基于Matlab的单相半波可控整流电路的设计与仿真Word格式文档下载.docx

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设计题目

设

计

技

术

参

数

1.晶闸管参数设置Ron=0.001Ω，Lon=0H，Uf=0.8V；

Ic=0A，Rs=10Ω，Cs=4.7e-6F

2.电源模块设置为：

幅值220V，初相位0，频率是50HZ的正弦交流电

3.RLC元件模块设置参数：

负载R=1Ω，L=0H，根据需要相应的调整

4.同步脉冲发生器（PulseGenerater）模型参数设置为：

脉冲幅值为10V，周期为0.02s，脉宽占整个周期的30%，相位延迟（1/50）*（30/360）s=1/600s（即α=30°

，后面参数60°

、90°

、120°

相应的调整）

要

求

熟悉整流电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。

掌握基本电路的数据分析、处理；

描绘波形并加以判断。

能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。

广泛收集相关技术资料。

考

资

料

[1]王兆安、刘进军.电力电子技术西安[M].:

机械工业出版社2009

[2]黄俊,王兆安.电力电子变流技术[M].北京:

机械工业出版社,1994

[3]赵良炳.现代电力电子技术基础[M].北京:

清华大学出版社,1995

[4]陈治明.电力电子器件基础[M].北京:

机械工业出版社,1992

[5]赵可斌,陈国雄.电力电子变流技术[M]..上海:

上海交大出版社,1993

[6]林渭勋,电力电子技术[M].,杭州:

浙江大学出版社,1986

[7]丁道宏.电力电子技术[M]..北京:

航空工业出版社,1990

[8]黄继昌.电子元器件应用手册[M].人民邮电出版社,2004

2014年12月28日

学生姓名：

学号：

专业（班级）：

课程设计题目：

基于Matlab的单相半波可控整流电路的设计与仿真

成绩：

年月日

信息工程学院课程设计成绩评定表

摘要

电力电子技术是一门诞生和发展于20世纪的崭新技术，在21世纪仍将以迅猛的速度发展。

以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一。

本次单相半波可控整流电路设计是基于MATLAB的系统仿真设计。

本文是基于Matlab的单相半波可控整流电路的设计与仿真，通过对单相的单相半波可控整流电路（电阻性负载）电路、单相半波可控整流电路（阻-感性负载）电路和单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）电路这三种进行电路设计和仿真，通过对仿真图形进行分析，了解这三种电路的工作原理和性能。

关键字：

MATLAB的系统仿真；

可控整流电路；

单相半波电路

ABSTACT

Powerelectronictechnologyisabirthanddevelopmentinthenewtechnologyofthe20thcentury,inthe21stcenturywillremainatthespeedofrapiddevelopment.Withthecomputerasthecoreinformationsciencewillbeoneofthescienceandtechnologyplayaleadingroleinthe21stcentury.ThesinglephasehalfwavecontrolledrectifiercircuitdesignisthedesignofsystemsimulationbasedonMATLAB.

ThispaperisthedesignandSimulationofMatlabsinglephasehalfwavecontrolledrectifiercircuitbasedonsinglephase,bysinglephasehalfwavecontrolledrectifier（resistiveload）circuit,singlephasehalfwavecontrolledrectifiercircuit（resistiveinductiveload）circuitandsinglephasehalfwavecontrolledrectifiercircuit（resistanceofinductiveloadandfreewheelingdiode）circuitthethreecircuitdesignandsimulation,throughthesimulationgraphanalysis,understandtheworkingprincipleandperformanceofthethreecircuit.

Keywords:

MATLABsystemsimulation;

controllablerectifiercircuit;

singlephasehalfwavecircuit

1绪论

1.1半波整流简介

变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管，就是半波整流。

利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被二极管所阻，没有电流。

这种电路，变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率；

整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求高。

只适用于小电流整流电路。

1.2本文研究的内容

本文研究的内容主要包括：

（1）单相半波可控整流电路（电阻性负载）电路的工作原理电路设计与仿真。

（2）单相半波可控整流电路（阻-感性负载）电路的工作原理电路设计与仿真。

（3）单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）电路的工作原理电路设计与仿真。

1.3单相半波可控整流电路建模与基本参数

因后面研究的三个单相半波可控整流电路的电路建模需要的一些基本参数是一样的，所以，将其放在本文的绪论部分，后边将不会一一列出，往后为各章节列出的将只有改变的模块的参数，这些参数设置如下：

（1）建立一个新的模型窗口，打开电力电子模块组，复制一个晶闸管到模型窗口中；

打开晶闸管参数设置对话框，设置Ron=0.001Ω，Lon=0H，Uf=0.8V；

Ic=0A，Rs=10Ω，Cs=4.7e-6F。

（2）打开电源模块组，复制一个电压源模块到模型窗口中，打开参数设置对话框，设置为：

幅值50V，初相位0，频率是50HZ的正弦交流电。

（3）打开元件模块组，复制一个串联RLC元件模块到模型窗口中，打开参数设置对话框，按仿真要求设置参数。

（4）打开测量模块组，复制一个电压测量装置以测量负载电压。

（5）打开测量模块组，复制一个电流测量装置以测量负载电流。

（6）打开Sinks模块组,复制一个示波器装置以显示电路中各物理量的变化关系，并按要求设置输入端口的个数。

（7）建立给晶闸管提供触发信号的同步脉冲发生器（PulseGenerater）模型。

参数设置为：

脉冲幅值为10V，周期为0.02s，脉宽占整个周期的30%，相位延迟（1/50）*（60/360）s=1/300s（即α=60°

）。

各个参数的设置如下图：

a）仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.05s：

b）脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比30%，时相延迟（1/50）x（n/360）s：

c）电源参数，频率50hz，电压220v:

d）晶闸管参数:

2单相半波可控整流电路（电阻性负载）

2.1电路的结构与工作原理

（1）电路结构

下图是单向半波可控整流电路原理图，晶闸管作为开关元件，变压器T起变换电压和隔离的作用。

单向半波可控整流电路（电阻性负载）

（2）工作原理

1）在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。

2）在ωt=π时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。

3）在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。

4）直到电源电压u2的下一周期的正半波，脉冲uG在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。

2.2Matlab下的模型建立

1）适当连接后，可以得到仿真电路。

如图所示：

单相半波可控整流电路（电阻性）

2.3仿真结果与波形图分析

下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT上的电流、晶体管VT上的电压、电阻上的电压。

下列波形分别是延迟角α为30°

、60°

时的波形变化，其中，各个参数为：

负载R=1Ω，L=0H，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ。

1）α=30º

，单相半波可控整流电路（电阻性负载）仿真波形图：

2）α=60º

;

3）α=90º

4）α=120º

2.4小结

在此仿真中，我们可以看出通过改变触发角α的大小，直流输出电压，负载上的输出电压波形都发生变化，可以看出，仿真波形与理论分析波形、实验波形结果非常相符，通过改变触发脉冲控制角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上的输出平均值发生变化。

由于晶闸管只在电源电压正半波区间内导通，输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流。

3单相半波可控整流电路（阻-感性负载）

3.1原理图

单相半波阻-感性负载整流电路如图所示，当负载中感抗远远大于电阻时成为阻-感性负载，属于阻-感性负载的有机的励磁线圈和负载串联电抗器等。

阻-感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。

单相半波阻-感性负载整流电路图

（1）工作原理

1）在ωt=0~α期间：

晶闸管承受正向阳极电压，但没有触发脉冲，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。

2）在ωt=α时刻，门极加上触发脉冲，晶闸管被触发导通，电源电压u2加到负载上，输出电压ud=u2。

由于电感的存在，在ud的1作用下，负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。

3）在ωt=ωt1~ωt2期间：

输出电流从零增至最大值。

在id的增长过程中，电感产生的感应电势力图阻止电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，另一部分转变成电感的储能。

4）在ωt=ωt2~ωt3期间：

负载电流从最大值开始下降，电感电压uL=Ldi/dt改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。

5）在ωt=π时，交流电压u2过零，但由于电感电压的存在，晶闸管阳、阴极的电压仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，同时一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在u2反向电压作用下而截至。

3.2Matlab下的模型建立

（1）单相半波可控整流电路（阻—感性负载）仿真电路图如图所示

单相半波可控整流电路（阻—感性负载）仿真电路图

（2）电感参数设置如下图所示：

3.3仿真结果与波形图分析

下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT上的电流、晶体管VT上的电压、电阻加电感上的电压。

设置触发脉冲α分别为30°

、900、1200时的波形变化。

与其产生的相应波形分别如下图形所示。

在波形图中第一列波为脉冲波形，第二列波为负载电流波形，第三列波为晶闸管电压波形，第四列波为负载电压波形，第五列波为电源电压波形。

a）α=30°

单相半波可控整流电路（阻—感性负载）仿真波形图:

b）α=60°

c）α=90°

d）α=120°

3.4小结

与电阻性负载相比，负载电感的存在，使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流平均值减小；

大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。

4单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）

4.1电路的结构与工作原理

单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）

（2）工作原理

1）在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压。

脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，在此期间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。

2）在电源电压负半波（π~2π区间），电感的感应电压使续流二极管VD受正向电压而导通续流，此时电源电压u2<

0,u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向阳极电压而关断，负载两端的输出电压仅为续流二极管的管压降。

如果电感较小，电流id是断断续续的；

电感较大时续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续，且id波形为一条脉动线；

电感无大时，电流id连续，为一平直线。

4.2Matlab下的模型建立

单相半波可控整流接续流二极管时电路仿真模型

4.3仿真结果与波形图分析

下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT上的电流、负载（电阻和电感）的电流、晶体管VT上的电压、续流二极管上的电流、电阻上的电压。

时的波形变化其中，参数有：

L=0.1H，R=1Ω，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ。

，单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）仿真波形图：

b）α=60º

c）α=90º

d）α=120º

4.4小结

在电源电压正半波，电压u2＞0，晶闸管uAK＞0。

在ωt=α处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。

在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管VD导通续流，此时电压u2＜0，u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续，且id波形近似为一条直线。

以上分析可看出，电感性负载加续流二极管后，阻-感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管起到了提高输出电压的作用。

在电感无穷大时，负载电流为一直线，流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。

总结

单相半波可控整流电路的优点是电路简单，调整方便，容易实现；

但整流电压脉动大，每周期脉动一次。

变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、利用率低的问题，为使变压器不饱和，必须增大铁芯截面。

通过这次基于MATLAB仿真设计过程中，不仅掌握了MATLAB中simulink仿真的使用，对单相半波可控整流电路有了新的认识。

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。

通过以前对MATLAB的学习，学会了MATLAB软件的基础操作，为这次的设计提供了很好的基础。

仿真的过程不仅需要过硬的理论知识基础，也需要对软件操作技巧的掌握，所以说理论与实践同样重要。

在本次的电力电子技术课程设计中，加深了我对课本专业知识的理解，理论知识与实际动手的重要性。

在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料。

这次电力电子技术课程设计，让我们有机会将课堂上所学的理论知识运用到实际中。

并通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较。

从而进一步验证了所学的理论知识。

在此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了单相半波可控整流电路的原理、触发电路的设计以及Maatlab的仿真。

在本次的课程设计中，骇然我明白了要完成好一篇课程设计，还必须有：

第一，要有很牢的理论功底，对理论知识要更深入地理解；

第二，具备文献检索能力；

第三，提高书面表达能力，提高撰写课程设计报告水平。

当然，在这个过程中我也遇到了困难，这次的课程设计，让我让我更加的体会到；

了正确的心态是多么的重要。

在困难面前，只要充满信心，相信做自己能做得好的，最后就肯定会做得好。

致谢

在本次论文设计过程中，感谢我的学校，给了我学习的机会，在学习中，张老师给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与建议，老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。

他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。

通过两周的努力,在老师和同学的辅导和帮助下,我完成了此次设计通过此次课程设计，我再一次认识到了自学的重要性。

在仿真设计的过程中，我发现了很多细节性的问题，也出现了很多错误，经过和同学们研究、商讨最后都解决，感觉团队协作能力是非常有必要的。

通过此次设计，让我对以前所学习的电力电子和MATLAB知识有了。

更深刻的了解，我认为此次设计让我更加巩固了所学的知识并在设计的过程中得以运用，克服了做设计过程中的困难，让我受益匪浅。

感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。

感恩之余，诚恳地请老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。

谨以此致谢，最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的老师表示衷心的感谢。

参考文献