1、I电力电子技术实验报告实验名称： 单相桥式半控整流电路的仿真与分析 班 级： 自动化 092 组 别： 第九组 成 员： 吴体体 杨训 雷焕道 金华职业技术学院信息工程学院2011 年 10 月 8 日- 1 -目录一、单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管) .- 1 -1.电路的结构与工作原理 .- 1 -2.建模 .- 3 -3 仿真结果与分析 .- 4 -4 小结 - 6 -二、单相桥式半控整流电路(阻-感性负载、带续流二极管) .- 7 -1.电路的结构与工作原理 .- 7 -2.建模 .- 7 -3 仿真结果与分析 .- 9 -4 小结 - 11 -三、单相桥式半控整流改
2、进电路(阻-感性负载、带续流二极管) .- 12 -1.电路的结构与工作原理 .- 12 -2.建模 .- 12 -3 仿真结果与分析 .- 14 -4 小结 - 16 -报告总结 .- 16 - 2 -图索引图 1 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管)的电路原理图 .- 2 -图 2 单相桥式半控整流电路(组感性负载、不带续流二极管)的 MATLAB 仿真模型 .- 3 -图 3 =30单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 6 -图 4 =60单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 6 -图 5 =90单相桥式半控整流电路仿
3、真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 7 -图 6 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、带续流二极管)的电路原理图） .- 8 -图 7 单相桥式半控整流电路(组感性负载、带续流二极管)的 MATLAB 仿真模型 .- 9 -图 8 =20单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 11 -图 9 =60单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 11 -图 10 =80单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 12 -图 11 =150单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 12 -图 12 单
4、相桥式半控整流改进电路(阻感性负载改进)的电路原理图） .- 13 -图 13 单相桥式半控整流电路(组感性负载改进)的 MATLAB 仿真模型 .- 14 -图 14 =30单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 16 -图 15 =60单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 16 -图 16 =90单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .- 17 - 3 -2 211cossin()0.9dUtdU 2 2cssi().d t单相桥式半控整流电路仿真建模分析一、单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管)1.电
5、路的结构与工作原理1.1 电路结构单相桥式半控整流电路（阻-感性负载、不带续流二极管）电路图如图 1 所示：Tu 1u 2i t 1i 2i d 2V T 1 V T 3V D 2V D 4i d 4i t 3Ru RLu lu dab图 1 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管)的电路原理图1.2 工作原理1）当 u2 正半周时，在 t = 时刻触发晶闸管 VT1 使其导通，电流从电源 u2 正端VT1LRVD4u2负端向负载供电。2）u2 过零变负时，因电感 L 的作用使电流连续，VT1 继续导通。但因 a 点电位低于b 点电位，使得电流从 VD4 转移至 VD2，VD4 关断
6、，电流不再流经变压器二次绕组，而是经 VT1 和 VT2 续流。此阶段，忽略器件的通态压降，则 ud=0，不像全控桥式电路那样出现 ud 为负的情况。3）在 u2 负半周 t =+ 时刻，触发 VT3 使其导通，则 VT1 承受反压而关断，u2 经VT3LRVD2u2负端向负载供电.4）u2 过零变正时，VD4 导通，VD2 关断。VT3 和 VD4 续流，ud 又为零。此后重复以上过程。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- 4 -2.建模在 MATLAB 新建一个 Model，命名为 R_Load，同时模型建立如下图所示：图 2 单相桥式半控整流电路(组感性负载、不
7、带续流二极管)的 MATLAB 仿真模型2.1 模型参数设置a.交流电源参数- 5 -b.同步脉冲信号发生器参数c.示波器参数示波器四个通道信号依次是：电源电压和电源电流 U2&I2；通过晶闸管电流I14； 晶闸管电压 UT；通过负载电流 ID； 负载两端的电压 UD。3 仿真结果与分析波形图分别代表晶体管 VT1 上的电流和电压、负载（电阻和电感）的电流、交流电源的输出电压和电流、负载（电阻和电感）的电压。下列波形分别是延迟角 为 30、60、90时的波形变化。a. 触发角 =30 ，MATLAB 仿真波形如下：- 6 -图 3 =30单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管
8、)b. 触发角 =60，MATLAB 仿真波形如下：图 4 =60单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)c. 触发角 =90 ，MATLAB 仿真波形如下：- 7 -图 5 =90单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)4 小结1.失控分析：失控原因及波形分析a、由于脉冲信号没有丢失，所以电路实现正常的整流功能；b、VT1 导通时切断触发电路，当 u2变为负半周期时，由于电感的作用，负载电流由 VT1和 VD4 向负载供电，因为脉冲信号丢失 VT3 不能被触发导通。当 u2变为正半周时，因为由于电感的续流作用，VT1 是导通的，u 2又经过 VT1 和 V
9、D4 向负载供电，出现失控现象。2.解决方案：电路失控的原因在于已导通晶闸管的关断是依靠后一晶闸管的开通实现的，如果后一管子不能开通，则正导通的管子就无法关断，从而失控。所以该电路在实际应用中需加上续流二极管，可以避免失控现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。下图为加了续流二极管之后的电路。- 8 -2 211cossin()0.9dUtdU 二、单相桥式半控整流电路(阻-感性负载、带续流二极管)1.电路的结构与工作原理1.1 电路结构单相全控桥中，每个导电回路中有 2 个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，只需1 个晶闸管就可以了，另 1 个晶闸管可以用二极管代替，从
10、而简化整个电路。再加一个无续流二极管，续流过程由 VD 完成，晶闸管关断，这样续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。即如图 6 所示：Tu 2i t 1i 2i d 2V T 1 V T 3V D 2V D 4RLu li dV Du di d 4i t 3u R图 6 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、带续流二极管)的电路原理图）1.2 工作原理接上续流二极管后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管续流，使桥路直流输出端只有 1V 左右的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，这样就不会出现失控现象了。1.3 基本数量关系a.直流输出电压平均
11、值b.输出电流平均值2.建模在 MATLAB 新建一个 Model，命名为 R_Load，同时模型建立如下图所示：2cos19.02cos1dRRI- 9 -图 7 单相桥式半控整流电路(组感性负载、带续流二极管)的 MATLAB 仿真模型2.1 模型参数设置a.交流电源参数- 10 -b.同步脉冲信号发生器参数c.示波器参数示波器四个通道信号依次是：电源电压和电源电流 U2&I2；通过晶闸管电流I14； 晶闸管电压 UT；通过负载电流 ID； 负载两端的电压 UD。3 仿真结果与分析下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管 VT1 上的电压与电流、晶体管 VT2 上的电压与电流、电感加电阻 R
12、L 上的电压、续流二极管 VD 上电流、二极管 VD4 上电流、二极管 VD2 上电流。下列波形分别是延迟角 为 20、60 、80、150时的波形变化。a. 触发角 =20，MATLAB 仿真波形如下：- 11 -图 8 =20单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)b. 触发角 =60，MATLAB 仿真波形如下：图 9 =60单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)c. 触发角 =80，MATLAB 仿真波形如下：- 12 -图 10 =80单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)（4）当延迟角 =150时，波形图如图 11 所示：图
13、 11 =150单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)4 小结在此试验中，我们可以看出通过改变触发角 的大小，晶体管的电压与电流、续流二极管的电流、两个二极管的电流，负载上的输出电压波形都发生变化，以此来验证书中的波形，通过实验的验证，加深了我们对电力电子技术中单向半波可控整流电路、单相桥式- 13 -2 211cossin()0.9dUtdU 半波整流电路的知识的理解。三、单相桥式半控整流改进电路(阻-感性负载、带续流二极管) 1.电路的结构与工作原理1.1 电路结构单相桥式半波整流电路（晶体管串联）电路图如图 12 所示：Tu 2i t 1i 2i d 2V T 1V
14、T3V D 2V D4RLu lu di d 4i t 3u R图 12 单相桥式半控整流改进电路(阻感性负载改进)的电路原理图）1.2 工作原理接上续流二极管后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管续流，使桥路直流输出端只有 1V 左右的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，这样就不会出现失控现象了。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 R_Load，同时模型建立如下图所示：2cos19.02cos12d RRI- 14 -图 13 单相桥式半控整流电路(组感性负载改进)的
15、MATLAB 仿真模型2.1 模型参数设置a.交流电源参数- 15 -b.同步脉冲信号发生器参数c.示波器参数示波器四个通道信号依次是：电源电压和电源电流 U2&I2；通过晶闸管电流I14； 晶闸管电压 UT；通过负载电流 ID； 负载两端的电压 UD。3 仿真结果与分析下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管 VT1 上的电流和电压、负载（电阻和电感）的电压和电流、电源上的电压和电流。下列波形分别是延迟角 为 30、60、90时的波形变化。a. 触发角 =30，MATLAB 仿真波形如下：- 16 -图 14 =30单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)b. 触发角 =60
16、，MATLAB 仿真波形如下：图 15 =60单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)c. 触发角 =90，MATLAB 仿真波形如下：- 17 -图 16 =90单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)4 小结不用再接一个续流二极管来续流，而是由 VD3 和 VD4 来续流，因此即使不接续流二极管，电路也不会出现失控现象。但这种电路的二极管既要参与整流又要参与续流，其负担增加。此时两个晶闸管阴极电位不同，VT1 和 VT2 触发电路要隔离。当此电路中接大电感负载时，流过晶闸管原件的平均电流与原件的导通角成正比。当导通角为 120时流过续流二极管和晶闸管的平
17、均电流相等，当小于 120时，流过续流二极管的平均电流比流过晶闸管的电流大，导通角越小，前者大得越多。因此续流二极管的容量必须考虑在续流二极管中实际流过的电流的大小，有时可以与晶闸管的额定电流相同，有时应该选得比晶闸管额定电流大一倍的元件。报告总结1、实验前应充分预习实验内容，理解实验目的，才能保证实验的有序进行；2、组内的同学应分工明确、紧密配合、高效利用时间，并将实验中遇到的问题一一如实记录，以便分析；3、做实验时线路接好之后要请老师检查电路是否有错才能开始实验，各参数一旦确定，在实验过程中便不能更改，以免造成误差；实验中得到的数据和波形图，有时会和理论值有较大的差别，应实事求是予以记录，并寻求造成差距大的原因，或者及时咨询实验指导老师。本实验采用的方案应该是比较经典的，从理论值和实际值的比较曲线可以看出，结果的可信度总体比较好，但是有几组数据的误差比较大，可能是设备的工艺水平所致。对于此实验的方案改进由于水平有限暂时无创新能力。另外这个实验室大学以来我们花的时间最多的一次，虽然仍有能力限制，至少态度比较端正，明白了一种叫做精益求精，踏踏实实的精神，和专业的角度看问题等一系列的指导思想。- 18 -
