单相桥式全控整流电路Matlab仿真(完美).doc

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目录

完美篇

单相桥式全控整流电路仿真建模分析 1

（一）单相桥式全控整流电路（纯电阻负载） 1

1.电路的结构与工作原理 1

2.建模 2

3仿真结果与分析 4

4小结 6

（二）单相桥式全控整流电路（阻-感性负载） 7

1.电路的结构与工作原理 7

2.建模 8

3仿真结果与分析 10

4.小结 13

（三）单相桥式全控整流电路（反电动势负载） 13

1.电路的结构与工作原理 13

2.建模 14

3仿真结果与分析 16

4小结 18

单相桥式全控整流电路仿真建模分析

一、实验目的

1、不同负载时，单相全控桥整流电路的结构、工作原理、波形分析。

2、在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真，并分析其波形。

二．实验内容

（一）单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）

1.电路的结构与工作原理

1.1电路结构

单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图（截图）

1.2工作原理

用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。

（1）在u2正半波的（0~α）区间：

晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲。

四个晶闸管都不通。

假设四个晶闸管的漏电阻相等，则uT1.4=uT2.3=1/2u2。

（2）在u2正半波的ωt=α时刻：

触发晶闸管VT1、VT4使其导通。

电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，负载上有电压（ud=u2）和电流输出，两者波形相位相同且uT1.4=0。

此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态，则uT2.3=1/2u2。

晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。

（3）在u2负半波的（π~π+α）区间：

晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。

此时，uT2.3=uT1.4=1/2u2。

（4）在u2负半波的ωt=π+α时刻：

触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→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电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。

此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。

晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。

晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。

1.3基本数量关系

a.直流输出电压平均值

b.输出电流平均值

2.建模

在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu4，同时模型建立如下图所示：

图2单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.交流电源参数

b.同步脉冲信号发生器参

PulseGenerator的参数

PulseGenerator1的参数

c.示波器参数

示波器五个通道信号依次是：

①通过晶闸管电流Ial；②晶闸管电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud。

d.电阻R=1欧姆

3仿真结果与分析

a.触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下：

图3α=0°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）（截图）

b.触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下：

α=30°单相桥式全控整流电流仿真结果（纯电阻负载）（截图）

c.触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）（截图）

d.触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下：

α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）（截图）

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VT1和VT4，晶闸管VT1,VT4开始导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流。

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。

在电源电压负半波（π~2π）区间，晶闸管VT1和VT4承受反向电压而处于关断状态，晶闸管VT2和VT3承受正向电压，脉冲UG在ωt=α处触发，晶闸管VT2,VT3开始导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流。

4小结

在单项全控桥式整流电路电阻性负载电路中（图4-1），要注意四个晶闸管1，4和晶闸管2，3的导通时间相差半个周期。

脉冲发生器参数设置公式：

（1/50）*（α/360）。

在这次的电路建模、仿真与分析中，我对电路的建模仿真软件熟练了很多，对电路的了解与分析也加深了很多，比如晶闸管压降的变化，负载电流的变化。

（二）单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）

1.电路的结构与工作原理

1.1电路结构

单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）的电路原理图（截图）

1.2工作原理

（1）在u2正半波的（0~α）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～α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=α时刻及以后：

在ωt=α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+α）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+α时刻及以后：

在ωt=π+α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+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。

从波形可以看出α＞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。

控制角α在0～90º之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ与控制角α无关。

1.3基本数量关系

a.直流输出电压平均值

b.输出电流平均值

2.建模

在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu5，同时模型建立如下图所示单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.交流电源参数

b.同步脉冲信号发生器参数

PulseGenerator的参数

PulseGenerator1的参数

c.电阻电感参数

d.示波器参数

示波器五个通道信号依次是：

①通过晶闸管电流Ial；②晶闸管电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud。

3仿真结果与分析

a.触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下：

α=0°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）（截图）

b.触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下：

α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）（截图）

c.触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）（截图）

d.触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下：

α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）（截图）

4.小结

由于电感的作用，输出电压出现负波形；当电感无限大时，控制角α在0~90°之间变化时，晶闸管导通角θ=π，导通角θ与控制角α无关。

输出电流近似平直，流过晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。

α=120°时的仿真波形，此时的电感为有限值，晶闸管均不通期间，承受二分之一的电源电压。

（三）单相桥式全控整流电路（反电动势负载）

1.电路的结构与工作原理

1.1电路结构

单相桥式全控整流电路（反电动势负载）的电路原理图（截图）

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α<δ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=δ。

2.建模

在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu6，同时模型建立如下图所示：

图17单相桥式全控整流电路（反电动势）的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.交流电源参数

b.同步脉冲信号发生器参数

PulseGenerator的参数

PulseGenerator1的参数

c.电阻、反电动势参数

电阻参数

反电动势参数

d.示波器参数

示波器五个通道信号依次是：

①通过晶闸管VT1.VT4电流Ial；②晶闸管VT1.VT4电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud;通过晶闸管VT2.VT3电流电压。

3仿真结果与分析

a.触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下

α=0°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）（截图）

b.触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下：

α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）（截图）

c.触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）（截图）

d.触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下：

α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）（截图）

4小结

单相全控桥式整流电路主要适用于4KW左右的整流电路，与单相半波可控整流电路相比，整流电压脉动减小，美周期脉动俩次。

变压器二次侧流过正反俩个方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。

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