单相桥式全控整流电路(阻感性负载)
单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路一、原理图1.1为单相桥式全控整流带电阻电感性负载，图中DJK03是装置上的晶闸管触发装置。
假设电路已工作于稳态。
在u2正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。
负载中有电感存在时负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线，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。
至ωt=π+α时刻，给VT3和VT2加触发脉冲，因VT3和VT2本已承受正电压，故两管导通。
VT3和VT2导通后，u2通过VT3和VT2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VT3和VT2上，此过程成为换相，亦称换流。
至下一周期重复上述过程，如此循环下去，其平均值为Ud=0.9U2。
图1.2为单相桥式有源逆变电路实验原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。
图中的电阻Rp、电抗Ld和触发电路与单相桥式整流电路相同。
产生有源逆变的条件如下：（1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。
（2）要求晶闸管的控制角α>π/2.，使Ud为负值。
两者必须同时具备才能实现有源逆变。
二、实验内容（1）单相桥式全控整流电路带电阻性负载。
（2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载。
（3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。
（4）单相桥式整流、单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载时MATLAB的仿真。
三、实验仿真1.带电阻电感性负载的仿真启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图1.3所示。
双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
注意：触发脉冲“Pulse”和“Pulse2”的控制角设置必须相同，“Pulse1”和“Pulse3”的控制角设置必须相同，否则就会烧坏晶闸管。
2.1.4_单相桥式全控整流电路(电阻性负载)解析
4）输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2 输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为
U U2 I I2 R R
1 π sin 2 2π π
4.3.2单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）
1、电路结构
电感的感应电势使输出电压波形出现负波。输出电流是近似 平直的，晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。
ud Ud
0
t1
t 2
t
iT1,4
id
Tr
iT2,3
0
Id
t
Id
i2 u2
VT1 a
VT3
L
0 u T1
t
u1
ud
b
VT2 VT4
0
R
u 2 (i2 )
t
u2 i2
Id
(a)
0
t
图4-4
(b)
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，
3、波形
300
图4-2
600
900
1200
图4-3
1500
单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是 0～180º 。 α=0º 时，输出电压最高；α=180º 时，输出电压最小。
4. 基本数量关系 1）输出电压平均值Ud
1 Ud π
2U 2 sin tdt
4.3.1 单相桥式全控整流电路（电阻性负载）
1、电路结构 用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成 共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。
ud (id )
Ud
实验一-单相桥式全控整流电路
实验一-单相桥式全控整流电路实验一单相桥式全控整流电路姓名：王栋班级：15级自动化（2）班学号：1520301081一、实验目的1.加深理解单相桥式全控整流电路的工作原理2.研究单相桥式变流电路整流的全过程3.掌握单相桥式全控整流电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。
二、预习内容要点1. 单相桥式全控整流带电阻性负载的运行情况2. 单相桥式全控整流带阻感性负载的运行情况3. 单相桥式全控整流带具有反电动势负载的运行情况三、实验仿真模型图 1.1 单相桥式阻性负载整流电路四、实验内容及步骤1.对单相桥式全控整流带电阻性负载的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲延迟角时的波形（至少3组）。
以延迟角30°为例（1）器件的查找以下器件均是在MATLAB R2017b环境下查找的，其他版本类似。
有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks、Sources 中查找；其他一些器件可以搜索查找（2）连接说明有时查找出来的器件属性并不是我们想要的例如：变压器可以双击变压器进入属性后，取消three windings transformer就是单相变压器。
（3）参数设置1.双击交流电源把电压设置为311V，频率为50Hz；2.双击脉冲把周期设为0.02s，占空比设为10％，延迟角设为30度，由于属性里的单位为秒，故把其转换为秒即，30×0.02/360；3.双击负载把电阻设为1Ω；4.双击示波器把Number of axes设为7;5.在“Power Electronics”库中选择‘Universal Bridge’模块，选择桥臂数为2，器件为晶闸管，晶闸管参数保持默认即可（4）仿真波形及分析当α=30°时，当α=60°时，当α=90°时，2. 对单相桥式全控整流带阻感性负载的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲延迟角时的波形（至少3组）。
将阻性负载改为阻感负载，即参数设置，双击负载把电阻设为1Ω，电感设为0.01H仿真波形及分析当α=30°时，电感设为0.01H，此时电流处于连续状态图：阻感负载且电流连续时波形将电感值改为0.001H，可以看到电流不连续时的波形如下：图：阻感负载且电流不连续时波形当α=60°时，电感设为0.01H，此时电流处于连续状态将电感值改为0.001H，可以看到电流不连续时的波形如下：当α=90°时，电感设为0.01H，此时电流处于连续状态将电感值改为0.001H，可以看到电流不连续时的波形如下：3. 对单相桥式全控整流带具有反电动势负载的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲延迟角时的波形（至少3组）。
单相桥式全控整流电路阻感性负载
单相桥式全控整流电路(阻感性负载)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）1.1单相桥式全控整流电路电路结构（阻-感性负载）单相桥式全控整流电路用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。
单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）电路图如图1所示图1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）1.2单相桥式全控整流电路工作原理（阻-感性负载）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。
1.3单相桥式全控整流电路仿真模型（阻-感性负载）单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）仿真电路图如图2所示：图2 单相双半波可控整流电路仿真模型（阻-感性负载）电源参数，频率50hz，电压100v，如图3图3.单相桥式全控整流电路电源参数设置VT1,VT4脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟α/360*0.02，如图4图4. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置VT2,VT3脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟（α+180）/360*0.02，如图5图5. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置1.4单相桥式全控整流电路仿真参数设置（阻-感性负载）设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°。
单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路,当负载分别为电阻负载或电感负载时,晶闸管移相范围分别是？
单相桥式全控整流电路、三相桥式全控整流电路中，当负载分别为电阻负载或电感负载时，要求的晶闸管
移相范围分别是多少？
在单相桥式全控整流电路和三相桥式全控整流电路中，晶闸管的移相范围取决于负载的性质和具体的应用需求。
以下是一般情况下晶闸管移相的要求。
1.单相桥式全控整流电路：
o电阻负载：对于电阻负载，单相桥式全控整流电路要求晶闸管的移相角度范围为0°至180°。
这是因为
电阻负载的电流与电压的相位关系一致，可以实现
整流和控制。
o电感负载：对于电感负载，通常要求晶闸管的移相角度范围为30°至150°。
这是因为电感负载会引入较
大的感性电压，需要一定程度的相位移动来实现控
制。
2.三相桥式全控整流电路：
o电阻负载：对于电阻负载，三相桥式全控整流电路要求晶闸管的移相角度范围为0°至120°。
这是因为
三相桥式电路中的负载电流是均匀分配的，相位关
系相对较简单。
o电感负载：对于电感负载，通常要求晶闸管的移相角度范围为30°至150°。
这是因为电感负载引入了大
量的感性电压，在整流过程中需要较大的相位移动
来实现控制。
需要注意的是，上述移相范围是一般情况下的要求，实际的移相范围也会受到负载特性、电源频率和控制策略等因素的影响。
因此，在实际应用中需要根据具体的需求和系统特性进行相应的调整。
单相桥式全控整流电路电阻性负载
摘要随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。
但是晶闸管相控整流电路中随着触发角α的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。
把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。
通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。
这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。
故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。
又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于夯实基础，故我们单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。
关键词：单相桥式全控整流阻性负载一．电路图设计1.主电路图及其工作波形单相全控桥式整流电路电阻性负载及其波形如上图。
工作原理：单相桥式全控整流电路如图所示。
晶闸管V1和V4组成一对桥臂，V2和V3组成另一对桥臂。
当变压器二次电压U2为正半周时（a端为正，b端为负），相当于控制角a的瞬间给V1和V4以触发脉冲，V1和V4即导通，这时电流从先经过VT1dR VT4流回到电源。
这期间VT2和VT3均承受反压而截止。
当电源电压过零时，电流也降到零，VT1和VT4即关断。
在电源电压的负半周期，仍在控制角为a处触发晶闸管VT2和VT3，则VT2和VT3导通。
电流从电源b端经VT3dR VT2流回电源a端。
到一周期结束时电压过零，电流亦降至零，VT2和VT3关断。
单相桥式全控整流电路
晶闸管额定电压：
UVTrated k U sav VTmax 509 V
(ksav 1.5)
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电力电子技术
（3）移相：改变触发脉冲出现的时刻，即改变α的大小，叫做 移相。改变α的大小，也就控制了整流电路输出电压的大小， 这种方式也叫做“相控”。
4
单相桥式全控整流电路
（4）移相范围：改变α使输出整流电压平均值从最大值降到最 小值（零或负最大值），α的变化范围叫做移相范围。单相 桥式整流电路电阻负载时移相范围为180º。
Id
变压器二次交流电流有效值 I2rms Id
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单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路带反电动势负载的工作波形
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单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路带反电动势负载的工作分析
由于存在反电势负载，晶闸管提前关断
停止导电角：＝arcsin E
2U 2rm s
当α≥δ时，输出直流电压
电感有抗拒电流变化的特性，大电感负载状态由于电 感的储能作用，负载id始终连续且电流近似为一直线。
电路稳态工作时，每组晶闸管均在另一组晶闸管触发
导通时才换流关断，每组晶闸管导通时间均为180º。
8
9
单相桥式全控整流电路
大电感负载运行参数分析
交流电源电压 u2 2U2 sin t
整流输出电压平均值
负载整流电压平均值Udav
Udav
1 π
2U2rmssintd(t)
2U π
2rm
s
(1
c
os
)
0.9U2rm
s
1cos
2
直流电流平均值Idav
Idav
Udav R
0.9U2rms 1 cos
2.1.5 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)
ωt 2
ωt
α
Id
id
i2 u1 u2
iT2,3
ωt
Id
VT1
VT3
L
u T1
ωt
ud
R
VT2 VT4
u 2 (i2 )
ωt
u2 i2
Id
ωt
图2-10
2、工作原理 、
1）在u2正半波的（0~α）区间： ） 正半波的（ ）区间： 晶闸管VT 承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。 晶闸管 1、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～ 区间由于电感释放 假设电路已工作在稳定状态，则在 ～α区间由于电感释放 能量，晶闸管VT 维持导通。 能量，晶闸管 2、VT3维持导通。 2）在u2正半波的 ） 正半波的ωt=α时刻及以后： 时刻及以后： 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 的二次绕组→a流通 ， 此时 流通， 的二次绕组 流通 负载上有输出电压（ 和电流。 负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶 闸管VT 使其承受反压而处于关断状态。 闸管 2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。
3、 基本数量关系 、 1）输出电压平均值 d ）输出电压平均值U
1 Ud = π
∫
π +α
α
2U 2 sin ωtd (ωt )
2 2U 2 = cos α = 0.9U 2 cos α π
2）输出电流平均值Id ）输出电流平均值
Ud Id = R
3）晶闸管的电流平均值IdT 由于晶闸管轮流导电， 由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平 均电流只有负载上平均电流的一半。 均电流只有负载上平均电流的一半。
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1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）
1.1单相桥式全控整流电路电路结构（阻-感性负载）
单相桥式全控整流电路用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。
单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）电路图如图1所示
图1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）
1.2单相桥式全控整流电路工作原理（阻-感性负载）
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。
1.3单相桥式全控整流电路仿真模型（阻-感性负载）
单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）仿真电路图如图2所示：
图2 单相双半波可控整流电路仿真模型（阻-感性负载）
电源参数，频率50hz，电压100v，如图3
图3.单相桥式全控整流电路电源参数设置
VT1,VT4脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟α/360*0.02，如图4
图4. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置
VT2,VT3脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟（α+180）/360*0.02，如图5
图5. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置
1.4单相桥式全控整流电路仿真参数设置（阻-感性负载）
设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°。
与其产生的相应波形分别如图6、图7、图8、图9。
在波形图中第一列波为流过VT1的电流波形，第二列波为流过VT1的电压波形，第三列波流过VT3的电流波形，第四列波为流过VT3的电压波形，第五列波为流过过负载电流波形波形，第六列波为流过过负载电压波形波形。
（1）当延迟角α=30°时，波形图如图6所示：
图6 α=30°单相桥式全控整流电路（电阻性负载）波形图
（2）当延迟角α=60°时，波形图如图7所示：
图7 α=60°单相桥式全控整流电路（电阻性负载）波形图
（3）当延迟角α=90°时，波形图如图8所示：
图8 α=90°单相桥式全控整流电路（电阻性负载）波形图（4）当延迟角α=120°时，波形图如图9所示：
图9 α=120°单相桥式全控整流电路（电阻性负载）波形图
1.5单相桥式全控整流电路小结（阻-感性负载）
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。
与单相半波整流电路仿真波形相比较，输出的电压和电流波形频率都提高了约一倍，流过每个晶闸管的平均电流Idt只有负载平均电流的一半。
变压器二次侧电流I2的波形是对称的正负矩形波，而晶闸管承受的最大正反向电压则和单相半波可控整流电流一样。