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1、物電學院電力電子課程設計報告姓 名: 孫李濤 學 號: 101103060專 業(yè):電氣工程及其自動化班 級: 10級 指導教師: 陳永超 成 績: 日 期: 2012.6.11 利用MATLAB 對單相橋式全控整流電路研究一、電阻性負載1. 電路的結(jié)構(gòu)與工作原理 1.1電路結(jié)構(gòu) R圖 1 單相橋式全控整流電路(純電阻負載 的電路原理圖1.2 工作原理(1)在u 2正半波的()區(qū)間,晶閘管VT1、VT4承受正向電壓,但無觸發(fā)脈沖,晶閘管VT2、VT3承受反向電壓。因此在0區(qū)間,4個晶閘管都不導通。假如4個晶閘管的漏電阻相等,則U VT 1-VT 4=U VT 2-VT 3=12U 2。(2)在u
2、 2正半波的()區(qū)間,在時刻,觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導通。(3)在u 2負半波的()區(qū)間,在區(qū)間,晶閘管VT2、VT3承受正向電壓,因無觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài),晶閘管VT1、VT4承受反向電壓也不導通。(4)在u 2負半波的()區(qū)間,在時刻,觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其元件導通,負載電流沿b VT3R VT2T 的二次繞組b 流通,電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上,負載上有輸出電壓(u d =-u 2)和電流,且波形相位相同。1.3基本數(shù)量關(guān)系a. 直流輸出電壓平均值U d =12U 2sin t d (t =1+cos 222U 21+cos 2=0. 9U 2=0. 45U
3、2(1+cos b. 輸出電流平均值I d =U d R=0. 9U 21+cos a 0. 45U 2(1+cos . =R 2RC. 流過晶閘管電流有效值12I VT =(2U 2Rsin t d (t =2U 22Rsin 2a 2+-a 2. 建模在MA TLAB 新建一個Model ,命名為zuxingfuzai ,同時模型建立如下圖所示: 在此電路中,輸入電壓的電壓設置為220V ,頻率設置為50Hz ,電阻阻值設置為10歐姆,脈沖輸入的電壓設置為3V ,周期設置為0.02(與輸入電壓一致周期),占空比設置為20%,觸發(fā)角分別設置為30°,60°,90°
4、;,150°因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通,關(guān)斷,所以脈沖出發(fā)周期應相差180°。圖1 阻性負載的電路建模圖1 =300時的阻性負載 (1.參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=30°時,對應時間為t=0.02*30/360 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可 同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=30°時,對應時間為t=0.02*30/360+0.01 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可 2、交流電源參數(shù) 3、負載上的參數(shù)設置 4、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance l
5、on不能同時為零)(2.波形圖 0圖2 =30時的波形圖 62 =600時的阻性負載(1.參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=60°時,對應時間為t=0.02*60/360 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可(其他的參數(shù)和=30°時相同) 同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=60°時,對應時間為t=0.02*60/360+0.01 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可(其他的參數(shù)和=30°時相同) 2、晶閘管、電壓源負載參數(shù)設置都與=30°時參數(shù)設置一樣7(2.波形圖 圖3 =60時的波形圖8 03 =9
6、00時的阻性負載(1.參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=90°時,對應時間為t=0.02*90/360 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可(其他的參數(shù)和=30°時相同) 同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=90°時,對應時間為t=0.02*90/360+0.01 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可(其他的參數(shù)和=30°時相同) 2、晶閘管、電壓源負載參數(shù)設置都與=30°時參數(shù)設置一樣9(2.波形圖 圖4 =90時的波形圖10 04 =1500時的阻性負載 (1.參數(shù)設置1、同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)同步脈
7、沖信號發(fā)生器參數(shù)取=150°時,對應時間為t=0.02*150/360 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可(其他的參數(shù)和=30°時相同) 同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)取=150°時,對應時間為t=0.02*150/360+0.01 s,脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示,取20%即可(其他的參數(shù)和=30°時相同) 2、晶閘管、電壓源負載參數(shù)設置都與=30°時參數(shù)設置一樣(2.波形圖 圖5 =150時的波形圖總結(jié):觸發(fā)延遲角的移相范圍是01800,在此電路中盡管電路的輸入電壓U2是交變的,但負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過,輸出電壓
8、一個周期內(nèi)脈動兩次,由于橋式整流電路在正負半周期均能工作,變壓器二次繞組在正負半周期均有大小相等,方向相反的電流流過,消除了變壓器的直流磁化,提高了變壓器的有效利用率。二、阻感性負載1.電路的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1電路結(jié)構(gòu) 圖 6 單相橋式全控整流電路(阻-感性負載 的電路原理圖1.2 工作原理(1)在u 2正半波的(0)區(qū)間: 晶閘管VT1、VT4承受正壓,但無觸發(fā)脈沖,處于關(guān)斷狀態(tài)。假設電路已工作在穩(wěn)定狀態(tài),則在0區(qū)間由于電感釋放能量,晶閘管VT2、VT3維持導通。(2)在u 2正半波的t =時刻及以后:在t =處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導通,電流沿a VT1L R VT4b Tr 的二
9、次繞組a 流通,此時負載上有輸出電壓(u d=u 2)和電流。電源電壓反向加到晶閘管VT2、VT3上,使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。(3)在u 2負半波的(+)區(qū)間:當t =時,電源電壓自然過零,感應電勢使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導通。在電壓負半波,晶閘管VT2、VT3承受正壓,因無觸發(fā)脈沖,VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。(4)在u 2負半波的t =+時刻及以后:在t =+處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導通,電流沿b VT3L R VT2a Tr 的二次繞組b 流通,電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上,負載上有輸出電壓 (u d=-u 2)和電流。此時電源電壓反向加到VT1、VT4上,使其承受反
10、壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導通到下一周期t =2+處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。從波形可以看出90º輸出電壓波形正負面積相同,平均值為零,所以移相范圍是090º。控制角在090º之間變化時,晶閘管導通角,導通角與控制角無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓。1.3基本數(shù)量關(guān)系a. 直流輸出電壓平均值U d =0. 9U 2cos b. 輸出電流平均值I d =U d R2. 建模在此電路中,輸入電壓的電壓設置為220V ,頻率設置為50Hz ,電阻阻值設置為20歐姆,電感設置為1e-0H ,脈沖輸入的電壓設置為3V ,周期設置為0.02(與輸入
11、電壓一致周期),占空比設置為10%,觸發(fā)角分別設置為30°,60°,90°,150°,因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通,關(guān)斷,所以脈沖出發(fā)周期應相差180°圖7 阻感負載電路建模圖1 =300時的阻感負載=300時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零)與=300時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零),所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。阻
12、感負載的設置如下: (2.波形圖 圖8=30時的阻感負載波形圖=600時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零)與=600時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零),所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。阻感負載的設置如下: (2.波形圖 圖9=60時的阻感負載波形圖=900時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時
13、為零)與=900時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零),所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。阻感負載的設置如下: (2.波形圖 圖10 =90時的阻感負載波形圖4 =1500時的阻感負載=1500時的阻感負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零)與=1500時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零),所不同的就是
14、負載參數(shù)的設置不同。阻感負載的設置如下: (2.波形圖 圖11 =150時的阻感負載波形圖總結(jié):通過仿真可知,由于電感的作用,輸出電壓出現(xiàn)負波形,當電感無限增大時,控制角a 在090°之間變化時,晶閘管導通角=180°,導通角與控制角a 無關(guān),無論控制角多大,輸出電流波形因電感很大而呈一水平線。三、反電勢負載1. 電路的結(jié)構(gòu)與工作原理 1.1電路結(jié)構(gòu) E圖 12 單相橋式全控整流電路(反電勢負載 的電路原理圖1.2 工作原理當整流電壓的瞬時值u d 小于反電勢E 時,晶閘管承受反壓而關(guān)斷,這使得晶閘管導通角減小。晶閘管導通時,u d=u 2,晶閘管關(guān)斷時,u d=E。與電阻
15、負載相比晶閘管提前了電角度停止導電,稱作停止導電角。若 <時,觸發(fā)脈沖到來時,晶閘管承受負電壓,不可能導通。為了使晶閘管可靠導通,要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度,保證當晶閘管開始承受正電壓時,觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣,相當于觸發(fā)角被推遲,即=。2. 建模在MA TLAB 新建一個Model ,命名為fandiandongshifuzai ,同時模型建立如下圖所示:圖13 反電動勢負載電路建模圖2.1模型參數(shù)設置在此電路中,輸入電壓的電壓設置為220V ,頻率設置為50Hz ,電阻阻值設置為1歐姆,電感設置為1e-3H ,脈沖輸入的電壓設置為3V ,周期設置為0.02(與輸入電壓一致周期),占空比
16、設置為10%,觸發(fā)角分別設置為30°,50°,90°,150°因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通,關(guān)斷,所以脈沖出發(fā)周琴應相差180°。1 =300時的反電動勢負載=300時的反電動勢負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零)與=300時的阻性負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron和inductance lon不能同時為零),所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。反電動勢負載的設置如下: (2.波形圖
17、圖14 =30時的反電動勢波形圖安陽師范物理與電氣工程學院課程設計報告 0 2 a = 60 時的反電動勢負載 a = 60 時的反電動勢負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參 0 數(shù)設置(resistance Ron 和 inductance lon 不能同時為零)與 a = 60 時的阻性負載的同步脈 0 沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron 和 inductance lon 不能 同時為零) ,所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。反電動勢負載的設置如下: (2.波形圖 圖 15 a = 60 時的反電動勢負載波形圖 0 21 安陽師范物理
18、與電氣工程學院課程設計報告 0 3 a = 90 時的反電動勢負載 a = 90 時的反電動勢負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參 0 數(shù)設置(resistance Ron 和 inductance lon 不能同時為零)與 a = 90 時的阻性負載的同步脈 0 沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參數(shù)設置(resistance Ron 和 inductance lon 不能 同時為零) ,所不同的就是負載參數(shù)的設置不同。反電動勢負載的設置如下: (2.波形圖 圖 16 a = 90 時的電動勢負載波形圖 0 22 安陽師范物理與電氣工程學院課程設計報告 4 a = 150 時的反電動勢負載 0 a = 150 0 時的反電動勢負載的同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)、交流電源參數(shù)、晶閘管參 0 數(shù)設置(resistance Ron 和 inductance lon 不能同時為零)與 a = 15
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