1、I电力电子技术实验报告实验名称： 单相桥式全控整流电路的仿真与分析 班 级： 自动化 091 组 别： 08 成 员： 金华职业技术学院信息工程学院年 月 日I目录一. 单相桥式全控整流电路(电阻性负载) - 1 -1. 电路的结构与工作原理 .- 1 -2. 单相桥式全波整流电路建模 .- 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) .- 6 -1. 电路的结构与工作原理 .- 6 -2. 建模 .- 8 -3. 仿真结果与分析 .-10-4. 小结 .- 12 -三. 单相桥式全控整流电路（反电势负载） .- 12 -1.
2、电路的结构与工作原理 .- 12 -2. 建模 .- 13 -3. 仿真结果与分析 - 15-4. 小结： .- 18 -四 单向桥式全控整流电路(阻- 感性负载加续流二极管 ) - 18 -1. 电路的结构与工作原理 .- 18 -2. 建模 .- 18 -3. 仿真结果与分析 .-21-4. 小结.- 23 -五. 总结： .- 23 -II图索引图 1 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的电路原理图 - 1 -图 2 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的 MATLAB 仿真模型 - 2-图 3 =20单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载) -4 -图 4 =60单相桥式全控整流电路仿
3、真结果(电阻性负载) .- 5 -图 5 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载) .- 5 -图 6 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载) - 6 -图 7 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图 - 7 -图 8 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的 MATLAB 仿真模型 .- 8 -图 9 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载) .- 10 -图 10 =50单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载) .- 11 -图 11 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载) - 11 -图 12 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻
4、-感性负载). . . . . . . . . . . . . . . - 12 -图 13 单相桥式全控整流电路反电势负载)的电路原理图 - 13 -图 14 单相桥式全控整流电路(反电势负载)的 MATLAB 仿真模型 - 14 -图 15 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载) .- 16-图 16 =50单相桥式全控整流电路仿真结果反电势负载) .- 16 -图 17 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载) - 17 -图 18 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载). . . . . . . . . . . . . . . - 17 -图 19 单相桥
5、式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的电路原理图 - 18-图 20 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的 MATLAB 仿真模型 - 19 -图 21 =30单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管) .- 21 -图 22 =50单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管) .- 22 -图 23 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管) - 22 -图 24 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管) - 23-1单相桥式全控整流电路仿真建模分析一、单相桥式全控整流电路(电阻性负载)1.电路的结构与
6、工作原理1.1 电路结构U 1U 2U dI d+-TV T 3V T 1V T 2V T 4abR图 1 单相桥式全控整流电路( 纯电阻负载) 的电路原理图1.2 工作原理在电源电压正半波，在 wt 时，晶闸管 VT1，VT4 承受正向电压，晶闸管VT2，VT3 承受反向电压，此时 4 个晶闸管都不导通，且假设 4 个晶闸管的漏电阻相等，则 ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在 wt= 时，晶闸管 VT1，VT4 满足晶闸管导通的两条件，晶闸管 VT1，VT4 导通，负载上的电压等于变压器两端的电压 U2；在 wt= 时，因电源电压过零，通过晶闸管 VT1，VT4 的阳极电流小于维持晶
7、闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断；在电源负半波，在 wt+ 时，触发晶闸管 VT2， VT3 使其元件导通，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。此时电源电压反向施加到晶闸管 VT1，VT4 ，使其承受反向电压而处于关断状态；在wt=2 时，因电源电压过零，通过晶闸管 VT2，VT3 的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断。 1.3 基本数量关系a.直流输出电压平均值 2cos19.0 2cos1)(in2 UUtddb.输出电流平均值 2cos1.90aRId2c.负载电压有效值 aU2sin.d.负载电流有效值
8、aRI2sin2. 单相桥式全控整流电路建模在 MATLAB 新建一个 Model，命名为 quankong1，同时模型建立如下图所示：图 2 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的 MATLAB 仿真模型2.1 模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为 220V，频率设置为 50Hz，电阻阻值设置为 1 欧姆，电感设置为 1e-3H，脉冲输入的电压设置为 3V，周期设置为 0.02（与输入电压一致周期） ，占空比设置为 10%，触发角分别设置为 20，60 ，90，150因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差 180。a.交流电源参数 3b.同步脉冲信号
9、发生器参数 c.负载上的参数设置4d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流4.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 =20，MATLAB 仿真波形如下图 3 =20单相桥式全控整流电路仿真结果( 电阻性负载)5b. 触发角 =60，MATLAB 仿真波形如下图 4 =60单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)c. 触发角 =90，MATLAB 仿真波形如下图 5 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)6d. 触发角 =150，MATLAB 仿真波形如下图 6 =150单相桥式全控整流
10、电路仿真结果(电阻性负载)在电源电压正半波(0 )区间，晶闸管承受正向电压，脉冲 UG 在 t= 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。在 t= 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(2 )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，晶闸管上电压波形与电源电压波形相同。情况一直持续到电源的下个周期的正半波，脉冲信号的来临。4 小结在此电路中尽管电路的输入电压 U2 是交变的，但负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，输出电压一个周期内脉动两次，由于桥式整流电路在正负半
11、周期均能工作，变压器二次绕组在正负班子均有大小相等，方向相反的电流流过，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的有效利用率。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7U 1U 2U dI d+-TV T 3V T 1V T 2V T 4abR图 7 单相桥式全控整流电路(阻- 感性负载)的电路原理图1.2 工作原理（1）在 u2 正半波的（0 ）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 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 t = 时刻及以后：在 t =
12、 处触发晶闸管 VT1、VT4 使其导通，电流沿 aVT1LRVT4bTr 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（ + ）区间：当 t = 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 t = + 时刻及以后：在 t =+ 处触发晶闸管 VT2、VT3 使其导8通，电流沿 bVT3LRVT2aTr 的二次绕组b 流通，电源电压沿正半周期
13、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 t =2+处再次触发晶闸管 VT1、VT4 为止。从波形可以看出 90 输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是090。控制角 在 090 之间变化时，晶闸管导通角 ，导通角 与控制角 无关。晶闸管承受的最大正、反向电压1.3 基本数量关系a.直流输出电压平均值 cos9.02Udb.输出电流平均值 RId2.建模在 MATLAB 新建一个 Model，命名为，同时模 quankong2, 同时模型建立如下
14、图所示：图 8 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的 MATLAB 仿真模型2.1 模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为 220V，频率设置为 50Hz，电阻阻值设置为 1 欧9姆，电感设置为 1e-3H，脉冲输入的电压设置为 3V，周期设置为 0.02（与输入电压一致周期） ，占空比设置为 10%，触发角分别设置为 30，50，90，150，因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差 180a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.负载上的参数设置10d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流
15、.； 4.通过负载电流 Id； 6.负载两端的电压 Ud。3 仿真结果与分析a. 触发角 =30，MATLAB 仿真波形如下：图 9 =30 单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)b. 触发角 =50，MATLAB 仿真波形如下11图 10 =50单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)c. 触发角 =90，MATLAB 仿真波形如下图 11 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载)d. 触发角 =150，MATLAB 仿真波形如下12图 12 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载)4 小结通过仿真可知，由于电感的作用，输出电压出现负波形，当电感无限增大时，控制
16、角a 在 090之间变化时，晶闸管导通角 =180，导通角 与控制角 a 无关。经过自己仿真，在设置脉冲时，不同信号对的晶闸管要给予的脉冲相差 180，无论控制角 多大，输出电流波形因电感很大而呈一水平线，在电源输出反向电压时，晶闸管组还没有脉冲，由于有电感的存在，电感性负载仍有电流通过，所以通过电阻的电流不变。三、单相桥式全控整流电路(反电势负载)1.电路的结构与工作原理1.1 电路结构13U 1U 2U dI d+-TV T 3V T 1V T 2V T 4abRE图 13 单相桥式全控整流电路(反电势负载)的电路原理图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
17、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 停止导电， 称作停止导电角。若 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 =。2.建模在 MATLAB 新建一个 Model，命名为 quankong3，同时模型建立如下图所示：14图 14 单相桥式全控整流电路(反电势负载)的 MATLAB 仿真模型2.1 模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为 220V，频率设置为 50Hz，电
18、阻阻值设置为 1 欧姆，电感设置为 1e-3H，脉冲输入的电压设置为 3V，周期设置为 0.02（与输入电压一致周期） ，占空比设置为 10%，触发角分别设置为 30，50 ，90，150因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差 180。a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数15c.负载上的参数设置d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流.； 4.通过负载电流 Id； 6.负载两端的电压 Ud。3 仿真结果与分析a. 触发角 =30，MATLAB 仿真波形如下：16图 15 =30 单相桥式全控整流电
19、路仿真结果(反电势负载)b. 触发角 =50，MATLAB 仿真波形如下图 16 =50单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)c. 触发角 =90，MATLAB 仿真波形如下17图 17 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)d. 触发角 =150，MATLAB 仿真波形如下图 18 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(反电势负载)184 小结此电路中当电枢电感不足够大时，输出电流波形断续，使晶闸管-电动势系统的机械性变软，为此通常在负载回路串接平波电抗器以减小电流脉动，延长晶闸管导通时间，如果电感足够大，电流就能连续。单相全控桥式整流电路主要适用于 4KW 左右的整流电路，与
20、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。四、单相桥式全控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）1.电路的结构与工作原理1.1 电路结构U 2V T 4V T 2V T 3I 2V T 1U dR图 19 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的电路原理图1.2 工作原理（1）在 u2 正半波的（0 ）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 区间由于电感释放能量， 电流流经续流二极管续流。（2）在 u2 正半波的 t = 时刻及以后：在 t
21、= 处触发晶闸管 VT1、VT4 使其导通，电流沿 aVT1LRVT4bTr 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。同时二极管也受反向电压而处于关断状态。（3）在 u2 负半波的（ + ）区间：当 t = 时，电源电压自然过零，电感释放能量， 电流流经续流二极管续流。 过零变负时，负载电流经续流二极管，使桥路直流输2U出只有 1V 左右的压降，迫使晶闸管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断。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
22、）在 u2 负半波的 t = + 时刻及以后：在 t =+ 处触发晶闸管 VT2、VT3 使其导19通，电流沿 bVT3LRVT2aTr 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。此后重复此过程。2.建模在 MATLAB 新建一个 Model，命名为，同时模 quankong3, 同时模型建立如下图所示：图 20 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的 MATLAB 仿真模型2.1 模型参数设置在此电路中，输入电压的电压设置为 220V，频率设置为 50H
23、z，电阻阻值设置为 1 欧姆，电感设置为 1e-3H，脉冲输入的电压设置为 3V，周期设置为 0.02（与输入电压一致周期） ，占空比设置为 10%，触发角分别设置为 30，50，90，150因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差 180。a.交流电源参数20b.同步脉冲信号发生器参数c.负载上的参数设置21d.示波器参数示波器五个通道信号从上到下依次是：1.通过晶闸管电流；2.晶闸管电压；3.输入电流.； 4.通过负载电流 Id； 6.负载两端的电压 Ud。3 仿真结果与分析a. 触发角 =30，MATLAB 仿真波形如下：图 21 =30 单相桥式全控整
24、流电路仿真结果 (阻-感性负载加续流二极管)22b. 触发角 =50，MATLAB 仿真波形如下图 22 =50单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管)c. 触发角 =90，MATLAB 仿真波形如下图 23 =90单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)d. 触发角 =150，MATLAB 仿真波形如下23图 24 =150单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)4 小结通过仿真单向桥式全控整流电路（阻感性负载）可知，由于电感的作用，输出电压出现负波形，而我们为了出去负载上面的负电压就加上续流二极管就行续流。续流二极管在这里的作用是当输入电流减
25、小到一定程度时，因为电感的作用会继续产生一个回路电流，这个回路是从电感电阻续流二极管电感。这样就使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流一下，使晶闸管关断，这样就不会出现负向的电压了。五、总结整个单向桥式全控整流电路仿真做下来我们知道当其带电阻性负载时电路中尽管电路的输入电压 U2 是交变的，但负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，输出电压一个周期内脉动两次，由于桥式整流电路在正负半周期均能工作，变压器二次绕组在正负班子均有大小相等，方向相反的电流流过，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的有效利用率。而当我们再加上电感时通过仿真可知，由于电感的作用，输出电压出现负波形，在电源输出
26、反向电压时，晶闸管组还没有脉冲，由于有电感的存在，电感性负载仍有电流通过，通过电阻的电流不变。而我们为了出去负载上面的负电压就加上续流二极管就行续流。续流二极管在这里的作用是当输入电流减小到一定程度时，因为电感的作用会继续产生一个回路电流，这个回路是从电感电阻续流二极管电感。这样就使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流一下，使晶闸管关断，这样就不会出现负向的电压了 而当我们在电阻性负载上面再加一个反电势时，电路中当电枢电感不足够大时，输出电流波形断续，使晶闸管-电动势系统的机械性变软，为此通常在负载回路串接平波电抗器以减小电流脉动，延长晶闸管导通时间，如果电感足够大，电流就能连续。单相全控桥式整流24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。
