单相桥式全控整流电路仿真建模分析.docx

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电路的结构与工作原理1.1电路结构图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wtVa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=a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=n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闸 管导通的条件下降为零，晶闸管关断；在电源负半波，在wtVa + n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=2n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。2单相桥式全控整流电路建模在 MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示：FlIh-3iiarBb«!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60°, 所以脉在此电路中，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°， 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， 冲出发周期应相差180°。晶闸管参数脉冲参数电源参数负载参数3仿真结果与分析a.触发角a=30°, MATLAB仿真波形如下图3 a=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载） 触发角a =60° , MATLAB仿真波形如下bc.图4 a=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）触发角a =90° , MATLAB仿真波形如下图5 a=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）4小结单相桥式全控整流电路（电阻性负载）一共采用了四个晶闸管，VT1,VT2 两只晶闸管接成共阳极，VT3,VT4两只晶闸管接成共阴极，当u2在（0a ）晶 闸管VT1和VT4承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管没有导通。在（a n）VT 1和VT4承受正向电压，有触发脉冲晶闸管VT1，VT4导通。当u2在（n n + a ）闸管VT2和VT3承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管没有导通。 在（n + a2n） VT2和VT3承受正向电压，有触发脉冲晶闸管VT2，VT3导 通。单相桥式全控整流电路（电阻性负载）是典型单相桥式全控整流电路，桥式 整流电路的工作方式特点是整流元件必须成对以构成回路，负载为电阻性。二、单相桥式全控整流电路（阻感性负载）1电路结构与工作原理1.1电路结构如图所示ud图6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（0a ）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0a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3t=a时刻及以后：在3t=a处触发晶闸管VT1、VT4 使其导通，电流沿a-VT1L-R-VT4b-Tr的二次绕组一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（nn + a ）区间：当«t=n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3t=n + a时刻及以后：在«t=n + a处触发晶闸管VT2、 VT3使其导通，电流沿b-VT3L-R-VT2a-Tr的二次绕组一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3t=2n + Q处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。从波形可以看出Q>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Q在090°之间变化时，晶闸管导通角0 = n，导通 角。与控制角Q无关。晶闸管承受的最大正、反向电压。2 MATLAB 建模在 MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示：U-Cumerii Mtasuremcnl_n1><¥IE宣 uiii bliiiJSurATianESaii a RLu Bronchi图7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 脉冲出发周期应相差180°。晶闸管参数脉冲参数电源参数3仿真结果与分析a. 触发角a=30°, MATLAB仿真波形如下图8 a=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）b. 触发角a=60°, MATLAB仿真波形如下图9 a=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）c. 触发角a=90°, MATLAB仿真波形如下图10 a=90。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a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（反电动势负载）1电路的结构与工作原理1.1电路结构整流电路（反电势负载）的电路原理图图11单相桥式全控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6停止导电，6称作停止导电角。若a <6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a=6。2 MATLAB 建模在MATLAB新建一个Model,同时模型建立如下图所示:Fu盘PJFJII4I RLE Bunoh<PC号#It pt 仲信图12单相桥式全控整流电路（反电动势负载）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 冲出发周期应相差180°。脉冲参数电源参数负载参数3仿真结果与分析a.触发角a=30°, MATLAB仿真波形如下:图13 a=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）图14 a=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）c.触发角a=90°，MATLAB仿真波形如下图15 a=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）4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，与单相半波可控整流电路相比，整流电压脉动减小， 每周期脉动两次。变压器二次侧流过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利 用率高。三相半波可控整流电路1电路的结构与工作原理1.1电路结构图16三相半波可控整流电路(电阻性负载)的电路原理图1.2实验原理三相半波可控整流电路纯电阻性负载，如图所示。图中T为整流变压器，为 了得到中性线，整流变压器的二次接成星形，一次绕组接成三角形，使三次谐波 都能够通过，减少了高次谐波对电网的影响。为了得到零线，整流变压器的二次 绕组必须接成星形，而一次绕组多接成三角形，使其3次谐波能够通过，减少高 次谐波的影响。三个晶闸管的阳极分别接入 v、w三相电源，它们的阴极连接 在一起，称共阴极接法，这对触发电路有公共线者连线较方便，用得较广。2实验步骤(1) 打开Matlab/Simulink环境，建立新的Simulink模型窗口，命名为 SXQQ；(2) 打开电源模块组，复制三个交流电压源模块Ua、Ub、Uc到SXQQ模型 窗口中，打开参数设置对话框，进行三相对称交流电压源参数设置：三相对称交 流电压源的幅值设为220V，频率为50Hz，相位分别为0°、240°、120°。(3) 三相桥式全控整流器的建模可直接调用通用变换器桥仿真模块。将其 复制到SXQQ模型窗口中，参数设置中，选择晶闸管器件。(4) 整流器的六脉冲触发器模块需要与三相线电压同步，因此建模时需要 3个电压检测模块和1个同步六脉冲触发器模块。将这些元件模块复制到SXQQ 模型窗口中，并进行如图所示的连接。同步六脉冲触发器设置：频率为50Hz， 脉冲宽度为1°，选择双脉冲触发方式。(5) 打开控制元件模型组，复制一个常数元件模块到SXQQ模型窗口中作为 同步六脉冲触发器的控制移相角。(6) 打开元件模块组，复制一个并联RLC元件模块到SXQQ模型窗口中作为 负载。(7) 打开测量模块组，添加一个电压测量装置以测量负载电压;(8) 通过适当连接，可以得到系统仿真电路3 MATLAB 建模在MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示:图17三相半波可控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型3.1参数设置如下 电源参数脉冲参数4仿真结果与分析a.触发角a=0°, MATLAB仿真波形如下:lire oTfsel: o图18 a=0。三相半波可控整流电路仿真结果（电阻性负载）b.触发角a=30°,MATLAB仿真波形如下:Trne oTfset 0图19 a=30。三相半波可控整流电路仿真结果（电阻性负载）c.触发角a =90° , MATLAB仿真波形如下：图20 a=90。三相半波可控整流电路仿真结果（电阻性负载）5小结a=0。时的工作原理分析：晶闸管的电压波形，由3段组成：第1段，VT导通期间，为一管压降，可近似为u=0第2段，在1VT关断后，VT导通期间，u=u-u=U1，为一段线电压。12T1 a b ab第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac，为另一段线电压。a = 30°时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电120。a > 30°的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于120。