multisim仿真教程单相半波可控整流电路

1、第11章电源电路内容提要电源电路是各种电子设备必不可少的组成 部分。本章介绍了单相半波可控整流电路，单 相半控桥整流电路，三相桥式整流电路，直流 降压斩波变换电路，直流升压斩波变换电路， 直流降压一升压斩波变换电路，DCAC全桥逆 变电路，正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作 原理、电路结构与计算机仿真设计方法。本章的重点是掌握电源电路的仿真设计与分 析方法。整流电路、直流降压/升压斩波变换电 路、逆变电路是常用的电源电路。注意整流电路 中二极管与晶闸管的不同，晶闸管的控制方法。 注意直流降压/升压斩波变换电路的拓扑结构， 注意电感L、电容C、续流二极管D和开关S位置的 变化带来的电路功能变化

2、。注意逆变电路的控制 信号的产生与相互之间的关系。11.1单相半波可控整流电路11.1.1单相半波可控整流电路工作原理单相半波可控整流电路如图11.1.1所示，电路中的相控开关器件为晶闸管（SCR）,负载为电阻 负载。在电源正半周（0TT ）,晶闸管承受正向 电压（晶闸管的阳极电位高于阴极），处于正向阻 断状态。若假定在3 t= a时刻才发出触发脉冲，则在（0a ）期间晶闸管不导通，电源电压全部 加在晶闸管上，负载上的电压为零，流过负载的电 流也为零。-在a时刻触发晶闸管并使其导通，晶闸管从正向 阻断状态进入通态，于是在C（TT期间，电源电 压全部加在负载上，有负载电流丄。流过，其值为q, 口

3、人.sinK(11.1.1)由于交流电源的特点，在正半周快结束时, 电路中的电流自然地下降到SCR的维持电流以 下，晶闸管就自动地从通态转入阻断状态，负 载电流变为零。紧接着电源负半周开始，在电 源负半周（TT2TT ）期间，晶闸管转入反向 阻断状态，电源电压又反向全部加在晶闸管上, 负载上的电压为零。至此，电路完成了一个工作周期，尔后电路始终周期地重复上述过程，其波形示于图11.1.1 (b) o+ WV(b)整流电路输入/输出波形ffill.l. 1单相半波可控整流电路综上分析可知，图11.1.1所示电路在电源 一周工作期间，负载上得到的只是脉动的直流 电压脉动频率与电源频率一样。一般定义

4、：从晶闸管开始承受正向电压算起， 到被触发导通为止，这段时间的角度称为控制角 或触发角，用字母a表示。改变施加触发脉冲的 时间相位，即改变控制角a的大小，称为移相， 故a又称移相角。改变a,也就改变了输出电压“0 波形的形状，而电源电压“S的波形并未改变，仍 然是正弦交流。根据图11.1.1 (b)所示波形，针对某一触 发角Q,可求出整流输岀电压平均值£7msin(wfd( a>£)(1 + cosa ) 式（11丄2）表明，。a关系是非线性的， 如图11.1.2所示。触发角a从0变到了口时，输岀 电压平均值从最大值（如/口）变到零。这意 味着，只要改变触发角，就能改

5、变整流输出电 压的平均值，达到可控整流的目的，这就是相 控整流的基本原理。整流的结果是将正弦交 流电压变换为脉动直流 电压，功率由交流侧流 向直流侧，完成了AC向 DC的转换。图92 整流输出电压平均值与控制角的关系从上面分析看岀，要使整流电路稳定地输 出某数值的电压0,就必须使整流输出电压 每周期的波形相同。这就要求每个周期内的触 发时间相位相同，即a角相同。所以，触发信 号和电源电压在频率和相位上均须适当配合。 为了调节馆勺大小，还要求二者的相位差是可 调的。这种相互配合关系称为同步。保证电源电压 与触发角的同步运行是相控整流与相控逆变 电路的基本条件。11.1.2单相半波可控整流电路一个

6、单相半波可控整流电路如图11. 1. 3所示。图中，VI为220V交流电源。电压控制电压 源V2和脉冲电压源V3组成可控硅驱动电路。VD1 (2N3898)为可控硅，栅极受电压控制电 压源V2控制，电压控制电压源V2受脉冲电压源V3控制。用鼠标双击V3,可以打开V3的对话框，如 图11. 1.4所示，在对话框中可以修改脉冲宽度、 上升时间、下降时间和脉冲电压等参数。应注 意的是，触发脉冲周期是20ms （对应是360度， 即2“ ）,控制角或触发角Q是与Delay Time 参数相对应，修改Delay Time参数即可修改触 发角O O当设置Delay Time参数（即触发角Q ）为 2ms时，启动仿真，点击示波器，可以看见单 相半波可控整流电路的输出电压变化曲线如图 11. 1.5所示。在图11. 1.3电路中增加一个滤波 电容C1,可以看见单相半波可控整流电路的输 出电压变化曲线如图11.1.7所示，输出电压脉 动变化被减小。KSCdKSCd1%图11. 1.3单相半波可控整流电路图111.4脉冲电压源对话框XSC1图11. 1.5单相半波可控整流电路