單相半波整流可控電路

1、電力電子技術(shù)實驗報告實驗名稱：單相半波可控整流電路的仿真與分析班 級：自動化091組 別：08成 員：金華職業(yè)技術(shù)學院信息工程學院年 月 日目錄 單相半波可控整流電路（電阻性負載）錯誤!未定義書簽。電路的結(jié)構(gòu)與工作原理錯誤!未定義書簽。單相半波整流電路建模錯誤!未定義書簽。仿真結(jié)果與分析錯誤!未定義書簽。小結(jié)錯誤!未定義書簽。單相半波可控整流電路（阻-感性負載）錯誤!未定義書簽。電路的結(jié)構(gòu)與工作原理錯誤!未定義書簽。單相半波整流電路建模錯誤!未定義書簽。仿真結(jié)果與分析錯誤!未定義書簽。小結(jié)錯誤!未定義書簽。單相半波可控整流電路（阻-感性負載加續(xù)流二極管）錯誤!未定義書簽。電路的結(jié)構(gòu)與工作原理錯

2、誤!未定義書簽。單相半波整流電路建模錯誤!未定義書簽。仿真結(jié)果與分析錯誤!未定義書簽。小結(jié)：錯誤!未定義書簽?？偨Y(jié)： 錯誤!未定義書簽。圖索引圖1單相半波可控整流電路（純電阻負載）的電路原理圖錯誤!未定義書簽。圖2單相半波可控整流電路（純電阻負載）的MATLAB仿真模型.錯誤!未定義書簽。圖3 a=30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）錯誤!未定義書簽。圖4 a=45單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）錯誤!未定義書簽。圖5 a=90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）錯誤!未定義書簽。圖6 a=120。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）錯誤!未定義書簽。圖7 a=

3、180單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）錯誤!未定義書簽。圖8單相半波可控整流電路（阻-感性負載）的電路原理圖錯誤!未定義書簽。圖9單相半波可控整流電路（阻-感性負載）的MATLAB仿真模型.錯誤!未定義書簽。圖10 a=30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載）錯誤!未定義書簽。圖11 a=60單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載）.錯誤!未定義書簽。圖12 a=90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載）.錯誤!未定義書簽。圖13 a=120單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載）錯誤!未定義書簽。圖14單相半波可控整流電路（阻-感性負載加續(xù)流二極管）的電路原理

4、圖錯誤！未定義 書簽。圖15單相半波可控整流電路（阻-感性負載加續(xù)流二極管）的MATLAB仿真模型錯誤！ 未定義書簽。圖16 a=30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載加續(xù)流二極管）錯誤！未定 義書簽。圖17 a=60。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載加續(xù)流二極管）錯誤！未定義 書簽。圖18 a=90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載加續(xù)流二極管）錯誤！未定 義書簽。圖19 a=120單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載加續(xù)流二極管）錯誤!未定義書簽。單相半波可控整流電路仿真建模分析一、 單相半波可控整流電路（電阻性負載）電路的結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)若用晶閘管T

5、替代單相半波整流電路中的二極管D，就可以得到單相半波可控整流電路的主電路，如圖1-1電路圖所示。設(shè)圖中變壓器副邊電壓U2為50HZ正弦波，負載RL為電阻性負載。Ud圖1單相半波可控整流電路（純電阻負載）的電路原理圖工作原理:（1）在電源電壓正半波（0n區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，脈沖uG在3t=a處觸發(fā)晶 閘管，晶閘管開始導通，形成負載電流id,負載上有輸出電壓和電流。（2）在3t=n時刻，u2=0,電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負載 電流為零。（3）在電源電壓負半波（丸2丸區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負載上沒 有輸出電壓，負載電流為零。（4）直到電源電壓u2的

6、下一周期的正半波，脈沖uG在3t=2n + a處又觸發(fā)晶閘管，晶 閘管再次被觸發(fā)導通，輸出電壓和電流又加在負載上，如此不斷重復?；緮?shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值U = j 兀頊 2U sin td (t) = 2劣d2兀a 2兀 2=0.45U1 + cos a2輸出電流平均值I = 土 = 0.45 U .上竺箜 d RR 2負載電壓有效值sin 2 a兀一 aU = U2.卞、負載電流有效值T U sin 2 a兀一 aI = 、+R4兀2兀晶閘管電流平均值I = % = 0.45 UdT RR1 + cos a2單相半波可控整流電路建模 模型參數(shù)設(shè)置晶閘管模型參數(shù)設(shè)置建立一個新的模型窗口，

7、打開電力電子模塊組，復制一個晶閘管到模型 窗口中；打開晶閘管參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置Ron=Q, Lon=0H, Uf=； Ic=0A, Rs=10Q, Cs=-6F。如圖所示。打開電源模塊組，復制一個電壓源模塊到模型窗口中，打開參數(shù)設(shè)置 對話框，設(shè)置為：幅值5V，初相位0，頻率是50HZ的正弦交流電。如 圖所示。打開元件模塊組，復制一個串聯(lián)RLC元件模塊到模型窗口中，打開參數(shù)設(shè) 置對話框，把RLC里的電感設(shè)置為0，電容設(shè)置為inf，電阻設(shè)置為Q。 如圖所示。打開測量模塊組，復制一個電壓測量裝置以測量負載電壓Ud波形。打開測量模塊組，復制一個電流測量裝置以測量負載電流Id波形。打開測量模塊組，復制

8、一個電壓測量裝置以測量變壓器副邊電壓U2波形打開測量模塊組，復制一個電壓測量裝置以測量晶閘管兩端電壓Ut波形。把脈沖發(fā)生器的輸出口接到示波器上以測量脈沖波形。i.打開Sinks模塊組，復制一個示波器裝置以顯示電路中各物理量的變化關(guān)系，并按要求設(shè)置輸入端口的個數(shù)。如圖所示。11S可Tip; try riglit clicking an axesGeneral Data historyAxes示波器參數(shù)設(shè)置5個輸入端Number of axes: 5flosrting scopeTime range: 0.20KCancelHelpApplyj.建立給晶閘管提供觸發(fā)信號的同步脈沖發(fā)生器（Pulse

9、Generater）模型。參數(shù)設(shè)置為：脈沖幅值為4V，周期為，脈寬占整個周期的 10%，相位延遲（1/50） * （30/360） s=1/600s （即 a=30）或者（1/50）*（45/360）s=1/400s （即 a=45）。或者（1/50） * （90/360） s=1/200s （即 a=90）。或者（1/50） * （120/360） s=2/300s （即 a=120）。如圖所示。脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置全部模塊完美連接后，可以得到仿真電路。如圖所示。圖2單相半波可控整流電路（純電阻負載）的MATLAB仿真模型3仿真結(jié)果與分析下列所示波形圖中，從上到下分別代表變壓器副邊U2上的電壓

10、波形、脈沖的波形、電阻上的電壓波形、電阻上的電流波形、晶閘管VT上的電壓波形。下列波形分別是延遲角a為30、45、90、120 , 180時的波形變化。當延遲角a =30時，波形圖如圖所示：圖3 a =30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載） 當延遲角a =45。時，波形圖如圖所示：圖5 a =90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）當延遲角a =120時，波形圖如圖所示：圖6 a =120。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）當延遲角a =180。時，波形圖如圖所示：圖7 a =180單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（純電阻負載）4小結(jié)在此試驗中，我們可以看出通過改變觸發(fā)角a的

11、大小，直流輸出電壓，負載上的輸出電 壓波形都發(fā)生變化，顯然a =180。時，平均電壓U =0由于晶閘管只在電源電壓正半波（0 ）區(qū)間內(nèi)導通，輸出電壓Ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱半波整流。單相半波可控整流電路中的輸出電壓與電流的波形相同，由于是電阻負載，電阻對電流沒有 阻礙作用，沒有續(xù)流的作用，不會產(chǎn)生反向電流，晶閘管的電壓沒有負值。電力電子變流技術(shù)的理論計算比較繁瑣且很難得到準確的計算結(jié)果，從上述系統(tǒng)仿真結(jié) 果波形可以看出，利用仿真軟件進行仿真，波形準確、直觀，利用該方法還能對非常復雜的 電路、電力電子變流系統(tǒng)進行建模仿真。二、單相半波可控整流電路（阻一感性負載）1.電路的結(jié)構(gòu)與

12、工作原理電路結(jié)構(gòu)圖8單相半波可控整流電路（阻一感性負載）電路原理圖波形圖工作原理在S=0a期間：晶閘管陽-陰極間的電壓uAK大于零，此時沒有觸發(fā)信號，晶閘 管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在3t=a時刻，門極加觸發(fā)信號，晶閘管觸發(fā)導通，電源電壓u2加到負載上，輸 出電壓ud= u2。由于電感的存在，負載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。在3比3坦32期間：輸出電流id從零增至最大值。在id的增長過程中，電感產(chǎn) 生的感應(yīng)電勢力圖限制電流增大，電源提供的能量一部分供給負載電阻，一部分為 電感的儲能。在3=3t23t3期間：負載電流從最大值開始下降，電感電壓改變方向，電感釋 放能量，企

13、圖維持電流不變。在3t=n時，交流電壓u2過零，由于感應(yīng)電壓的存在，晶閘管陽極、陰極間的電 壓uAK仍大于零，晶閘管繼續(xù)導通，此時電感儲存的磁能一部分釋放變成電阻的 熱能，另一部分磁能變成電能送回電網(wǎng)，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2反 壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周，即3t=2n + a時，晶閘管再次被觸發(fā) 導通，如此循環(huán)不已。2、單相半波可控整流電路建模單相半波可控整流電路（阻一感性負載）仿真電路的建模大體和單相半波可控整流電路（電阻性負載）一樣模型參數(shù)設(shè)置有部分參數(shù)做了調(diào)整（如下）：a.打開晶閘管參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置Ron= Q，Lon=0H，Uf=，Ic=0A，Rs=20Q

14、，Cs=-6F。如圖所示晶閘管的參數(shù)表找到RLC元件模塊，打開參數(shù)設(shè)置對話框，把RLC里的電感設(shè)置為，電容設(shè)置我inf，電阻設(shè)置為Q。（以此可以得到阻一感性負載）如圖所示。阻一感性負載參數(shù)圖9單相半波可控整流電路（阻一感性負載）MATLAB仿真模型3仿真結(jié)果與分析下列所示波形圖中，分別代表變壓器副邊U2上的電壓波形、脈沖的波形、電阻上的電壓波 形、電阻上的電流波形、晶閘管VT上的電壓波形。下列波形分別是延遲角a為30、60、 90、120時的波形變化a.當延遲角a =30時，波形圖如圖所示:圖10 a =30單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載）b.當延遲角a =60時，波形圖如圖所示圖

15、11 a =60單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載）當延遲角a =90時，波形圖如圖所示圖12 a =90單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載） d.當延遲角a =120時，波形圖如圖所示：圖13 a =120。單相半波可控整流電路仿真結(jié)果（阻-感性負載）4.小結(jié)由于在實際生活中有很多負載是電感性負載，如直流電動機的繞組、電磁離 合器的線圈、電磁鐵等，它們既含有電阻又含有電感，且電感量較大。由于電磁 感應(yīng)作用，當通過電感元件L的電流發(fā)生變化時，在電感中產(chǎn)生阻礙電流變化 的感應(yīng)電動勢，將使電流的變化總是滯后于外加電壓的變化。與電阻性負載相比，負載電感的存在，使得晶閘管的導通角增大，

16、在電源電 壓由正到負的過零點也不會關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平 均值減小；大電感負載時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零。三、單相半波可控整流電路（阻一感性負載激加續(xù)流二極管）1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)圖14單相半波可控整流電路（阻一感性負載激加續(xù)流二極管）的電路原理圖工作原理在電源電壓正半波（0n），晶閘管受正向電壓。在3比Q處觸發(fā)晶閘管， 使其導通，形成負載電流/d,負載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極 管VD承受反向陽極電壓而關(guān)斷。在電源電壓負半波，電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD導通續(xù)流，此時電 壓u2 0，u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷

17、，負載兩端的輸出電壓為續(xù)流二極管的管壓降，如果電感足夠大，續(xù)流二極 管一直導通到下一周期晶閘管導通，使id連續(xù)，且id波形近似為一條直 線。以上分析可看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性 負載波形相同，續(xù)流二極管可起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載 時負載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù) 流二極管的電流波形是矩形波。對于電感性負載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半 波可控整流器電阻性負載相同，為0180，且有a + 0 =1802o基本數(shù)量關(guān)系.2U 1 + cos兀a.直流輸出電壓平均值Ud = _L I2U2 sin wtd (t)=

18、0.45U 1 + C0S a22b.輸出電流平均值U U 1 + cos a =0.45 t.R R 2b.晶閘管電流的平均值IdT兀-a i2兀dd.負載電流有效值I.Z it 2nd2.單相半波可控整流電路建模單相半波可控整流電路（阻一感性負載及加續(xù)流二極管）仿真電路圖15單相半波可控整流電路（阻一感性負載激加續(xù)流二極管）的MATLAB仿真模 型模型參數(shù)設(shè)置有部分參數(shù)做了調(diào)整（如下）：a.打開晶閘管參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置Ron= Q, Lon=0H, Uf=, Ic=0A, Rs=20Q, Cs=-6F。如圖所示晶閘管的參數(shù)表b,找到RLC元件模塊，打開參數(shù)設(shè)置對話框，把RLC里的電感設(shè)置

19、為，電容設(shè)置我inf,電阻設(shè)置為Q。（以此可以得到阻一感性負載）如圖所示。阻一感性負載參數(shù)3仿真結(jié)果與分析下列所示波形圖中，波形圖分別代變壓器副邊電壓U2波形、脈沖方波波形、 負載輸出電壓Ud波形、負載輸出電流波形id、晶閘管電流波形iT、續(xù)流二極管 電流iD、晶閘管壓降UT。下列波形分別是延遲角a為30、60、90、120 a.當延遲角a =30時，波形圖如圖所示：圖16 a =30單相半波可控整流電路（阻一感性負載加續(xù)流二極管）圖17 a =60單相半波可控整流電路（阻一感性負載加續(xù)流二極管）c.當延遲角a =90時，波形圖如圖所示:圖18 a =90單相半波可控整流電路（阻一感性負載加續(xù)流二極管）波形圖C.當延遲角a =120時，波形圖如圖所示:圖19 a =120。單相半波可控整流電路（阻一感性負載加續(xù)流二極管）波形圖4小結(jié)由以上分析可以看出，阻感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相 同，續(xù)流二極管起到了續(xù)流的作用。在電感無窮大時，負載電流為