整流电路MATLAB仿真实验

1整流电路仿真实验实验一：单相桥式全控整流电路的MATLAB仿真一、实验内容掌握单相桥式全控整流电路的工作原理；熟悉仿真电路的接线、器件及其参数设置；明确对触发脉冲的要求；观察在电阻负载、阻感负载和反电动势阻感负载情况下，控制角取不同值时电路的输出电压和电流的波形。二、实验原理1.电阻性负载工作原理在单相桥式全控整流电路中，闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，id=0，ud=0，VT1、VT4串联承受电压u2。在触发角处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。在u2负半周，仍在触发角处触发VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。整流电路图如图1-1所示。图1-1单相桥式全控整流电路带电阻负载时的电路22.阻感性负载工作原理电路如图1-2所示，在u2正半周期触发角处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线。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。t=+时刻，触发VT2和VT3导通，u2通过VT2和VT3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VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。图1-2单相桥式全控整流电路带阻感负载时的电路3.反电动势阻感负载工作原理当负载为蓄电池、直流电动机的电枢等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。晶闸管导通之后，ud=u2，id=(ud-E)/R，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。当时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。整流电路图如图1-3所示。3图1-3单相桥式全控整流电路带反电动势阻感负载时的电路三、实验步骤1.搭建实验电路图根据实验原理图，在MATLAB/SIMULINK软件中，电力电子模块库建立相应的仿真模型，如图1-4、图1-5、图1-6所示。1)电阻性负载电路图1-4单相桥式全控整流电路带电阻负载时的仿真模型42)阻感性负载电路图1-5单相桥式全控整流电路带阻感负载时的仿真模型3)反电动势阻感负载电路图1-6单相桥式全控整流电路带反电动势阻感负载时的仿真模型52.参数设置交流电源U2：峰值（peakamplitude,V）=100V频率（Frequency,Hz）＝50脉冲发生器1(ug1)：振幅（Amplitude）=1.1周期（period,s）＝0.02脉冲宽度（pulsewidth,%ofperiod）＝0.001滞后相位（phasedelay,s）=0.003333滞后相位=α/360×0.02（α为触发角，单位为角度）脉冲发生器2(ug2)：振幅（Amplitude）=1.1周期（period,s）＝0.02脉冲宽度（pulsewidth,%ofperiod）＝0.001滞后相位（phasedelay,s）=0.013333(α=60˚)滞后相位=0.01+α/360×0.02（α为触发角，单位为角度）晶闸管VT1、VT2、VT3和VT4：内部电阻（ResistanceRon，Ohms）=0.001电感经度（InductanceLon，H）=0正向电压（ForwardvoltageVf，V）=0.8阻尼器电阻（SnubberresistanceRs，Ohms）=100吸收电容（SnubbercapacitanceCs，F）=4.7e-6负载中的RLC串连之路R：电阻值（resistance,ohms）=2L：电感量（inductance,H）=10e-3C：电容量（capacitance,F）=inf负载中的反电势E：幅值（amplitude,V）=503.波形调试在α=0˚、30˚、60˚、90˚、120˚时记录示波器给出的波形，将不同控制角时得到的Ud、Id、UVT1、IVT1、UVT3、IVT3与理论波形相比较，进行分析。6四、仿真结果1.电阻性负载电路仿真结果1)α=30°时仿真波形图1-7单相桥式全控整流电路电阻负载时α=30°的波形2)α=60°时仿真波形7图1-8单相桥式全控整流电路电阻负载时α=60°的波形3)α=90°时仿真波形图1-9单相桥式全控整流电路电阻负载时α=90°的波形84)α=120°时仿真波形图1-10单相桥式全控整流电路电阻负载时α=120°的波形2.阻感性负载电路仿真结果1)α=30°时仿真波形图1-11单相桥式全控整流电路阻感负载时α=30°的波形92)α=60°时仿真波形图1-12单相桥式全控整流电路阻感负载时α=60°的波形3)α=90°时仿真波形图1-13单相桥式全控整流电路阻感负载时α=90°的波形103.反电动势阻感负载电路仿真结果1)α=0°时仿真波形图1-14单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=0°的波形2)α=60°时仿真波形图1-15单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=60°的波形113)α=90°时仿真波形图1-16单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=90°的波形4)α=120°时仿真波形图1-17单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=120°的波形12实验二：三相半波可控整流电路的MATLAB仿真一、实验内容掌握三相半波可控整流电路的工作原理；熟悉仿真电路的接线、器件及其参数设置；明确对触发脉冲的要求；观察在电阻负载和阻感负载情况下，控制角取不同值时电路的输出电压、电流以及晶闸管的电流电压波形。二、实验原理1.电阻性负载工作原理三相半波可控整流电路如图2-1所示。为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。三个晶闸管按共阴极接法连接,这种接法触发电路有公共端，连线方便。图2-1三相半波可控整流电路电阻负载时的电路假设将晶闸管换作二极管，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。在一个周期中，器件工作情况如下：在t1~t2期间，a相电压最高，VD1导通，ud=ua；在t2~t3期间，b相电压最高，VD2导通，ud=ub；在t3~t4期间，c相电压最高，VD3导通，ud=uc。此后，在下一周期相当于t1的位置即t4时刻，VD1又导通，重复前一周期的工作情况。一周期中VD1、VD2、VD3轮流导通，每管各导通120°，ud波形为三个相电压在正半周期的包络线。132.阻感性负载工作原理若负载为阻感负载，且L值很大，电路如图2-2所示。整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。≤30时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。30时，当u2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。若增大,ud波形中负的部分将增多,至=90时,ud波形中正负面积相等,ud的平均值为零。图2-2三相半波可控整流电路阻感负载时的电路三、实验步骤1.搭建实验电路图根据实验原理图，在MATLAB/SIMULINK软件中，电力电子模块库建立相应的仿真模型如图2-3、图2-4所示。1)电阻性负载电路图14图2-3三相半波可控整流电路带电阻负载时的仿真模型2)阻感性负载电路图图2-4三相半波可控整流电路带阻感负载时的仿真模型152.参数设置交流电源U2：峰值（peakamplitude,V）=100频率（Frequency,Hz）＝50A（Phase,deg）=0B（Phase,deg）=-120C（Phase,deg）=120脉冲发生器：振幅（Amplitude）=1.1周期（period,s）＝0.02脉冲宽度（pulsewidth,%ofperiod）＝51(ug1)：滞后相位（phasedelay,s）=（α+30）/360×0.022(ug2)：滞后相位（phasedelay,s）=（α+150）/360×0.023(ug3)：滞后相位（phasedelay,s）=（α+270）/360×0.02晶闸管VT1、VT2、VT3：内部电阻（ResistanceRon，Ohms）=0.001电感经度（InductanceLon，H）=0正向电压（ForwardvoltageVf，V）=0.8阻尼器电阻（SnubberresistanceRs，Ohms）=500吸收电容（SnubbercapacitanceCs，F）=250e-9负载中的RLC串连之路R：电阻值（resistance,ohms）=10L：电感量（inductance,H）=10e-33.波形调试在α=0˚、30˚、60˚、90˚时记录示波器给出的波形，将不同控制角时得到的U2、Ud、Id、UVT1、IVT1与理论波形相比较，进行分析。16四、仿真结果1.电阻性负载1)α=0°时仿真波形图2-5三相半波可控整流电路电阻负载时α=0°的波形172)α=60°时仿真波形图2-6三相半波可控整流电路电阻负载时α=60°的波形3)α=90°时仿真波形图2-7三相半波可控整流电路电阻负载时α=90°的波形18当控制角α为零时输出电压最大，随着控制角增大，整流输出电压减小，到α=150°时，输出电压为零。所以此电路的移相范围是0°～150°。当α≤30°时，电压电流波形连续，各相晶闸管导通角均为120°；当α30°时电压电流波形间断，各相晶闸管导通角为150°-α。2.阻感性负载1)α=30°时仿真波形图2-8三相半波可控整流电路阻感负载时α=30°的波形192)α=60°时仿真波形图2-9三相半波可控整流电路阻感负载时α=60°的波形3)α=90°时仿真波形图2-10三相半波可控整流电路阻感负载时α=90°的波形