基于某MATLAB单相半波整流电路仿真.docx

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基于某MATLAB单相半波整流电路仿真

建筑大学城建学院

课程设计报告

题目名称电力电子变流电路仿真设计

院（系）电气信息工程系

课程名称电力电子技术课程设计

班级

学号

学生

指导教师

起止日期2016.6.6-2016.6.17

成绩

摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ

ABSTRACT……………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论…………………………………………………………………………1

1.1设计目的……………………………………………………………………1

1.2设计的主要容……………………………………………………………1

1.3设计要求……………………………………………………………………1

第2章主电路图及单元电路………………………………………………………2

2．1单相半波可控整流电路……………………………………………………2

2．2单相全波可控整流电路……………………………………………………2

2．3三相桥式全控整流电路……………………………………………………3

第3章MATLAB仿真与参数设置……………………………………………………4

3.1单相半波可控整流电路参数设置…………………………………………6

3.2单相全波可控整流电路参数设置…………………………………………7

3.2三相桥式全控整流电路参数设置…………………………………………8

第4章仿真电路的输出波形………………………………………………………12

4.1设置仿真参数……………………………………………………………12

4.2单相半波可控整流电路输出波形………………………………………12

4.3单相半波可控整流电路输出波形………………………………………14

4.4单相半波可控整流电路输出波形………………………………………16

结论…………………………………………………………………………………20

致………………………………………………………………………………21

参考文献…………………………………………………………………………22

摘要

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

电力电子技术以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。

本次整流电路设计是基于MATLAB的系统仿真设计。

整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

本文是基于Matlab的三种整流电路的设计与仿真，通过对单相半波可控整流电路、单相全波可控整流电路和三相桥式可控整流电路这三种整流电路的设计和仿真，对仿真图形进行分析，了解这三种电路的工作原理和性能。

关键词：

MATLAB仿真；电力电子；整流

ABSTRACT

Powerelectronicstechnologyisanewtechnologywhichisappliedinthefieldofelectricpower,whichisthetechnologyofusingpowerelectronicdevicestotransformandcontrolpower.Powerelectronictechnologyinformationprocessingbasedontheinformationofdifferentpowerelectronicstechnologyismainlyusedforpowerconversion.ThisrectifiercircuitdesignisbasedontheMATLABsystemsimulationdesign.

Arectifiercircuitisacircuitthatconvertsalternatingcurrenttodirectcurrent.Mostoftherectifiercircuitiscomposedofthetransformer,therectifiermaincircuitandfilter.ItiswidelyusedinthefieldofDCmotorspeedregulation,generatorexcitationregulation,electrolysis,electroplatingandsoon.Rectifiercircuitisusuallycomposedofthemaincircuit,filterandtransformer.ThispaperisbasedonMATLABthreerectifiercircuitdesignandsimulationbydesignandSimulationofsinglephasehalfwavecontrolledrectifier,single-phasefullwavecontrolledrectifiercircuitandthree-phasebridgecontrolledrectifiercircuittherectifiercircuit,carriesontheanalysistothesimulationgraphics,understandtheprincipleandperformanceofthecircuit.

Keywords:

MATLABsimulation;powerelectronics;rectifier

第1章绪论

1.1设计目的

1.要求对供配电的基础知识有较全面和深刻的理解。

2.通过此次课程设计，使所学的供配电知识进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。

3.通过理论与实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力。

4.学会使用规、标准及有关设计资料。

5.初步掌握设计步骤和基本容，掌握编写设计说明书的基本方法。

6.在绘制施工图方面得到了初步锻炼。

1.2设计任务

1.运用所学容，针对如下电路，进行基于MATLAB的系统仿真设计：

（1）单相半波可控整流电路设计；

（2）单相全波可控整流电路设计；

（3）三相桥式全控整流电路。

2.熟悉matlab/simulink/powersystem中的仿真模块用法及功能；

3.根据设计电路搭建仿真模型；设置参数并进行仿真

1.3设计要求

1.能够按照要求独立完成课程设计部分；

2.学会查阅技术手册和文献资料；

3.熟悉基于MATLAB的仿真设计方法；

4.制定设计方案；绘制电路原理图及其说明；

5.撰写课程设计论文。

第2章主电路图及单元电路

2.1单相半波可控整流电路

1.电路结构

下图是单向半波可控整流电路原理图，晶闸管作为开关元件，变压器T起变换电压和隔离的作用。

图2-1带电阻性负载的单相半波可控整流电路

2.工作原理

（1） 在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α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ωt=π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（π~2π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的下一周期的正半波，脉冲uG在ωt=2π+α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。

2.2单相全波可控整流电路

1.电路结构

下图是单向全波可控整流电路原理图，两个晶闸管分别作为开关元件，变压器T起变换电压和隔离的作用。

图2-2带电阻性负载的单相全波可控整流电路

1.工作原理

在0～π间，U2上半部对VT1为正向电压，VT1导通，在电阻R上得到上正下负的电压；U2下半部对VT2为反向电压，D2不导通。

在π-2π时间，U2对VT2为正向电压，VT2导通，在电阻R上得到的仍然是上正下负的电压；U2下半部对VT1为反向电压，VT1不导通。

2.3三相桥式全控整流电路

1.电路结构

三相桥式全控整理电路原理图习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。

此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。

从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。

图2-3带电阻性负载的三相桥式全控整流电路

第三章MATLAB仿真与参数设置

3.1单相半波可控整流电路参数设置

1.单相半波可控整流电路可分为电阻性负载、阻感性负载两种。

图3-1带电阻性负载的单相半波可控整流电路

图3-2带阻感性负载的单相半波可控整流电路

2.单相半波可控整流电路仿真参数，本次仿真的时相延时角定为α=30°、60°、90°。

延时时间的计算方法是

T（Phasedelay项）分别为0.00167、0.0033、0.005

图3-4脉冲发生器设置

图3-5电源电压设置

图3-6晶闸管参数设置

负载参数当仿真电阻性负载时设定的三个值分别为1,0,inf当仿真阻感性负载是设定的三个值分别为1,0.025,inf

图3-7负载参数设置

3.2单相全波可控整流电路

1.单相全波可控整流电路可分为电阻性负载、阻感性负载、两种情况。

图3-8带电阻性负载的单相全波可控整流电路

图3-9带阻感性负载的单相全波可控整流电路

2.单相全波可控整流电路仿真参数，本次仿真的时相延时角定为α=30°、60°、90°。

延时时间的计算方法是

T（Phasedelay项）分别为0.00167、0.0033、0.005，两个脉冲发生器需要分开工作它们两个需要延时180°所以第二个脉冲发生器的T（Phasedelay项）分别为0.01167、0.0133、0.015。

图3-10脉冲发生器设置

图3-11电源参数设置

图3-12变压器参数设置

3.3三相桥式全控整流电路

1.三相桥式全控整流电路可分为电阻性负载、阻感性负载、两种情况。

图3-13带电阻性负载的三相桥式全控整流电路

图3-14带阻感性负载的三相桥式全控整流电路

2.三相桥式全控整流电路仿真参数设定,三个电源角度的设置分别为0°-120°-240°。

图3-15电源参数设置

图3-16桥臂参数设置

图3-17脉冲发生器参数设置

第4章仿真电路的输出波形

4.1设置仿真参数

打开仿真参数窗口，选择ode15s算法，将相对误差设置为1e-3，仿真开始时间设置为0，停止时间是0.6。

4.2单相半波可控整流电路输出波形

1.单相半波可控整流电路（电阻性负载）当α=30°、60°、90°时。

在下列仿真图中分别表示Id、Ud、U2。

图4-1α=30°时的输出波形

图4-2α=60°时的输出波形

图4-3α=90°时的输出波形

2.单相半波可控整流电路（阻感性负载）当α=30°、60°、90°时。

在下列仿真图中分别表示Ud、Id、脉冲信号。

图4-4α=30°时的输出波形

图4-5α=60°时的输出波形

图4-6α=90°时的输出波形

4.3单相全波可控整流电路输出波形

1.单相全波可控整流电路（电阻性负载）当α=30°、60°、90°时。

在下列仿真图中分别表示Ud、U2、Id。

图4-7α=30°时的输出波形

图4-8α=60°时的输出波形

图4-9α=90°时的输出波形

2.单相全波可控整流电路（阻感性负载）当α=30°、60°、90°时。

在下列仿真图中分别表示Ud、U2、Id。

图4-10α=30°时的输出波形

图4-11α=60°时的输出波形

图4-12α=90°时的输出波形

4.3三相桥式全控整流电路输出波形

1.三相桥式全控整流电路（电阻性负载）当α=30°、60°、90°时。

在波形图中第1行波为电源电压波形，第2行波为脉冲波形，第3行波为负载电压波形，第4行波为晶闸管电流波形。

图4-13α=30°时的输出波形

图4-14α=60°时的输出波形

图4-15α=90°时的输出波形

2.三相全控整流电路（阻感性负载）当α=30°、60°、90°时。

在波形图中第1行波为电源电压波形，第2行波为电源电流波形，第3行波为脉冲波形，第4行波为负载电压波形，第5行波为晶闸管电压波形。

图4-16α=30°时的输出波形

图4-17α=60°时的输出波形

图4-18α=90°时的输出波形

结论

电力电子技术是这学期我们新接触的一门课程，接触了很多事物。

这次设计的整流电路，其中又分电阻性负载，阻--感性负载，两种情况。

整流电路就是把交流电变为直流电的过程。

利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小改变的交流电变换为直流电。

整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。

经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。

习惯上称单向脉动性直流电压。

致

一周的设计接近尾声，本设计从开始到结束都是在老师的指导下完成的。

老师为我们详细的介绍这次课程设计的主要容，嘱咐我们设计中的哪些问题需要特别的注意。

老师仔细阅读我们的设计，一遍又一遍的修改我们的设计，让我们的设计更加的完善。

在这次设计中，我们让理论知识与实践相结合，提高我们的动手能力，巩固了以前所学的知识，也学习到了课本里没有的知识，这些都为以后的专业课及工作提供了宝贵的经验。

本次设计中，老师们不仅给我提出宝贵的意见，还帮助我对其加以修改和完善，因为两位老师的精心指导和帮助，问题迎刃而解，我才顺利的完成本次设计。

本次设计也倾注老师们的心血，在此对老师表示深深的意，感同学给予我帮助和支持。

再次感老师和同学们的帮助。

参考文献

[1]周渊深主编，电力电子技术与MATLAB仿真[M].：

中国电力，2007

[2]王兆安、进军主编，电力电子技术[M].：

机械工业，2009

[3]小虹主编，信号与系统[M].：

电子科技大学，2009

[4]希有主编，电路理论基础[M].：

高等教育，2006

[5]吴振扬主编，数字信号处理[M].：

东南大学，2007

[6]万荣主编，数字电路及系统设计[M].：

电子科技大学，2007

[7]湘高，基于MATLAB的电力电子电路建模仿真方法的研究[M].计算机仿真，第20卷第5期.

[8]车子萍，基于MATLAB的虚拟信号发生设备[M].电脑学习2010,2:

3-4

[9]叶青娣，基于Matlab7.0的三种仿真方法研究[M].计算机与现代化.2010,3:

65-69

[10]郭文彬、桑林编，通信原理—基于MATLAB的计算机仿真[M].邮电大学，2006

[11]昊，语音数字信号增强处理及其Matlab实现.通信技术[M].2009,1:

280-284

[12]黄永安、马路，慧敏编著.MATLAB7.0/simulink6.0建模仿真与高级工程应用[M].清华大学，2005

[13]周祥才、铮，基于MATLAB的信号采样与重构的实现[M].实验技术与管理.2007,2:

79-81

建筑大学城建学院

课程设计任务书

课程名称

指导教师

起止日期

*******课程设计任务书

专业：

**专业**级*班

时间：

教学周第*-*周

一、设计题目

*******设计

二、设计目的要求及容

（一）设计目的

（二）设计任务

（三）设计要求

1、

2、

3、

4、

三、进度计划

第一周周一至周三布置设计任务，根据设计要求查阅资料

第一周周四至周五设计电路并焊接电路

第二周周一至周三调试电路板与参数测试

第二周周四至周五撰写论文

四、参考文献

[1]继文.传感器与应用电路设计[M].：

科学，2002

[2]郁有文.传感器原理及工程应用[M].：

电子科技大学，2001

[3]周乐挺.传感器与检测技术[M].：

机械工业，2005

[4]晶彦.传感器与检测技术应用[M].:

机械工业，2005

五、成绩考核与评定

课程设计结束后，学生应提交教学大纲和设计任务书所规定完成的相关文件，由指导教师按大纲的要求批阅，并综合课程设计过程中学生各方面的表现，评定学生的成绩。

一般分为五等：

优秀、良好、中等、及格、不及格。