应相差180°
a.触发角α=30°
图8α=30°
单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载)
b.触发角α=60°
图9α=60°
c.触发角α=90°
图10α=90°
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0~90°
之间变化时,晶闸管导通角θ=180°
,导通角θ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α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(反电动势负载)
图11单相桥式全控整流电路(反电势负载)的电路原理图
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。
在MATLAB新建一个Model,同时模型建立如下图所示:
图12单相桥式全控整流电路(反电动势负载)的MATLAB仿真模型
3仿真结果与分析
,MATLAB仿真波形如下:
图13α=30°
单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)
图14α=60°
图15α=90°
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,每周期脉动两次。
变压器二次侧流过正反两个方向的电流,不存在直流磁化,利用率高。
三相半波可控整流电路
图16三相半波可控整流电路(电阻性负载)的电路原理图
1.2实验原理
三相半波可控整流电路纯电阻性负载,如图所示。
图中T为整流变压器,为了得到中性线,整流变压器的二次接成星形,一次绕组接成三角形,使三次谐波都能够通过,减少了高次谐波对电网的影响。
为了得到零线,整流变压器的二次绕组必须接成星形,而一次绕组多接成三角形,使其3次谐波能够通过,减少高次谐波的影响。
三个晶闸管的阳极分别接入u、v、w三相电源,它们的阴极连接在一起,称共阴极接法,这对触发电路有公共线者连线较方便,用得较广。
2实验步骤
(1)打开Matlab/Simulink环境,建立新的Simulink模型窗口,命名为SXQQ;
(2)打开电源模块组,复制三个交流电压源模块Ua、Ub、Uc到SXQQ模型窗口中,打开参数设置对话框,进行三相对称交流电压源参数设置:
三相对称交流电压源的幅值设为220V,频率为50Hz,相位分别为0º
、240º
、120º
(3)三相桥式全控整流器的建模可直接调用通用变换器桥仿真模块。
将其复制到SXQQ模型窗口中,参数设置中,选择晶闸管器件。
(4)整流器的六脉冲触发器模块需要与三相线电压同步,因此建模时需要3个电压检测模块和1个同步六脉冲触发器模块。
将这些元件模块复制到SXQQ模型窗口中,并进行如图所示的连接。
同步六脉冲触发器设置:
频率为50Hz,脉冲宽度为1º
,选择双脉冲触发方式。
(5)打开控制元件模型组,复制一个常数元件模块到SXQQ模型窗口中作为同步六脉冲触发器的控制移相角。
(6)打开元件模块组,复制一个并联RLC元件模块到SXQQ模型窗口中作为负载。
(7)打开测量模块组,添加一个电压测量装置以测量负载电压;
(8)通过适当连接,可以得到系统仿真电路
3MATLAB建模
图17三相半波可控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型
3.1参数设置如下
4仿真结果与分析
a.触发角α=0°
图18α=0°
三相半波可控整流电路仿真结果(电阻性负载)
b.触发角α=30°
图19α=30°
图20α=90°
5小结
a=0︒时的工作原理分析:
晶闸管的电压波形,由3段组成:
第1段,VT1导通期间,为一管压降,可近似为uT1=0
第2段,在VT1关断后,VT2导通期间,uT1=ua-ub=uab,为一段线电压。
第3段,在VT3导通期间,uT1=ua-uc=uac,为另一段线电压。
a=30︒时的波形
负载电流处于连续和断续之间的临界状态,各相仍导电120︒。
a>
30︒的情况,负载电流断续,晶闸管导通角小于120︒。
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