单相半波可控整流电路MATLAB仿真实验

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晶闸管单相桥式整流电路设计与仿真(MATLAB)

晶闸管单相桥式整流电路设计与仿真(MATLAB)

引言整流电路(Rectifier)尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要,也是应用得最为广泛的电路,不仅应用于一般工业,也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。

因此对单相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义,不仅是电力电子电路理论学习的重要一环,而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。

Matlab提供的可视化仿真工具Simtlink可直接建立电路仿真模型,随意改变仿真参数,并且立即可得到任意的仿真结果,直观性强,进一步省去了编程的步骤。

本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模,对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析,既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论,同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。

第一章容及设计内技术要求一设计内容及技术要求计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点,已经广泛应用于电力电子电路(系统)的分析和设计中。

计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析,减轻劳动强度,提高分析能力和设计能力,避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差,还可以与实物试制和调试相互补充,最大限度的降低设计成本,缩短系统研制周期。

可以说,电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和实验过程。

通过本次仿真,学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优势,并掌握电力电子计算机仿真的而基本方法。

1、晶闸管单相全控整流电路,参数要求:电网频率 f=50HZ电网额定电压:U=380V电网电压波动:正负10%阻感负载电压:0--190V2、设计内容(1)制定设计方案;(2)主电路的设计及主电路元件的选择(3)驱动电路和保护电路设计及参数计算(4)绘制电路原理图(5)总体电路原理图及说明3、设计的总体要求(1)熟悉matlab/simulink/powersystem中的仿真模块用法和功能(2)根据设计电路搭建仿真模型(3)设置参数并进行仿真(4)给出不同触发角时对应ud、id、i2和iVT1的波形。

单相半波可控整流电路(电阻性负载)

单相半波可控整流电路(电阻性负载)

单相半波可控整流电路(电阻性负载)1.关于matlabMATLAB 是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C 、Fortran )的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

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。

2.1基本数量关系a.直流输出电压平均值 2cos 145.02cos 12)(sin 221222απωωπαπα+=+==⎰U U t d t U U db.输出电流平均值 2cos 1.45.02aR U RU I d d +==c.负载电压有效值 πππ242sin .2a a U U -+=d.负载电流有效值πππ242sin 2a a RU I -+=e.晶闸管电流平均值 2cos 1.45.02aR U RU I d dT +==3.仿真模型2.1仿真模块的参数设置交流电压的参数设置晶闸管的参数设置负载电阻R的参数设置示波器的参数设置脉冲信号发生器的参数设置按关系360t ,对电网交流电T=0.02s,当a=0,t=0(实际仿真模型中应使aT/t=0.00001s)。

单相桥式全控整流电路MATLAB仿真实验报告(下)

单相桥式全控整流电路MATLAB仿真实验报告(下)

一、单相桥式全控整流电路(电阻性反电势)1.电路结构与工作原理(1)电路结构TidE(2)工作原理1)若是感性负载,当u2在正半周时,在ωt=α处给晶闸管VT1加触发脉冲,VT1导通后,电流从u2正端→VT1→L→R→VD4→u2负端向负载供电。

u2过零变负时,因电感L的作用使电流连续,VT1继续导通。

但a点电位低于b点,使电流从VD4转移至VD2,VD4关断,电流不再流经变压器二次绕组,而是经VT1和VD2续流,则ud=0。

2)在u2负半周ωt=π+α时刻触发VT3使其导通,则向VT1加反压使之关断,u2经VT3→L→R→VD2→u2端向负载供电。

u2过零变正时,VD4导通,VD2关断。

VT3和VD4续流,u d又为零。

此后重复以上过程。

2.建模3.仿真结果分析α=30°单相全控桥式反电势负载(电阻性)α=60°单相全控桥式反电势负载(电阻性)α=90°单相全控桥式反电势负载(电阻性)4.小结若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。

二、单相桥式全控整流电路(阻感性反电势)1.建模2.仿真结果分α=30°单相全控桥式反电势负载(阻感性)α=60°单相全控桥式反电势负载(阻感性)α=90°单相全控桥式反电势负载(阻感性)3.小结当电枢电感不足够大时,输出电流波形断续,为此通常在负载回路串接平波电抗器以减小电流脉动,延迟晶闸管导通时间;如果电流足够大,电流就连续。

实验1单相桥式可控整流电路工作原理仿真

实验1单相桥式可控整流电路工作原理仿真

实验1 单相桥式可控整流电路工作原理仿真一、实验目的加深对单相桥式可控整流电路工作原理的理解,学会使用仿真软件MATLAB 中的SIMULINK模块,搭建单相桥式可控整流电路模型,以及如何利用脉冲发生器来构建晶闸管的触发脉冲,并利用仿真模型,示波器和多路测量器分析单相桥式可控整流电路在不同触发延迟角α、不同性质负载下的电流、输出电压波形。

二、实验系统组成及工作原理单相桥式全控整流原理电路三、实验所需软、硬件设备及仪器(1)计算机(装有windows XP以上操作系统);(2)MATLAB 6.1版本以上软件;四、实验内容单相桥式全控整流电路,电源电压为220V/50Hz,观察不同触发角(30=α°、90=α°)下阻性负载(Ω=2LR)与感性负载下(Ω=2LR,H01.0=L)时的输出电压、负载电流以及晶闸管的耐压波形等。

五、步骤及方法请详细写出仿真实验的步骤,并给出相应的模型、仿真结果及分析六、课后思考与总结(1)撰写仿真实验报告;(2)思考不同负载下的单相整流桥的工作原理,并仿真单相桥式半波可控电路,理解其(带续流二极管电路)在阻性和感性负载下的工作原理。

实验2 三相桥式可控整流电路工作原理仿真一、实验目的加深对三相桥式可控整流电路工作原理的理解,学会使用仿真软件MATLAB 中的SIMULINK 模块,搭建三相桥式可控整流电路模型,以及如何构建三相桥式驱动电路——6脉冲驱动发生器,并利用仿真模型,分析三相桥式整流电路在不同触发延迟角α、不同性质负载下的电流、输出电压波形,学会用Fourier 分析模块分析相电流的谐波情况。

二、实验系统组成及工作原理三相桥式全控整流原理电路三、实验所需软、硬件设备及仪器(1)计算机(装有windows XP 以上操作系统); (2)MATLAB 6.1版本以上软件; 四、实验内容三相桥式全控整流电路,电源相电压为220V ,整流变压器输出电压为100V (相电压),观察整流器在不同负载,不同触发延迟角时,整流电路输出电压、电流波形,测量整流输出电压平均值,并观察整流器交流侧电流波形和分析其主要次谐波。

基于Matlab的整流电路仿真研究

基于Matlab的整流电路仿真研究
依 据 元件模 型来 建 立 , 其 中包 括 : 电源模 型库 、 连 接 模 型
库、 元件模型库、 电机模型库、 测量模型库及附加模型库等。 在 具体 的仿真 中建 立模型是基础 ,参 数设置是 关键 。
建 立仿 真 , 一般 采 取 以下 步 骤 :
① 按 自己 习惯 的 方 式 ( 有 三种 方式 )进 入 Ma l f a b /
现 提供 了理 想 的工 具 。
S e o p e 5
图 1 单相 半波 可 控 整 流 电路 模 型
1 Ma t l a b电力电子仿真简介 在 Ma t l a b环 境 下 进 行 仿 真 , 可 基 于 S i m u l i n k图 形 界 面建立模块化交互式 的仿 真模 型。 而有 关 电力 电子 的仿真 研 究主要基于 P S B ( P o w e r S y s t e m B l o k s e t s ) 进行 , 仿真模 型
( 兰州职业技术学院, 兰州 7 3 0 0 7 0) ( L a n z h o u V o c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e , L a n z h o u 7 3 0 0 7 0 , C h i n a )
摘要 : 电力电子 电路设计 时参数 的选择 、 计算, 往往 比较复 杂, 利用 M a t l a b中的电力 系统工具 箱, 不用进行编程 , 也无需推导 电 路、 系统 的数 学模型 , 就整 流电路做 了仿真 。
Ab s t r a c t :I n t h e p o we r e l e c t on r i c c i r c u i t d e s i g n ,p a r a me t e r s e l e c t i o n a n d c a l c u l a t i o n t e n d s t o b e c o mp l e x .U s i n g t h e p o w e r s y s t e m t o o l b o x i n he t Ma t l a b c a l l q u i c k l y g e t t h e s i mu l a t i o n r e s u l t ,w i t h o u t p r o g r a mmi n g a n d d e d u c t i n g ma t h e ma t i c a l mo d e l o f c i r c u i t a n d s y s t e m,

单相桥式全控整流电路MATLAB仿真设计报告

单相桥式全控整流电路MATLAB仿真设计报告

单相桥式全控整流电路MATLAB仿真设计报告课程名称:MATLAB仿真课程设计院系:班级:姓名:学号:日期:目录一、MATLAB软件介绍 (3)二、实验目的 (3)三、实验器材 (3)四、实验内容 (3)4、1电路结构与工作原理 (3)4.2建模 (6)4.3仿真分析(波形) (7)4.4仿真程序 (8)一、MATLAB软件介绍MATLAB(矩阵实验室)是由美国MathWorks公司开发的第四代高层次的编程语言和交互式环境数值计算,可视化和编程; MATLAB允许矩阵操作、绘制函数和数据、算法实现、创建用户界面; MATLAB能和在其他语言,包括C、C++、J ava和Fortran语言编写的程序接口; MATLAB可以分析数据、开发算法、建立模型和应用程序; MATLAB拥有众多的内置命令和数学函数,可以帮助您在数学计算,绘图和执行数值计算方法。

二、实验目的1.认识并了解MATLAB软件2.学习单项桥式全控整流电路与工作原理,并用MATLAB软件进行简单的仿真设计。

三、实验器材1.一台装有MATLAB仿真软件的电脑。

2.电力电子技术的相关书籍。

3.记录实验数据所需的纸和笔。

四、实验内容4、1电路结构与工作原理(1)、电路结构(阻性负载)如图1-1所示为典型单相桥式全控整流电路,共用了四个晶闸管,两只晶闸管接成共阳极,两只晶闸管接成共阴极,每一只晶闸管是一个桥臂,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。

(2)、工作原理1)在u2正半波的(0到a)区间,晶闸管VT1、VT4承受正向电压,但无触发脉冲,晶闸管VT2、VT3承受反向电压。

因此,在0到a区间,4个晶闸管都不导通。

假如4个晶闸管的漏电阻相等,则Ut1.4=Ut2.3=1/2u22)在u2正半波的(a~π)区间,在ωt=a时刻,触发晶闸管VT1、VT4使其导通。

3)在u2负半波的(π到π+a)区间,在π到π+a区间,晶闸管VT2、VT3 承受正向电压,因无触发脉冲而处于关断状态,晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。

基于MATLAB的单相半波可控整流电路仿真分析

基于MATLAB的单相半波可控整流电路仿真分析

基于MATLAB的单相半波可控整流电路仿真分析
张浚;李自成;李镕杰;袁苓芷;陈华良
【期刊名称】《现代工业经济和信息化》
【年(卷),期】2024(14)2
【摘要】介绍了MATLAB在电力电子仿真中的应用,包括其基本特点以及在电力电子领域的应用,阐述了单相半波可控整流电路的建模与仿真方法,包括电路拓扑结构和参数设定、控制策略的选择与实现、仿真模型的搭建步骤。

通过对不同触发角下的输出电压和电流波形的仿真结果进行对比和分析,验证了仿真结果与理论分析的一致性。

最后,讨论了结果的意义,提出了存在的问题和改进方向,并展望了后续研究的方向。

助于理解单相半波可控整流电路的工作原理和性能,同时也为电力电子仿真研究提供了一种有效方法。

【总页数】3页(P148-150)
【作者】张浚;李自成;李镕杰;袁苓芷;陈华良
【作者单位】成都理工大学工程技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM461
【相关文献】
1.基于MATLAB的三相半波电阻性负载可控整流电路仿真研究
2.基于MATLAB/SIMULINK的单相半波可控整流电路的仿真分析
3.基于Saber的单相半
波可控整流电路工作过程的分析4.基于MATLAB的晶闸管单相半波可控整流电路仿真
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单相桥式全控整流电路MATLAB仿真实验报告材料(上)

单相桥式全控整流电路MATLAB仿真实验报告材料(上)

单相桥式全控整流电路MATLAB仿真一、单相桥式全控整流电路(电阻性负载)1.电路结构与工作原理(1)电路结构如图1-1所示为典型单相桥式全控整流电路,共用了四个晶闸管,两只晶闸管接成共阳极,两只晶闸管接成共阴极,每一只晶闸管是一个桥臂,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。

idR图1-1(2)工作原理1)在u2正半波的(0~α)区间,晶闸管VT1、VT4承受正向电压,但无触发脉冲,晶闸管VT2、VT3承受反向电压。

因此在0~α区间,4个晶闸管都不导通。

假如4个晶闸管的漏电阻相等,则U t1.4= U t2.3=1/2u2。

2)在u2正半波的(α~π)区间,在ωt=α时刻,触发晶闸管VT1、VT4使其导通。

3)在u2负半波的(π~π+α)区间,在π~π+α区间,晶闸管VT2、VT3承受正向电压,因无触发脉冲而处于关断状态,晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。

4)在u2负半波的(π+α~2π)区间,在ωt=π+α时刻,触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通,负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T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电阻上,负载上有输出电压(u d=-u2)和电流,且波形相位相同。

表1-1 各区间晶闸管的导通、负载电压和晶闸管端电压情况2.建模图1-3 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)3.仿真结果分析1) α=30º,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ,phase delay(secs)1=1/600,phase delay(secs)2=1/600 +0.01;图1-4α=30°单相双半波可控整流仿真结果(电阻性负载)2) α=30º,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ,phase delay(secs)1=1/300,phase delay(secs)2=1/300 +0.01;图1-5α=60°单相双半波可控整流仿真结果(电阻性负载)3) α=30º,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ,phase delay(secs)1=1/200,phase delay(secs)2=1/200 +0.01;图1-6α=90°单相双半波可控整流仿真结果(电阻性负载)4.小结尽管整流电路的输入电压U2是交变的,但负载上正负两个半波均有相同的电流流过,输出电压一个周期脉动两次,由于桥式整流电路在正、负半周均能工作,变压器二次绕组正在正、负半周均有大小相等、方向相反的电流流过,消除了变压器的电流磁化,提高了变压器的有效利用率。

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单相半波可控整流电路MATLAB仿真实验
一、实验目的:
1、学习基于matlab的单相半波可控整流电路的设计与仿真
2、了解三种不同负载电路的工作原理及波形
二、电阻性负载电路
1、电路及其工作原理
图1.1单向半波可控整流电路(电阻性负载)
图1.1 为单相半波可控整流电路图。

半波整流电路工作过程分为以下 3 个阶段:第1 阶段:晶闸管关断时,晶闸管门极没有触发脉冲,晶闸管承受正向电压,iR=0,uVT=u2;第2 阶段:晶闸管导通时,晶闸管被触发,承受正向电压,当触发脉冲消失,晶闸管仍为导通状态,当ωt=π时,晶闸管关断。

晶闸管两端的电压uVT=0,且ud=u2,经过晶闸管VT、电阻和变压器二次侧的电流为
(1)其中,ud 为整流器的输出电压,U2 为交流电压的有效值;第 3 阶段:当交流电压处于负半周期,晶闸管关断,此时承受反向电压,ud 和id 都为零。

整流输出直流电
压平均值
整流器输出直流电流平均值
式中:U2 为交流电压的有效值。

2、MATLAB下的模型建立
图1.2
如图1.2所示,参数参考:交流源220V、50HZ;负载1Ω;脉冲信号发生器周期同交流源相同,为0.02s、脉冲宽度10%;电感1mH。

(a)电阻参数:
(b)电源参数:
(c)脉冲初始参数:
3、仿真结果及波形分析
下列所示波形图中,波形图分别代表晶体管VT上的电流、晶体管VT上的电压、电阻上的电压。

(1)α=30°时
(2)α=60°时
(3)α=90°时
(4)α=120°时
分析:在此仿真中,我们可以看出通过改变触发角α的大小,直流输出电压,负载上的输出电压波形都发生变化,可以看出,仿真波形与理论分析波形、实验波形结果非常相符,通过改变触发脉冲控制角α的大小,直流输出电压ud的波形发生变化,负载上的输出平均值发生变化。

由于晶闸管只在电源电压正半波区间内导通,输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流。

三、阻感性负载电路
1、电路及其工作原理
图1.3单向半波可控整流电路(阻—感性负载)
阻感负载的特点是,电感对电流变化有抗拒作用,使流过电感的电流不会发生突变。

与电阻负载相比,负载电感的存在,使得晶闸管的导通角增大,在u2从正到负的过零点不会关断,使输出波形存在负波形,输出电压的平均值减小。

如图1.3所示,其工作原理:(1)在晶闸管VT处于关断状态时,负载中无电流,负载两端的电压为零,u2电压全部施加在晶闸管VT上;
(2)在u2正半周,晶闸管承受正向电压,在ωt=α处触发晶闸管VT,VT导通,u2施加在负载两端,由于电感的存在,负载电流不能突变,只能由零逐渐增加;
(3)在ωt=π,u2=0时,由于电感产生的感应电动势试图阻止负载电流id增加,交流电源既提供电阻R消耗的能量,又需要给电感L提供吸收的磁场能量,所以在u2过零点处,id在减小,但并未减小到零,所以晶闸管VT仍处于导通状态;
(4)在电感L中储存的能量释放完毕后,即id=0时,晶闸管承受反压从而截止;直到u2的下一周期的正半周,脉冲ωt=α+2π 处又触发晶闸管,晶闸管再次导通,不断重复。

2、MATLAB下的模型建立
图1.4
如图1.4所示,为满足实验参数要求,调整如下参数:(a)阻感值参数:
(b)电源参数:
(c)脉冲初始参数:
3、仿真结果及波形分析
下列所示波形图中,波形图分别代表了晶体管VT上的电流、晶体管VT上的电压、电阻加电感上的电压。

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°时的波形变化。

(1)α=30°时
(2)α=60°时
(3)α=90°时
(4)α=120°时
分析:
与电阻性负载相比,负载电感的存在,使得晶闸管的导通角增大,在电源电压由正到负的过零点也不会关断,输出电压出现了负波形,输出电压和电流平均值减小;大电感负载时输出电压正负面积趋于相等,输出电压平均值趋于零。

四、阻感性负载有续流二极管电路
1、电路及其工作原理
图1.5单向半波可控整流电路(阻—感性负载有续流二极管)
如图1.5所示,为了避免负载输出电压过小,所以在整流电路的负载两端并联续流二极管。

其工作原理:
(1)在电源电压正半波(0~π区间),晶闸管承受正向电压。

脉仲uG在ωt=α处触发晶闸管使其导通,形成负载电流id,负载上有输出电压和电流,在此期间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。

(2)在电源电压负半波(π ~2π区间),电感的感应电压使续流二极管VD受正向电压而导通续流,此时电源电压u2<0,u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向阳极电压而关断,负载两端的输出电压仅为续流二极管的管压降。

如果电感较小,电流id是断断续续的;电感较大时续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通,使id连续,且id波形为一条脉动线;电感无大时,电流id连续,为一平直线。

2、MATLAB下的模型建立
图1.6
如图1.6所示,为满足实验参数要求,调整如下参数:
(a)电源参数:
(b)脉冲初始参数:
3、仿真结果及波形分析
下列所示波形图中,波形图分别代表了晶体管VT上的电流、负载(电阻和电感)的电流、晶体管VT上的电压、徐柳二极管上的电流、电阻上的电压。

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°时的波形变化
(1)α=30°时
(2)α=60°时
(3)α=90°时
(4)α=120°时
分析:在电源电压正半波,电压u2>0,晶闸管uAK>0。

在ωt=α处触发晶闸管,使其导通,形成负载电流id,负载上有输出电压和电流,此间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。

在电源电压负半波,电感感应电压使续流二极管VD导通续流,此时电压u2 <0,u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断,负载两端的输出电压为续流二极管的管压降,如果电感足够大,续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通,使id连续,且id波形近似为一条直线。

以上分析可看出,电感性负载加续流二极管后,阻-感性负载加续流二极管后,输出电压波形与电阻性负载波形相同,续流二极管起到了提高输出电压的作用。

在电感无穷大时,负载电流为一直线,流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。

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