单相电移相电路
基于simulink的单相全桥逆变电路仿真实验
基于simulink 的单相全桥逆变电路仿真实验11电牵3班罗凯关键字：单相 全桥 逆变 simulink本次实验主要为利用simulink 中的块原件来构建电力电子中的一种基本整流电路——单相全桥逆变电路，电路的功能是将直流电逆变为交流电，在逆变电路的设计过程中，需要对设计电路及有关参数选择是否合理、效果好坏进行验证。
如果通过实验来验证， 需要经过反复多次的元件安装、调试、重新设计等步骤， 这样使得设计耗资大，效率低， 周期长。
现代计算机仿真技术为电力电子电路的设计和分析提供了崭新的方法， 可以使复杂的电力电子电路、系统的分析和设计变得更加容易和有效。
Matlab 是一种计算机仿真软件， 它是以矩阵为基础的交互式程序计算语言。
Simulink 是基于框图的仿真平台， 它挂接在Matlab 环境上，以Matlab 的强大计算功能为基础， 用直观的模块框图进行仿真和计算。
其中的电力系统（Power System ）工具箱是专用于RLC 电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电力系统仿真用的模型库。
以Matlab7.0 为设计平台， 利用Simulink 中的Pow er System 工具箱来搭建整流电路仿真模型，设置参数进行仿真。
一、 单相全桥逆变电路工作原理1、 电路结构单相电压型全桥逆变电路的原理图及波形(阻感性负载）（图a） 输出电压（图 b ）输出电流（图 c ）直流输入电流（图 d ） 2、 工作原理a)两个半桥电路的组合；b) V1和V4一对，V2和V3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180°；c) uo 波形同半桥电路的uo ，幅值高出一倍U m =U d ； d) i o 波形和半桥电路的i o 相同，幅值增加一倍； e) 单相逆变电路中应用最多的； 3、 输出电压参数分析a)tb)c)d)tuo 成傅里叶级数基波幅值基波有效值当uo 为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变Ud 来实现 4、 移相调压方式（通过逆变器本身开关控制,适用于单相）图示单相全桥逆变电路的移相调压方式可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压各栅极信号为180°正偏，180°反偏，且V 1和V 2互补，V 3和V 4互补关系不变但V 3的栅极信号只比V 1落后q ( 0<q <180°)u o 成为正负各为q 的脉冲，改变q 即可调节输出电压有效值 uo 成傅里叶级数输出电压的有效值:⎪⎭⎫ ⎝⎛+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o ddo1m 27.14U U U ==πdd1o 9.022U U U ==πa)b)图5-7VD 3VD 4u u u u i o u od o 1,3,54sin sin 2n U n u n t n θω∞==π∑o dU U =基波有效值随着θ 的变化，谐波幅值也发生变化，特别是当θ 较小时，较低次的谐波幅值将与基波的幅值相当，所以，这种调压方式不适合大范围的调压。
电力电子技术实验
电力电子技术实验实验一锯齿波同步移相触发电路及单相半波可控整流一．实验目的1．加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。
2．掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。
3．对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。
4．了解续流二极管的作用。
二．实验内容1．锯齿波同步触发电路的调试。
2．锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析。
3．单相半波整流电路带电阻性负载时特性的测定。
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。
三．实验线路及原理锯齿波同步移相触发电路主要由脉冲形成和放大，锯齿波形成，同步移相等环节组成，其工作原理可参见“电力电子技术”有关教材。
四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．NMCL—33组件3．NMCL—36组件4．NMEL—03组件5．NMCL—31A组件6．双踪示波器（自备）7．万用表（自备）五．实验方法1．将NMCL-36面板上左上角的同步电压输入接MEL—002T的U、V端。
2．三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压U uv=220v，用示波器观察各观察孔的电压波形，示波器的地线接于“7”端。
同时观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系。
观察“3”~“5”孔波形及输出电压U G1K1的波形，调整电位器RP1，使“3”的锯齿波刚出现平顶，记下各波形的幅值与宽度，比较“3”孔电压U3与U5的对应关系。
3．调节脉冲移相范围将NMCL—31A的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压U b（即调RP），使α=180O。
调节NMCL—31A的给定电位器RP1，增加U ct，观察脉冲的移动情况，要求Uct=0时，α=180O，Uct=U max时，α=30O，以满足移相范围α=30O~180O的要求。
图1-1 单相半波可控整流电路4．调节U ct，使α=60O，观察并记录U1~U5及输出脉冲电压U G1K1，U G2K2的波形，并标出其幅值与宽度。
第二章 单相可控整流电路
第三节 单相桥式半控整流电路
一、电阻性负载
◆计算公式与全控桥带电阻性负载时一样。
◆不同点：
（1）晶闸管所承受的最大正、反向
电压均为
2U
。
2
（2）流过整流二极管的电流平均值
和有效值与流过晶闸管的电流平均值和
有效值是一样的。即：
I dD
I dT
0.45U 2 R
1 cos
2
（2-30）
ID
IT
Id
Ud Rd
0.45 U 2 1 cos
R2
（2-2）
☞负载上得到的直流输出电压有效值U和电流有效值I分别为：
U
1
2
2
2U 2 sin(t) d (t) U 2
sin 2 2 4
（2-3）
I U U 2 sin 2
（2-13）
第一节 单相半波可控整流电路
二、电感性负载
2. 加续流二极管VDR
☞晶闸管承受的最大正反向电压UTM仍为 2U 2 ；而续流二 极管承受的最大反向电压UDM也为 2U 2 。晶闸管的最大移 相范围仍是0-180°。
◆单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大；转换 效率低；变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直 流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了 设备的容量。——桥式电路。
☞为解决失控现象→并接续流二极管VDR 。加续流二极管 VDR后，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。
图2-12 单相桥式半控整流电路带电感性负载时的失控现象
图2-13 单相桥式半控整流电路带电感性负载 加续流二极管
2U 2
（2-27）
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)
17
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
10
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
11
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
第一章 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
2) 带阻感负载的工作情况
u2
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
b) 0 ug c) 0 ud
wt1
p
2 p
wt
wt
+
+
发生突变。
讨论负载阻抗角 j 、触发
d)
0 id e) 0 u
VT
a
wt
q
wt
角 a 、晶闸管导通角 θ 的
关系。
VT4并不关断。
i VT i VT u
2
O
d
u
w t
O id O
1,4
w t
Id
Id
Id Id Id
w t w t w t w t
至 ωt=π+a 时刻，晶闸管VT1 和 VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2 和VT3 导通后，VT1 和VT4 承 受反压关断，流过VT1 和VT4 的 电流迅速转移到VT2 和VT3 上， 此过程称换相，亦称换流。
且存在直流成分的缺点，因此仅用于要求不高的小功 率场合。
（一）非正弦电路分析 从上面分析可见，整流电路输出的直流电压都是周期性
有直流成分的非正弦时间函数，不能像正弦量那样直接计算。 但是任何周期性函数都可依靠数学方法，用傅氏级数的形式 分解成一系列不同频率的正弦或余弦函数。
2.1.2 单相桥式全控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路
(1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id 直流输出电压平均值Ud:
1 pp 2U 2 1 cosa 2U(1 cosa ) 0.45U 2 1 cos a U d 1 2U 2 sin wtd (wt ) U d p a 2U 2 sin wtd (wt ) 2p 2 (1 cos a ) 0.45U 2 2 2 a
单相电压型PWM整流毕业设计
单相电压型 PWM 整流电路
目录பைடு நூலகம்
1 绪论 ........................................................................................................................ 0 1.1 概述 ............................................................................................................... 0 2.2 本课题研究的意义....................................................................................... 1 2.3 国内外研究现状........................................................................................... 2 2.4 本论文研究的主要工作............................................................................... 2
单相电压型 PWM 整流
摘要
分析单相电压型 PWM 整流电路(功率因素校正电路)的工作原理和工作模式, 功率因 数校正（PFC）技术诞生与 20 世纪 80 年代，它采用的是高频开关工作方式，具有体积小， 重量轻，效率高，输入功率因素（PF）接近１的优点，采用 PWM 进行控制,其中控制方 法采用的是电流滞环比较法，因硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快，对负载的适 应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量，另外，这种控制方式， 有利于提高电压利用率选择适当的工作模式和工作时序,可使 PWM 整流电路的输出直流电 压得到有效的稳定值。同时也调节了交流侧电流的大小和相位,实现能量在交流侧和直流侧 的双向流动,并使变流装置获得良好的功率因数。最后建立其 Matlab 的仿真模型,验证了设 计的正确性。
单相桥式整流电路设计
1单相桥式整流电路设计单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。
下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。
单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。
弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量 , 使铁心磁化，变压器不能充分利用。
而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。
单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路 2 倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。
单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。
根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。
1.1 元器件的选择1.1.1 晶闸管的介绍晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--SCR ），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代 ; 20 世纪 80 年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。
能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。
晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型 --普通晶闸管。
广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件1)晶闸管的结构晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。
晶闸管有螺栓型和平板型两种封装引出阳极 A 、阴极 K 和门极（或称栅极） G 三个联接端。
对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间内部结构 :四层三个结如图 1.1图 1.1 晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形a)晶闸管外形b)内部结构c)电气图形符号 d)模块外形2)晶闸管的工作原理图晶闸管由四层半导体（ P1、N1、 P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、 J2（ N1P2）、J3（P2N2），并分别从 P1、P2、N2引入 A、G、K 三个电极，如图 1.2(左)所示。
单相桥式半控整流电路
8.2.4 单相桥式半控整流电路在前一节的单相桥式全控整流电路中，由于每次都要同时触发两只晶闸管，因此线路较为复杂。
它是用两只晶闸管来控制同一个导电回路，为了简化电路，实际上可以采用一只晶闸管来控制导电回路，另一只晶闸管用二极管来代替。
可以把图8.13（a）中的晶闸管VT3和VT4换成二极管VD3和VD4，就形成了单相桥式半控整流电路，如图8.18（a）所示。
图8.18 单相桥式半控整流电阻性负载（a）电路图（b）波形图1. 电阻性负载单相桥式控整流电路带电阻性负载时的电路如图8.18（a）所示。
工作情况同桥式全控整流电路时类似，两只晶闸管仍是共阴极连接，即使同时触发两只管子，也只能是阳极电位高的晶闸管导通。
而两只二极管是共阳极连接，总是阴极电位低的二极管导通，因此，在电源正半周一定是VD4正偏，在负半周一定是VD3正偏。
所以，在电源正半周时，触发晶闸管VT1导通，二极管VD4正偏导通，电流由电源a端经VT1和负载及VD4，回电源b端，若忽略两管的正向导通压降，则负载上得到的直流输出电压就是电源电压，即。
在电源负半周时，触发VT2导通，电流由电源b端经VT2和VD3及负载回电源a端，输出仍是，只不过在负载上的方向没变。
在负载上得到的输出波形与全控桥带电阻性负载时是一样的。
因此，式（8.28）~式（8.35）均适合半控桥整流电路。
另外，由图8.18（a）可见。
流过整流二极管的电流平均值和有效值与流过晶闸管的电流平均值和有效值是一样的，即（8.44）（8.45）2. 电感性负载电路如图8.19（a）所示。
在交流电源的正半周区间内，二极管VD4处于正偏状态，在相当于控制角的时刻给晶闸管VT1加触发脉冲，则电源由a端经VT1和VD4向负载供电，负载上得到的电压仍为电源电压，方向为上正下负。
至电源过零变负时，由于电感自感电动势的作用，会使晶闸管VT1继续导通，但此时二极管VD3的阴极电位变得比VD4的要低，所以电流由VD4换流到了VD3。
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单相电移相电路
单相电移相电路作为电器中的一种传输电路方式，它的作用是将来
自单相电源的电流转变为带有相位差的电流，以满足电路中的功率需求。
单相电移相电路有着许多应用，比如在空调、洗衣机、电视等家用电
器中，它们都需要使用单相电移相电路来调节电流，以保证电器的正
常运转。
那么，单相电移相电路是如何工作的呢？以下是它的工作原理和组成
部分：
1. 工作原理
单相电源经过电容器和电阻的串联后，会形成电流滞后电压的幅值。
而当电感线圈与电容并联后，会对电流和电压分别引入电感压降和电
容电压相位差，从而使得当电流达到峰值时，电压会滞后90度。
2. 组成部分
单相电移相电路由两部分构成：一部分是用来建立电容电压的电感线圈，另一部分则是用来建立电流滞后电压的电容器和电阻。
在实际应用中，单相电移相电路存在一些不足之处，比如在满负载时，
电流波形会出现畸变，从而影响电器的使用寿命。
为了解决这些问题，人们逐渐开发出更加先进的三相电移相电路，可以更好地满足功率需
求并降低电器使用的成本。
总之，单相电移相电路是一种应用广泛的电路，经常出现在各种各样
的家用电器和商用设备中。
只有充分了解它的工作原理和组成部分，
我们才能更好地利用它来提高电器的工作效率。