整流电路MATLAB仿真实验.docx

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整流电路MATLAB仿真实验

整流电路仿真实验

实验一：

单相桥式全控整流电路的MATLAB仿真

一、实验内容

掌握单相桥式全控整流电路的工作原理；熟悉仿真电路的接线、器件及其参数设置；明确对触发脉冲的要求；观察在电阻负载、阻感负载和反电动势阻感负载情况下，控制角取不同值时电路的输出电压和电流的波形。

二、实验原理

1.电阻性负载工作原理

在单相桥式全控整流电路中，闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。

在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，id=0，ud=0，VT1、VT4串联承受电压u2。

在触发角处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。

当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。

在u2负半周，仍在触发角处触发VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。

到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。

整流电路图如图1-1所示。

图1-1单相桥式全控整流电路带电阻负载时的电路

2.阻感性负载工作原理

电路如图1-2所示，在u2正半周期触发角处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。

负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线。

u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。

t=+时刻，触发VT2和VT3导通，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。

图1-2单相桥式全控整流电路带阻感负载时的电路

3.反电动势阻感负载工作原理

当负载为蓄电池、直流电动机的电枢等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。

|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。

晶闸管导通之后，ud=u2，id=（ud-E）/R，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E。

与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。

当<时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。

整流电路图如图1-3所示。

图1-3单相桥式全控整流电路带反电动势阻感负载时的电路

三、实验步骤

4.搭建实验电路图

根据实验原理图，在MATLAB/SIMULINK软件中，电力电子模块库建立相应的仿真模型，如图1-4、图1-5、图1-6所示。

1）电阻性负载电路

图1-4单相桥式全控整流电路带电阻负载时的仿真模型

2）阻感性负载电路

图1-5单相桥式全控整流电路带阻感负载时的仿真模型

3）反电动势阻感负载电路

图1-6单相桥式全控整流电路带反电动势阻感负载时的仿真模型

5.参数设置

交流电源U2：

峰值（peakamplitude,V）=100V

频率（Frequency,Hz）＝50

脉冲发生器1（ug1）：

振幅（Amplitude）=1.1

周期（period,s）＝0.02

脉冲宽度（pulsewidth,%ofperiod）＝0.001

滞后相位（phasedelay,s）=0.003333

滞后相位=α/360×0.02（α为触发角，单位为角度）

脉冲发生器2（ug2）：

振幅（Amplitude）=1.1

周期（period,s）＝0.02

脉冲宽度（pulsewidth,%ofperiod）＝0.001

滞后相位（phasedelay,s）=0.013333（α=60˚）

滞后相位=0.01+α/360×0.02（α为触发角，单位为角度）

晶闸管VT1、VT2、VT3和VT4：

内部电阻（ResistanceRon，Ohms）=0.001

电感经度（InductanceLon，H）=0

正向电压（ForwardvoltageVf，V）=0.8

阻尼器电阻（SnubberresistanceRs，Ohms）=100

吸收电容（SnubbercapacitanceCs，F）=4.7e-6

负载中的RLC串连之路R：

电阻值（resistance,ohms）=2

L：

电感量（inductance,H）=10e-3

C：

电容量（capacitance,F）=inf

负载中的反电势E：

幅值（amplitude,V）=50

6.波形调试

在α=0˚、30˚、60˚、90˚、120˚时记录示波器给出的波形，将不同控制角时得到的Ud、Id、UVT1、IVT1、UVT3、IVT3与理论波形相比较，进行分析。

四、仿真结果

7.电阻性负载电路仿真结果

4）

α=30°时仿真波形

图1-7单相桥式全控整流电路电阻负载时α=30°的波形

5）α=60°时仿真波形

图1-8单相桥式全控整流电路电阻负载时α=60°的波形

6）α=90°时仿真波形

图1-9单相桥式全控整流电路电阻负载时α=90°的波形

7）

α=120°时仿真波形

图1-10单相桥式全控整流电路电阻负载时α=120°的波形

8.阻感性负载电路仿真结果

8）

α=30°时仿真波形

图1-11单相桥式全控整流电路阻感负载时α=30°的波形

9）

α=60°时仿真波形

图1-12单相桥式全控整流电路阻感负载时α=60°的波形

10）

α=90°时仿真波形

图1-13单相桥式全控整流电路阻感负载时α=90°的波形

9.反电动势阻感负载电路仿真结果

11）

α=0°时仿真波形

图1-14单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=0°的波形

12）

α=60°时仿真波形

图1-15单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=60°的波形

13）

α=90°时仿真波形

图1-16单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=90°的波形

14）

α=120°时仿真波形

图1-17单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=120°的波形

实验二：

三相半波可控整流电路的MATLAB仿真

五、实验内容

掌握三相半波可控整流电路的工作原理；熟悉仿真电路的接线、器件及其参数设置；明确对触发脉冲的要求；观察在电阻负载和阻感负载情况下，控制角取不同值时电路的输出电压、电流以及晶闸管的电流电压波形。

六、实验原理

10.电阻性负载工作原理

三相半波可控整流电路如图2-1所示。

为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。

三个晶闸管按共阴极接法连接,这种接法触发电路有公共端，连线方便。

图2-1三相半波可控整流电路电阻负载时的电路

假设将晶闸管换作二极管，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。

在一个周期中，器件工作情况如下：

在t1~t2期间，a相电压最高，VD1导通，ud=ua；在t2~t3期间，b相电压最高，VD2导通，ud=ub；

在t3~t4期间，c相电压最高，VD3导通，ud=uc。

此后，在下一周期相当于t1的位置即t4时刻，VD1又导通，重复前一周期的工作情况。

一周期中VD1、VD2、VD3轮流导通，每管各导通120°，ud波形为三个相电压在正半周期的包络线。

11.阻感性负载工作原理

若负载为阻感负载，且L值很大，电路如图2-2所示。

整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。

≤30时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。

>30时，当u2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。

若增大,ud波形中负的部分将增多,至=90时,ud波形中正负面积相等,ud的平均值为零。

图2-2三相半波可控整流电路阻感负载时的电路

七、实验步骤

12.搭建实验电路图

根据实验原理图，在MATLAB/SIMULINK软件中，电力电子模块库建立相应的仿真模型如图2-3、图2-4所示。

15）电阻性负载电路图

图2-3三相半波可控整流电路带电阻负载时的仿真模型

16）阻感性负载电路图

图2-4三相半波可控整流电路带阻感负载时的仿真模型

13.参数设置

交流电源U2：

峰值（peakamplitude,V）=100

频率（Frequency,Hz）＝50

A（Phase,deg）=0

B（Phase,deg）=-120

C（Phase,deg）=120

脉冲发生器：

振幅（Amplitude）=1.1

周期（period,s）＝0.02

脉冲宽度（pulsewidth,%ofperiod）＝5

1（ug1）：

滞后相位（phasedelay,s）=（α+30）/360×0.02

2（ug2）：

滞后相位（phasedelay,s）=（α+150）/360×0.02

3（ug3）：

滞后相位（phasedelay,s）=（α+270）/360×0.02

晶闸管VT1、VT2、VT3：

内部电阻（ResistanceRon，Ohms）=0.001

电感经度（InductanceLon，H）=0

正向电压（ForwardvoltageVf，V）=0.8

阻尼器电阻（SnubberresistanceRs，Ohms）=500

吸收电容（SnubbercapacitanceCs，F）=250e-9

负载中的RLC串连之路R：

电阻值（resistance,ohms）=10

L：

电感量（inductance,H）=10e-3

14.波形调试

在α=0˚、30˚、60˚、90˚时记录示波器给出的波形，将不同控制角时得到的U2、Ud、Id、UVT1、IVT1与理论波形相比较，进行分析。

八、仿真结果

15.电阻性负载

17）

α=0°时仿真波形

图2-5三相半波可控整流电路电阻负载时α=0°的波形

18）

α=60°时仿真波形

图2-6三相半波可控整流电路电阻负载时α=60°的波形

19）

α=90°时仿真波形

图2-7三相半波可控整流电路电阻负载时α=90°的波形

当控制角α为零时输出电压最大，随着控制角增大，整流输出电压减小，到α=150°时，输出电压为零。

所以此电路的移相范围是0°～150°。

当α≤30°时，电压电流波形连续，各相晶闸管导通角均为120°；当α>30°时电压电流波形间断，各相晶闸管导通角为150°-α。

16.阻感性负载

20）

α=30°时仿真波形

图2-8三相半波可控整流电路阻感负载时α=30°的波形

21）

α=60°时仿真波形

图2-9三相半波可控整流电路阻感负载时α=60°的波形

22）

α=90°时仿真波形

图2-10三相半波可控整流电路阻感负载时α=90°的波形