单相桥式全控整流电路简单研究MATLAB仿真

安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告1物电学院电力电子课程设计报告姓名：孙李涛学号：101103060专业：电气工程及其自动化班级：10级指导教师：陈永超成绩：日期：2012.6.11安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告2利用MATLAB对单相桥式全控整流电路研究一、电阻性负载1.电路的结构与工作原理1.1电路结构U1U2UdId+-TVT3VT1VT2VT4abR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（1）在2u正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则2324121UUUVTVTVTVT。（2）在2u正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。（3）在2u负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。（4）在2u负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T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（2duu）和电流，且波形相位相同。安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告31.3基本数量关系a.直流输出电压平均值cos145.02cos19.02cos122)(sin212222UUUtdtUUdb.输出电流平均值cos145.02cos1.9.022RUaRURUIddC.流过晶闸管电流有效值tdt)sin2(2122RUIVTaaRU22sin222.建模在MATLAB新建一个Model，命名为zuxingfuzai，同时模型建立如下图所示：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10欧姆，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20%，触发角分别设置为30°，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°。Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurementgmakVT4gmakVT3gmakVT2gmakVT1v+-VR1MeasurementUsScopeRPulseGenerator2PulseGenerator1i+-CurrentMeasurement2i+-CurrentMeasurement@2@1UVT1IVT1udidi2U2图1阻性负载的电路建模图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告41)．030时的阻性负载(1).参数设置1、同步脉冲信号发生器参数同步脉冲信号发生器参数取α=30°时，对应时间为t=0.02*30/360s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可同步脉冲信号发生器参数取α=30°时，对应时间为t=0.02*30/360+0.01s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告52、交流电源参数3、负载上的参数设置4、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零）安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告6(2).波形图图2=030时的波形图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告72)．060时的阻性负载(1).参数设置1、同步脉冲信号发生器参数同步脉冲信号发生器参数取α=60°时，对应时间为t=0.02*60/360s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）同步脉冲信号发生器参数取α=60°时，对应时间为t=0.02*60/360+0.01s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）2、晶闸管、电压源负载参数设置都与α=30°时参数设置一样安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告8(2).波形图图3060时的波形图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告93)．090时的阻性负载(1).参数设置1、同步脉冲信号发生器参数同步脉冲信号发生器参数取α=90°时，对应时间为t=0.02*90/360s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）同步脉冲信号发生器参数取α=90°时，对应时间为t=0.02*90/360+0.01s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）2、晶闸管、电压源负载参数设置都与α=30°时参数设置一样安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告10(2).波形图图4090时的波形图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告114)．0150时的阻性负载(1).参数设置1、同步脉冲信号发生器参数同步脉冲信号发生器参数取α=150°时，对应时间为t=0.02*150/360s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）同步脉冲信号发生器参数取α=150°时，对应时间为t=0.02*150/360+0.01s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）2、晶闸管、电压源负载参数设置都与α=30°时参数设置一样安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告12(2).波形图图50150时的波形图总结：触发延迟角的移相范围是0～1800，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半周期均有大小相等，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。安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告13二、阻感性负载1.电路的结构与工作原理1.1电路结构U1U2UdId+-TVT3VT1VT2VT4abR图6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ωt=时刻及以后：在ωt=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+）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+时刻及以后：在ωt=π+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+处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。从波形可以看出＞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。安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告14控制角在0～90º之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ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cos9.02UUdb.输出电流平均值RUIdd2.建模在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为20欧姆，电感设置为1e-0H，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°，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°Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurementgmakVT4gmakVT3gmakVT2gmakVT1v+-VR1MeasurementUsSeriesRLCBranchScopePulseGenerator2PulseGenerator1i+-CurrentMeasurement2i+-CurrentMeasurement@2@1UVT1IVT1udidi2U2图7阻感负载电路建模图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告151)．030时的阻感负载030时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零）与030时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：(2).波形图图8030时的阻感负载波形图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告162)．060时的阻感负载060时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零）与060时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：(2).波形图图9060时的阻感负载波形图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告173)．090时的阻感负载090时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零）与090时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：(2).波形图图10090时的阻感负载波形图安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告184)．0150时的阻感负载0150时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零）与0150时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistanceRon和inductancelon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：(2).波形图图110150时的阻感负载波形图总结：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，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。安阳师范物理与电气工程学院课程设计报告19三、反电势负载1.电路的结构与工作原理1.1电路结构U1U2UdId+-TVT3VT1VT2VT4abRE图12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δ停止导电，δ称作停止导电角。若αδ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