单相桥式全控整流电路仿真建模分析.docx

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单相桥式全控整流电路仿真建模分析

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wt＜α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=α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=π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wt＜α+π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=2π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：

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α=30°，MATLAB仿真波形如下

图3α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）

b．触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下

图4α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（电阻性负载）

c．触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下

图5α=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（0~α）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（α~π）VT1和VT4承受正向电压，有触发脉冲晶闸管VT1，VT4导通。

当u2在（π~π+α）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（π+α~2π）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

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（0~α）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～α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ωt=α时刻及以后：

在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr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（π~π+α）区间：

当ωt=π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ωt=π+α时刻及以后：

在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr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。

晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。

从波形可以看出α＞90º输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90º。

控制角α在0～90º之间变化时，晶闸管导通角θ=π，导通角θ与控制角α无关。

晶闸管承受的最大正、反向电压。

2MATLAB建模

在MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示：

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α=30°，MATLAB仿真波形如下

图8α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

b.触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下

图9α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻感性负载）

c.触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下

图10α=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0~90°之间变化时，晶闸管导通角θ=180°，导通角θ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α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

图11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δ停止导电，δ称作停止导电角。

若α<δ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α=δ。

2MATLAB建模

在MATLAB新建一个Model,同时模型建立如下图所示：

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α=30°，MATLAB仿真波形如下：

图13α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）

b.触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下

图14α=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α=90°，MATLAB仿真波形如下

图15α=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u、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0º、240º、120º。

（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1º，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

3MATLAB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α=0°，MATLAB仿真波形如下：

图18α=0°三相半波可控整流电路仿真结果（电阻性负载）

b.触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下：

图19α=30°三相半波可控整流电路仿真结果（电阻性负载）

c.触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下：

图20α=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，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0

第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。

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︒。