单相半波整流可控电路(纯电阻,阻感,续流二极管)
单相半波桥式整流电路
-
u
2
电阻负载的特点：电压与电流成正比, b)
0
wt 1
p
2pLeabharlann wt两者波形相同。
u
g
c)
★ 两个重要的基本概念：
0
wt
u
d
触发延迟角：从晶闸管开始承受正向 d)
0a
q
wt
阳极电压起到施加触发脉冲止的电角
u
VT
度,用a表示,也称触发角或控制角。 e)
0
wt
导通角：晶闸管在一个电源周期中处
于通态的电角度，用θ 表示 。
2)带阻感负载的工作情况
电感性负载更为多见，如电机
及励磁绕组等。 阻感负载的特点：电感对电流 变化有抗拒作用，使得流过电 感的电流不发生突变。
u2
b)
0
wt1
p
ug
c) 0
ud
d) 0a id
e) 0
u VT
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
5
单相半波可控整流电路
p
2p
wt
变但瞬时值变化的脉动直流，其
u
g
波形只在u2正半周出现，故称 c) 0
wt
“半波”整流。
u
d
基本数量关系
d)
0a
q
wt
Ud
1
2p
p a
2U2 sin wtd (wt)
u
VT
e) 0
wt
0.45U
2
1
cos 2
单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路仿真1.纯电阻负载仿真模型：电路参数：触发角：0°输出电压波形：谐波分析触发角：30°输出电压波形：谐波分析触发角：60°输出电压波形：谐波分析2.阻感负载仿真模型：触发角：0°（1）L=1mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形：谐波分析（2）L=100mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形：谐波分析（3）L=100mH R=50Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析触发角：60°（4）L=1mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形：谐波分析（5）L=100mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形：谐波分析（6）L=100mH R=50Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析3.带续流二极管的阻感负载仿真模型：触发角：0°：（7）L=1mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析（8）L=100mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析（9）L=100mH R=50Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析触发角：60°：（10）L=1mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析（11）L=100mH R=5Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析（12）L=100mH R=50Ω输出电压波形：输出电流波形:谐波分析分析：随着触发角的增大，晶闸管在一个周期内的导通时间变短，输出电压为正值的时间相应变短，因此输出电压平均值减小（三种模型都是这样）。
纯电阻负载模型中，当触发角为0°，输出电压波形为规则的正弦半波，所以高次谐波中几乎没有奇次谐波，只含有少量的偶次谐波，随着触发角增大的，波形畸变程度越大，高次谐波含量增加，因此波形畸变率增大，而因为晶闸管导通角变小，输出电流脉动程度相应减小。
阻感负载模型中，随电感增大，输出电压中高次谐波含量降低，波形畸变率从而减小，同时由于续流能力更强，输出电压为负值的时间增大，因此输出电压平均值减小，因其阻碍电流变化的能力变强，电流脉动程度减小；电阻越大，在续流过程中电流衰减越快，输出电压波形畸变程度越大，因此波形畸变率增大，输出电压平均值增大，而电阻越大，输出电流幅值越小，脉动程度相应减小在有续流二极管的阻感负载模型中，由于电感和电阻大小不再影响输出电压波形，故输出电压与电感和电阻大小无关。
单相桥式全控整流电路(纯电阻_阻感_续流二极管_反电动势)
电力电子技术实验报告实验名称：单相桥式全控整流电路的仿真与分析班级：自动化091组别： 08 成员：金华职业技术学院信息工程学院年月日一. 单相桥式全控整流电路(电阻性负载) .............................................. 错误！未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理 (1)2. 单相桥式全波整流电路建模 (2)3. 仿真结果与分析 (4)4. 小结 (6)二. 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载) ............................................. 错误！未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................. 错误！未定义书签。
2. 建模................................................................................................. 错误！未定义书签。
3. 仿真结果与分析............................................................................. 错误！未定义书签。
4. 小结................................................................................................. 错误！未定义书签。
三. 单相桥式全控整流电路（反电势负载）......................................... 错误！未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................. 错误！未定义书签。
单相半波可控整流电路
1
u
2
u
d
R
触发延迟角：从晶闸管 开始承受正向阳极电压 起到施加触发脉冲止的 电角度,用 a 表示,也称触 发角或控制角。
u b)
2
0 u c) 0 u d) 0 u VT e) 0
d g
wt
1
p
2p
wt
wt
a
q
wt
wt
导通角：晶闸管在一个电源周 期中处于通态的电角度，用θ表 示。
2-3
基本数量关系
41.77 Display
Voltage Measurement1 Mean Value
脉冲发生器设定：周期0.02s, 宽度10％，相位滞后 90/360*0.02s,幅值10
输出电压平均值 （直流电压）
2-17
单相半波可控整流阻感负载a=90度电流断续的仿真波形
输出电压
输出电流
2-18
3.1.2 单相桥式全控整流电路
a)
u1
u2
阻感负载的特点：电流不能 发生突变 电力电子电路的一种基本分 b) 析方法 通过器件的理想化，将电路 c) 简化为分段线性电路，分段进 行分析计算 对单相半波电路的分析可基 d) 于上述方法进行：当VT处于 断态时，相当于电路在VT处 e) 断开，id=0。当VT处于通态时， 相当于VT短路 f)
ห้องสมุดไป่ตู้wt
f) O uV T O
wt
I VDR rms
1 2p
p
2p a
p a g) I d (wt ) Id 2p
2 d
wt
2-13
单相半波可控整流电路的特点
a)
T u1
VT uV T u2
单相半波可控整流电路
单相半波可控整流电路1、工作原理电路和波形如图1所示，设u2=U2sinω。
图1 单相半波可控整流正半周：0＜t＜t1,ug=0,T正向阻断，id=0,uT=u2,ud=0t=t时,加入ug脉冲，T导通，忽略其正向压降，uT=0,ud=u2,id=ud/Rd。
负半周：π≤t＜2π当u2自然过零时，T自行关断而处于反向阻断状态，ut=0,ud=0,id=0。
从0到t1的电度角为α，叫控制角。
从t1到π的电度角为θ，叫导通角，显然α+θ=π。
当α=0，θ=180度时，可控硅全导通，与不控整流一样，当α=180度，θ=0度时，可控硅全关断，输出电压为零。
2、各电量关系ud波形为非正弦波，其平均值（直流电压）：由上式可见，负载电阻Rd上的直流电压是控制角α的函数，所以改变α的大小就可以控制直流电压Ud的数值，这就是可控整流意义之所在。
流过Rd的直流电流Id：Ud的有效值（均方根值）：流过Rd的电流有效值：由于电源提供的有功功率P=UI，电源视在功率S=U2I（U2是电源电压有效值），所以功率因数：由上式可见，功率因数cosψ也是α的函数，当α=0时，cosψ=0.707。
显然，对于电阻性负载，单相半波可控整流的功率因数也不会是1。
比值Ud/U、I/Id和cosψ随α的变化数值，见表1，它们相应的关系曲线，如图2所示表1 Ud/U、I/Id和cosψ的关系图2 单相半波可控整流的电压、电流及功率因数与控制角的关系由于可控硅T与Rd是串联的，所以，流过Rd的有效值电流I与平均值电流Id的比值，也就是流过可控硅T的有效值电流IT与平均值电流IdT的比值，即I/Id=It/IdT。
二、单相桥式半控整流电路1、工作原理电路与波形如图3所示图3、单相桥式半控整流正半周：t1时刻加入ug1，T1导通，电流通路如图实线所示。
uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。
u2过零时，T1自行关断。
负半周：t2时刻加入ug2，T2导通，电流通路如图虚线所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。
单相半波可控整流电路电阻性负载
2p
wt
单相半波可控整流电路—电阻性负载
2.工作原理
u2
电源
波形 0 wt1 p
2p
wt
ug
门极
直到下个周期正半周时，控制极脉
脉冲 0a
wt
冲到来，晶闸管再次导通，周而复
ud
始。
输出
wt1 p
2p
电压
q
wt
uVT VT电压
波形 0 wt1 p
2p
wt
单相半波可控整流电路—电阻性负载
3.基本物理量
2.工作原理
u2
电源
波形 0 wt1 p
2p
wt
当 a 45o 时，晶闸管承受正向
ug 门极
电压，同步，晶闸管旳控制极有触
脉冲 0a
wt
u2
发信号，晶闸管导通，负载上得到
ud
u2 ud
输出电压 旳波形是与电源电压 相同
输出 电压
a 30o
பைடு நூலகம்
形状旳波形。
wt1 p
q
2p
wt
ud
uVT
VT电压
波形 0 wt1 p
d
O
wt
在 a 时刻触发晶闸管导通，负载
i VT
I
d
上有输出电压和电流。在此期间
O
续流二极管VD承受反向电压而关
i VD
R
p-a
p+a
wt
断。
O
wt
u VT
O
wt
二、单相半波可控整流电路—阻感性负载
u
2.工作原理
2
O
wt 1
wt
u
在电源电压负半波（π～2π区间）， d
第2章单相可控整流电路
带续流二极管的工作情况
a)
u1
u2
b) O ud
c) O id
d) O
iV T
e) O
iV D R f)
O uV T
g) O
T
VT
u2
uV T ud
t1
Id -
Id +
id
iV D R
L
VD R R
t t t t t
工作过程和特点：
（1）在U2的正半周，VDR 承受反向电压，不导通，不 影响电路的正常工作;
实际上很少应用此种电路； 分析该电路的主要目的在于利用其简单易
学的特点，建立起整流电路的基本概念。
二、单相桥式全控整流电路
带电阻负载的工作情况
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。 在实际的电路中，一般都采用这种标注方法，即上面为1、3， 下面为2、4。
VT1和VT3组成共阴极组，加触发脉冲后，阳极电位高者导通。 VT2和VT4组成共阳极组，加触发脉冲后，阴极电位低者导通。 触发脉冲每隔180°发一次，分别触发VT1、VT4、VT2、VT3。
T
i2
a
u1
u2
T
b
V
1
T
V
3
id
L ud
R
4
2
V
V
u2
a)
O
t
ud
O id
i
V
T
1
O
,4
iV
T
2
O
,3
O i2
O u V T1 ,4
O
Id Id
Id Id
t Id
t t t t
单相半波可控整流电路实验_2
一、实验目的（1）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
（2）掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况。
（3）了解续流二极管的作用。
二、实验所需挂件及附件5 D42 三相可调电阻6 双踪示波器自备7 万用表自备三、实验线路及原理单结晶体管触发电路的工作原理及线路图已在1-3节中作过介绍。
将DJK03-1挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图中的R负载用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。
二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上，电感L d在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH 三档可供选择，本实验中选用700mH。
直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。
图3-6单相半波可控整流电路四、实验内容（1）单结晶体管触发电路的调试。
（2）单结晶体管触发电路各点电压波形的观察并记录。
（3）单相半波整流电路带电阻性负载时U d/U2= f(α)特性的测定。
（4）单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。
五、预习要求（1）阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。
（2）复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感性负载时的工作波形。
（3）掌握单相半波可控整流电路接不同负载时U d、I d的计算方法。
六、实验方法（1）单结晶体管触发电路的调试将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。
调节移相电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30°～170°范围内移动?（2）单相半波可控整流电路接电阻性负载触发电路调试正常后，按图3-6电路图接线。
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电力电子技术实验报告实验名称：单相半波可控整流电路的仿真与分析班级：自动化091 组别： 08 成员：金华职业技术学院信息工程学院年月日一. 单相半波可控整流电路(电阻性负载) ................................................ 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理 (8)2. 单相半波整流电路建模................................................................... 错误!未定义书签。
3. 仿真结果与分析 (5)4. 小结 (8)二. 单相半波可控整流电路(阻-感性负载) ............................................... 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................... 错误!未定义书签。
2. 单相半波整流电路建模................................................................... 错误!未定义书签。
3. 仿真结果与分析............................................................................... 错误!未定义书签。
4. 小结................................................................................................... 错误!未定义书签。
三. 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管) ....................... 错误!未定义书签。
1. 电路的结构与工作原理................................................................... 错误!未定义书签。
2. 单相半波整流电路建模................................................................... 错误!未定义书签。
3. 仿真结果与分析............................................................................... 错误!未定义书签。
4. 小结：............................................................................................... 错误!未定义书签。
四. 总结：………………………………………………………………………………….错误!未定义书签。
图 1 单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图 (1)图 2 单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的MATLAB仿真模型. 错误!未定义书签。
图 3 α=30°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) ... 错误!未定义书签。
图 4 α=45°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) ... 错误!未定义书签。
图 5 α=90°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) ... 错误!未定义书签。
图 6 α=120°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) .. 错误!未定义书签。
图 7 α=180°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载). . . . . . . . . . . . . . . . . 错误!未定义书签。
图 8 单相半波可控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图...... 错误!未定义书签。
图9 单相半波可控整流电路(阻-感性负载)的MATLAB仿真模型.. 错误!未定义书签。
图10 α=30°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载) .. 错误!未定义书签。
图 11 α=60°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载) . 错误!未定义书签。
图 12 α=90°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载) . 错误!未定义书签。
图 13 α=120°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载). . . . . . . . . . . . . . .错误!未定义书签。
图 14 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的电路原理图错误!未定义书签。
图 15 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)的MATLAB仿真模型错误!未定义书签。
图 16 α=30°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)错误!未定义书签。
图 17 α=60°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)错误!未定义书签。
图 18 α=90°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)错误!未定义书签。
图 19 α=120°单相半波可控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管) 错误!未定义书签。
单相半波可控整流电路仿真建模分析一、 单相半波可控整流电路（电阻性负载）1. 电路的结构与工作原理1.1电路结构若用晶闸管T 替代单相半波整流电路中的二极管D ，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路，如图1-1 电路图所示。
设图中变压器副边电压u 2为50HZ 正弦波，负载 R L 为电阻性负载。
Rd VTU TU S I TI dU d图 1 单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图1.2 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。
1.3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 d b.输出电流平均值2cos 1.45.02a R U R U 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 R U I -+= e.晶闸管电流平均值2cos 1.45.02a R U R U I d dT +== 2. 单相半波可控整流电路建模2.1模型参数设置a.晶闸管模型参数设置建立一个新的模型窗口，打开电力电子模块组，复制一个晶闸管到模型窗口中；打开晶闸管参数设置对话框，设置Ron=0.001Ω，Lon=0H，Uf=0.8V；Ic=0A，Rs=10Ω，Cs=4.7e-6F。
如图所示。
b.打开电源模块组，复制一个电压源模块到模型窗口中，打开参数设置对话框，设置为：幅值5V，初相位0，频率是50HZ的正弦交流电。
如图所示。
c. 打开元件模块组，复制一个串联RLC元件模块到模型窗口中，打开参数设置对话框，把RLC里的电感设置为0，电容设置为inf，电阻设置为1.2Ω。
如图所示。
d.打开测量模块组，复制一个电压测量装置以测量负载电压Ud波形。
e.打开测量模块组，复制一个电流测量装置以测量负载电流Id波形。
f.打开测量模块组，复制一个电压测量装置以测量变压器副边电压U2波形g.打开测量模块组，复制一个电压测量装置以测量晶闸管两端电压Ut波形。
h.把脉冲发生器的输出口接到示波器上以测量脉冲波形。
i.打开Sinks模块组,复制一个示波器装置以显示电路中各物理量的变化关系，并按要求设置输入端口的个数。
如图所示。
示波器参数设置5个输入端j.建立给晶闸管提供触发信号的同步脉冲发生器（Pulse Generater）模型。
参数设置为：脉冲幅值为4V，周期为0.02s，脉宽占整个周期的10%，相位延迟（1/50）*（30/360）s=1/600s（即α=30°）或者（1/50）*（45/360）s=1/400s（即α=45°）。
或者（1/50）*（90/360）s=1/200s（即α=90°）。
’或者（1/50）*（120/360）s=2/300s（即α=120°）。
如图所示。
脉冲发生器参数设置2.2 全部模块完美连接后，可以得到仿真电路。
如图所示。
图2单相半波可控整流电路(纯电阻负载)的MATLAB仿真模型3 仿真结果与分析下列所示波形图中，从上到下分别代表变压器副边U2上的电压波形、脉冲的波形、电阻上的电压波形、电阻上的电流波形、晶闸管VT上的电压波形。
下列波形分别是延迟角α为30°、45°、90°、120°, 180°时的波形变化。
a.当延迟角α=30°时，波形图如图所示：图3 α=30°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) 当延迟角α=45°时，波形图如图所示：图4 α=45°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) c. 当延迟角α=90°时，波形图如图所示图5 α=90°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) d. 当延迟角α=120°时，波形图如图所示：图6 α=120°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载) e. 当延迟角α=180°时，波形图如图所示：图7 α=180°单相半波可控整流电路仿真结果(纯电阻负载)4小结在此试验中，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U=0 由于晶闸管只在电源电压正半波电压波形都发生变化,显然α=180°时，平均电压dU为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称半波整（0~ ）区间内导通，输出电压d流。
单相半波可控整流电路中的输出电压与电流的波形相同，由于是电阻负载，电阻对电流没有阻碍作用，没有续流的作用，不会产生反向电流，晶闸管的电压没有负值。
电力电子变流技术的理论计算比较繁琐且很难得到准确的计算结果，从上述系统仿真结果波形可以看出，利用仿真软件进行仿真，波形准确、直观，利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统进行建模仿真。