matlab仿真单相桥式全控整流电路教学文稿.docx

1、matlab仿真单相桥式全控整流电路教学文稿matlab仿真单相桥式全控整流电路电子信息系统仿真与设计课程设计报告设计课题: 单相桥式全控整流电路 姓 名: 学 院: 信息工程学院 专 业: 电子信息科学与技术 班 级: 09级 学 号: 日 期 2010-2011第三学期 指导教师: 李光明 张军蕊 山东大学威海分校信息工程学院单相桥式全控整流电路一、 问题描述及工作原理1、单相桥式全控整流电路（电阻性负载）单相桥式全控整流电路（电阻性负载）如图1所示，电路由交流电源、整流变压器、晶闸管、负载以及触发电路组成。我所要分析的问题是为不同值时，输出电压及电流的波形变化。图1其工作原理如下：（1）

2、在u2正半波的（）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Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。（2）在u2正半波的（）区间，在时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。（3）在u2负半波的（）区间，在区间，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u2负半波的（）区间，在时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿bVT3RVT2T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

3、压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。2、单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）如图2所示：图2其工作原理如下：（1）在电压u2正半波的（0）区间。晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，VT1、VT4处于关断状态。假设电路已经工作在稳定状态，则在0区间由于电感的作用，晶闸管VT2、VT3维持导通。（2）在u2正半波的（）区间。在t=时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通，负载电流沿aVT1LRVT4bT的二次绕组a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电压u2反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反向电压而处于关断状态。（3）在电压

4、u2负半波的（+）区间。当t=时，电源电压自然过零，感应电势是晶闸管VT1、VT4继续导通。在电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。（4）u2负半波的（+2）区间。在t=+时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其导通，负载电流沿bVT3LRVT2aT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。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反向电压而关断。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期t=2+处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。二、建立仿真模型及仿真实现根据电路图对其建立仿真模型，

5、并对其进行参数设置，将电源电压幅值设置为141v，频率设为50Hz，脉冲发生器的频率设为100Hz，晶闸管控制角以脉冲的延迟时间t表示，例如：取=30时，对应时间为t=0.02*30/360=0.02/12s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取10%即可。1、单相桥式全控整流电路（电阻性负载）串联RLC支路为纯电阻电路，即为单相桥式全控整流电路的电阻性负载情况，将电阻设置为2，并设置仿真结束时间为0.06s，仿真模型电路如图3：图3=30时，可得到仿真结果如图：图4改变的值分别为60（图5），90（图6），120（图7），得到的仿真结果分别如图：图5图6图72、单相桥式全控整流电路（阻-感性负

6、载）串联支路为R和L时，为单相桥式全控整流电路的阻-感性负载情况，将L设置为1e-3，R设置为2，其他参数设置与电阻性负载情况相同，建立的仿真模型电路如图8：图8取=30时，仿真结果如图9：图9当分别取60（图10），90（图11），120（图12）时，仿真结果分别如图：图10图11图12三、 仿真结果分析及总结1、仿真结果分析从上面的仿真结果可以看出，仿真的结果与理论分析的结果基本一致：第一，带电阻负载时，电源电压过零时，晶闸管自然关断，带阻-感负载时，一对桥臂导通使另一对桥臂的两个晶闸管承受反压而关断，每周期换相两次。第二，带电阻负载时，负载电阻电压与电流波形相同，成线性关系，带阻-感负载

7、时，电流变化很小，这时由于电感对负载电流起到了平波的作用。第三，带阻-感负载时，电流逐渐增大，经过几个周期后达到稳态，电路的工作情况与理论分析基本一致。2、总结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，共用了四个晶闸管，两只晶闸管接成共阳极，两只晶闸管接成共阴极，每一只晶闸管是一个桥臂，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。单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）与单相半波整流电路仿真波形相比较，输出的电压和电流波形频率都提高了约一倍，流过每个晶闸管的平均电流Idt只有负载平均电流的一半。变压器二次侧电流I2的波形是对称的正负矩形波，而晶闸管承受

8、的最大正反向电压则和单相半波可控整流电流一样。单相桥式全控整流电路就是通过改变控制角，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，从而实现了可控整流。 四、 实验思考这次的matlab仿真设计过程中，不仅掌握了matlab中simulink仿真的使用，还对单相桥式全控整流电路有了更深刻的认识。在实际电路的设计中，需要考虑电源及R、L的具体参数，可以通过改变仿真模型中的R、L的值进行分析。在进行仿真时，不仅要掌握各种模块的功能和用法，还要掌握一定的编程技巧，使仿真过程变的更简单明了。经过小学期的这两次仿真课程，学会了两种仿真软件的使用方法，为以后的学习提供了很好的基础。仿真的过程不仅需要对软件的掌握技巧

9、，还需要一定的耐心和信心，充分利用图书和网络资源查找资料，以完成仿真的实现。附录1. 利用simulink仿真来实现摄氏温度到华氏温度的转换 仿真电路如题图1：题图1解：仿真结果如题图2：题图22. 设系统微分方程为，试建立系统模型并仿真解：仿真电路如题图3：题图3将开始时间设为1，积分integrator模块初始值设置为2。仿真结果如题图4：题图43. 利用simulink仿真，取A=1, 解：仿真电路如题图5：题图5建立的函数文件代码如题图6：题图6仿真结果如题图7：题图74. 建立如题图8所示的仿真模型并进行仿真，改变增益，观察x-y图形变化，并用浮动的scope模块观测各点波形。题图8

10、解：当增益slider gain为1时，设置好x、y的坐标值，得到x-y图形如题图9：题图9通过slider gain模块和integrator模块之后的波形分别如题图10：题图10当增益slider gain增大到2时，调整x、y坐标到合适位置，得到x-y图形如题图11：题图11通过integrator模块之后的波形不变，通过slider gain模块之后的波形如题图12：题图125 有初始状态为0的二阶微分方程其中u(t)是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿真。解：根据题意建立系统模型如题图13：题图13仿真结果如题图14：题图146 通过构造SIMULINK模型求的结果，其中初值分别为y1

11、(0)=0, y2(0)=1解：构造simulink模型如题图15：题图15将sine wave的phase设置成pi/2，设置integrator积分模块初值为0时，得到y1（0）=0的仿真结果如题图16：题图16设置integrator积分模块初值为1时，得到y2（0）=1的仿真结果如题图17：题图177. 分析二阶动态电路的零输入响应题图18为典型的二阶动态电路，其零输入响应有过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况，已知L=0.5H, C=0.02F, R=1, 2, 3, , 13, 初始值求的零输入响应并画出波形。（1用simulink的方法，2用脚本文件的方法）题图18 二阶动态电路解：

12、（1）利用simulink仿真的方法：根据题意可列出微分方程：代入数值并对两端分别求两次积分，可得 根据上式可建立仿真框图，如题图19：题图19其中constant表示电阻的阻值，scope为的波形，scope1为的波形。得到的仿真结果如题图20和题图21：题图20题图21（2）利用脚本文件的方法：在matlab中建立M文件7a，求解微分方程的解，代码如下：eq=D2y+2*R*Dy+100*y=0;cond=y(0)=1,Dy(0)=0;y=dsolve(eq,cond)得到微分方程的解为：y =1/2*(R2-100+R*(R2-100)(1/2)/(R2-100)*exp(-R+(R2-

13、100)(1/2)*t)+1/2*(R2-R*(R2-100)(1/2)-100)/(R2-100)*exp(-R-(R2-100)(1/2)*t)即 从而可以求出的零输入响应为： 建立M文件7b，编程画出和的波形图，代码如下：for R=1:13;t=0:0.1:5;u=1/2*(R+(R2-100)(1/2)/(R2-100)(1/2)*exp(-R+(R2-100)(1/2)*t)-1/2*(R-(R2-100)(1/2)/(R2-100)(1/2)*exp(-R-(R2-100)(1/2)*t);subplot(2,1,1); plot(t,u,r);hold on; i=1/(R2-

14、100)(1/2)*(exp(-R-(R2-100)(1/2)*t)-exp(-R+(R2-100)(1/2)*t); subplot(2,1,2); plot(t,i);hold on;end得到的和的波形如题图22：题图228. 一池中有水2000，含盐 2 kg，以 6/ 分 的速率向池中注入浓度为 0.5 kg / 的盐水，又以 4 / 分的速率从池中流出混合后的盐水，问欲使池中盐水浓度达到 0.2 kg / ，需要多长时间？（1用simulink的方法，2用脚本文件的方法）【附加：试画出浓度vs时间的曲线】解：（1）用simulink仿真的方法：根据题意，设t时刻池中盐水浓度为由上式

15、可得框图如题图23：题图23仿真结果如题图24： 题图24由上图左图波形可知，当时间趋于无穷时，浓度趋于0.5，由右图可知，大约在185分钟时浓度为0.2。（2）用脚本文件的方法：将（1）中所得到的式子进行积分并化简，可得到微分方程：在matlab中建立M文件8a，编程求解微分方程的解，代码如下：eq= (2000+2*t)*Dy+6*y=3;cond=y(0)=0.001;y=dsolve(eq,cond)得到微分方程的解为：y =1/2-499000000/(1000+t)3根据微分方程的解，可以得到t关于浓度的表达式，即建立M文件8b，编程求得浓度为0.2时所需的时间，代码如下：y=0.2;t=(-499000000/(y-0.5)(1/3)-1000得到浓度为0.2时所需时间为t = 184.8402建立M文件8c，编程画出浓度随时间变化的曲线图，代码如下：t=linspace(0,6000,100)y =1/2-499000000./(1000+t).3)plot(t,y)得到的曲线图如题图25：题图2511. 搭建特定的信号源，建立SIMULINK仿真模型、显示仿真结果。解：根据题意建立框图如题图26：题图26建立的函数文件代码如题图27：题图27取周期T=1和周期T=4时，输出u(t)波形分别如题图28：题图28