单相半波整流可控电路

1、电力电子技术实验报告实验名称：单相半波可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 日目录 单相半波可控整流电路（电阻性负载）错误!未定义书签。电路的结构与工作原理错误!未定义书签。单相半波整流电路建模错误!未定义书签。仿真结果与分析错误!未定义书签。小结错误!未定义书签。单相半波可控整流电路（阻-感性负载）错误!未定义书签。电路的结构与工作原理错误!未定义书签。单相半波整流电路建模错误!未定义书签。仿真结果与分析错误!未定义书签。小结错误!未定义书签。单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）错误!未定义书签。电路的结构与工作原理错

2、误!未定义书签。单相半波整流电路建模错误!未定义书签。仿真结果与分析错误!未定义书签。小结：错误!未定义书签。总结： 错误!未定义书签。图索引图1单相半波可控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图错误!未定义书签。图2单相半波可控整流电路（纯电阻负载）的MATLAB仿真模型.错误!未定义书签。图3 a=30单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）错误!未定义书签。图4 a=45单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）错误!未定义书签。图5 a=90单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）错误!未定义书签。图6 a=120。单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）错误!未定义书签。图7 a=

3、180单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）错误!未定义书签。图8单相半波可控整流电路（阻-感性负载）的电路原理图错误!未定义书签。图9单相半波可控整流电路（阻-感性负载）的MATLAB仿真模型.错误!未定义书签。图10 a=30单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）错误!未定义书签。图11 a=60单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）.错误!未定义书签。图12 a=90单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）.错误!未定义书签。图13 a=120单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）错误!未定义书签。图14单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）的电路原理

4、图错误！未定义 书签。图15单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）的MATLAB仿真模型错误！ 未定义书签。图16 a=30单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）错误！未定 义书签。图17 a=60。单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）错误！未定义 书签。图18 a=90单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）错误！未定 义书签。图19 a=120单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载加续流二极管）错误!未定义书签。单相半波可控整流电路仿真建模分析一、 单相半波可控整流电路（电阻性负载）电路的结构与工作原理电路结构若用晶闸管T

5、替代单相半波整流电路中的二极管D，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路，如图1-1电路图所示。设图中变压器副边电压U2为50HZ正弦波，负载RL为电阻性负载。Ud图1单相半波可控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图工作原理:（1）在电源电压正半波（0n区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在3t=a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3t=n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（丸2丸区间），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

6、下一周期的正半波，脉冲uG在3t=2n + a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。基本数量关系直流输出电压平均值U = j 兀顼 2U sin td (t) = 2劣d2兀a 2兀 2=0.45U1 + cos a2输出电流平均值I = 土 = 0.45 U .上竺箜 d RR 2负载电压有效值sin 2 a兀一 aU = U2.卞、负载电流有效值T U sin 2 a兀一 aI = 、+R4兀2兀晶闸管电流平均值I = % = 0.45 UdT RR1 + cos a2单相半波可控整流电路建模 模型参数设置晶闸管模型参数设置建立一个新的模型窗口，

7、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=Q, Lon=0H, Uf=； Ic=0A, Rs=10Q, Cs=-6F。如图所示。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5V，初相位0，频率是50HZ的正弦交流电。如 图所示。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，把RLC里的电感设置为0，电容设置为inf，电阻设置为Q。 如图所示。打开测量模块组，复制一个电压测量装置以测量负载电压Ud波形。打开测量模块组，复制一个电流测量装置以测量负载电流Id波形。打开测量模块组，复制

8、一个电压测量装置以测量变压器副边电压U2波形打开测量模块组，复制一个电压测量装置以测量晶闸管两端电压Ut波形。把脉冲发生器的输出口接到示波器上以测量脉冲波形。i.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。如图所示。11S可Tip; try riglit clicking an axesGeneral Data historyAxes示波器参数设置5个输入端Number of axes: 5flosrting scopeTime range: 0.20KCancelHelpApplyj.建立给晶闸管提供触发信号的同步脉冲发生器（Pulse

9、Generater）模型。参数设置为：脉冲幅值为4V，周期为，脉宽占整个周期的 10%，相位延迟（1/50） * （30/360） s=1/600s （即 a=30）或者（1/50）*（45/360）s=1/400s （即 a=45）。或者（1/50） * （90/360） s=1/200s （即 a=90）。或者（1/50） * （120/360） s=2/300s （即 a=120）。如图所示。脉冲发生器参数设置全部模块完美连接后，可以得到仿真电路。如图所示。图2单相半波可控整流电路（纯电阻负载）的MATLAB仿真模型3仿真结果与分析下列所示波形图中，从上到下分别代表变压器副边U2上的电压

10、波形、脉冲的波形、电阻上的电压波形、电阻上的电流波形、晶闸管VT上的电压波形。下列波形分别是延迟角a为30、45、90、120 , 180时的波形变化。当延迟角a =30时，波形图如图所示：图3 a =30单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载） 当延迟角a =45。时，波形图如图所示：图5 a =90单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）当延迟角a =120时，波形图如图所示：图6 a =120。单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）当延迟角a =180。时，波形图如图所示：图7 a =180单相半波可控整流电路仿真结果（纯电阻负载）4小结在此试验中，我们可以看出通过改变触发角a的

11、大小，直流输出电压，负载上的输出电 压波形都发生变化，显然a =180。时，平均电压U =0由于晶闸管只在电源电压正半波（0 ）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，故称半波整流。单相半波可控整流电路中的输出电压与电流的波形相同，由于是电阻负载，电阻对电流没有 阻碍作用，没有续流的作用，不会产生反向电流，晶闸管的电压没有负值。电力电子变流技术的理论计算比较繁琐且很难得到准确的计算结果，从上述系统仿真结 果波形可以看出，利用仿真软件进行仿真，波形准确、直观，利用该方法还能对非常复杂的 电路、电力电子变流系统进行建模仿真。二、单相半波可控整流电路（阻一感性负载）1.电路的结构与

12、工作原理电路结构图8单相半波可控整流电路（阻一感性负载）电路原理图波形图工作原理在S=0a期间：晶闸管阳-阴极间的电压uAK大于零，此时没有触发信号，晶闸 管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。在3t=a时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压u2加到负载上，输 出电压ud= u2。由于电感的存在，负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。在3比3坦32期间：输出电流id从零增至最大值。在id的增长过程中，电感产 生的感应电势力图限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为 电感的储能。在3=3t23t3期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释 放能量，企

13、图维持电流不变。在3t=n时，交流电压u2过零，由于感应电压的存在，晶闸管阳极、阴极间的电 压uAK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，另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 压作用下而截止。直到下一个周期的正半周，即3t=2n + a时，晶闸管再次被触发 导通，如此循环不已。2、单相半波可控整流电路建模单相半波可控整流电路（阻一感性负载）仿真电路的建模大体和单相半波可控整流电路（电阻性负载）一样模型参数设置有部分参数做了调整（如下）：a.打开晶闸管参数设置对话框，设置Ron= Q，Lon=0H，Uf=，Ic=0A，Rs=20Q

14、，Cs=-6F。如图所示晶闸管的参数表找到RLC元件模块，打开参数设置对话框，把RLC里的电感设置为，电容设置我inf，电阻设置为Q。（以此可以得到阻一感性负载）如图所示。阻一感性负载参数图9单相半波可控整流电路（阻一感性负载）MATLAB仿真模型3仿真结果与分析下列所示波形图中，分别代表变压器副边U2上的电压波形、脉冲的波形、电阻上的电压波 形、电阻上的电流波形、晶闸管VT上的电压波形。下列波形分别是延迟角a为30、60、 90、120时的波形变化a.当延迟角a =30时，波形图如图所示:图10 a =30单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）b.当延迟角a =60时，波形图如图所示图

15、11 a =60单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）当延迟角a =90时，波形图如图所示图12 a =90单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载） d.当延迟角a =120时，波形图如图所示：图13 a =120。单相半波可控整流电路仿真结果（阻-感性负载）4.小结由于在实际生活中有很多负载是电感性负载，如直流电动机的绕组、电磁离 合器的线圈、电磁铁等，它们既含有电阻又含有电感，且电感量较大。由于电磁 感应作用，当通过电感元件L的电流发生变化时，在电感中产生阻碍电流变化 的感应电动势，将使电流的变化总是滞后于外加电压的变化。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，

16、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，输出电压和电流的平 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。三、单相半波可控整流电路（阻一感性负载激加续流二极管）1.电路结构与工作原理电路结构图14单相半波可控整流电路（阻一感性负载激加续流二极管）的电路原理图工作原理在电源电压正半波（0n），晶闸管受正向电压。在3比Q处触发晶闸管， 使其导通，形成负载电流/d,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

17、，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，输出电压波形与电阻性 负载波形相同，续流二极管可起到提高输出电压的作用。在大电感负载 时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续 流二极管的电流波形是矩形波。对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半 波可控整流器电阻性负载相同，为0180，且有a + 0 =1802o基本数量关系.2U 1 + cos兀a.直流输出电压平均值Ud = _L I2U2 sin wtd (t)=

18、0.45U 1 + C0S a22b.输出电流平均值U U 1 + cos a =0.45 t.R R 2b.晶闸管电流的平均值IdT兀-a i2兀dd.负载电流有效值I.Z it 2nd2.单相半波可控整流电路建模单相半波可控整流电路（阻一感性负载及加续流二极管）仿真电路图15单相半波可控整流电路（阻一感性负载激加续流二极管）的MATLAB仿真模 型模型参数设置有部分参数做了调整（如下）：a.打开晶闸管参数设置对话框，设置Ron= Q, Lon=0H, Uf=, Ic=0A, Rs=20Q, Cs=-6F。如图所示晶闸管的参数表b,找到RLC元件模块，打开参数设置对话框，把RLC里的电感设置

19、为，电容设置我inf,电阻设置为Q。（以此可以得到阻一感性负载）如图所示。阻一感性负载参数3仿真结果与分析下列所示波形图中，波形图分别代变压器副边电压U2波形、脉冲方波波形、 负载输出电压Ud波形、负载输出电流波形id、晶闸管电流波形iT、续流二极管 电流iD、晶闸管压降UT。下列波形分别是延迟角a为30、60、90、120 a.当延迟角a =30时，波形图如图所示：图16 a =30单相半波可控整流电路（阻一感性负载加续流二极管）图17 a =60单相半波可控整流电路（阻一感性负载加续流二极管）c.当延迟角a =90时，波形图如图所示:图18 a =90单相半波可控整流电路（阻一感性负载加续流二极管）波形图C.当延迟角a =120时，波形图如图所示:图19 a =120。单相半波可控整流电路（阻一感性负载加续流二极管）波形图4小结由以上分析可以看出，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，续流二极管起到了续流的作用。在电感无穷大时，负载电流为