電力電子與變頻器課程設計--單相橋式全控整流電路

1、<p>　　電力電子技術與變頻器</p><p>　　學 院：機械與電子學院</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p>　　班 級：自動化<2>班</p><p&

2、gt;　　專 業(yè)：自動化</p><p>　　2013年11月20日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一.摘要- 1 -</p><p>　　二.單相橋式全控整流電路(電阻性負載)- 2-</p><p>　　1.電路的結構與工作原理-3-</

3、p><p>　　2.單相橋式全波整流電路建模- 4 -</p><p>　　3.仿真結果與分析- 4 -</p><p>　　4.小結- 6 -</p><p>　　三.單相橋式全控整流電路(阻-感性負載)- 6 -</p><p>　　1.電路的結構與工作原理-8 -</p><p

4、>　　2.建模- 11-</p><p>　　3.仿真結果與分析-13-</p><p>　　4.小結- 14 -</p><p>　　心得體會- 16 -</p><p>　　五.參考文獻- 17-</p><p><b>　　摘 要</b></p>&l

5、t;p>　　電子技術的應用已深入到工農業(yè)經濟建設,交通運輸,空間技術,國防現代化,醫(yī)療,環(huán)保,和億萬人們日常生活的各個領域,進入21世紀后電力電子技術的應用更加廣泛,因此對電力電子技術的研究更為重要。近幾年越來越多電力電子應用在國民工業(yè)中,一些技術先進的國家,經過電力電子技術處理的電能已得到總電能的一半以上。本文主要介紹單向橋式全控整流電路的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路圖。</p><p>　　一、單相

6、橋式全控整流電路(電阻性負載)</p><p>　　1.電路的結構與工作原理</p><p><b>　　1.1電路結構</b></p><p>　　圖 1 單相橋式全控整流電路(純電阻負載)的電路原理圖</p><p><b>　　1.2 工作原理</b></p><p>

7、;　　在電源電壓正半波，在wt＜α時，晶閘管VT1，VT4承受正向電壓，晶閘管VT2，VT3承受反向電壓，此時4個晶閘管都不導通，且假設4個晶閘管的漏電阻相等，則ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=α時，晶閘管VT1，VT4滿足晶閘管導通的兩條件，晶閘管VT1，VT4導通，負載上的電壓等于變壓器兩端的電壓U2；在wt=π時，因電源電壓過零，通過晶閘管VT1，VT4的陽極電流小于維持晶閘管導通的條件下降為零，晶閘管關斷；在電源

8、負半波，在wt＜α+π時，觸發(fā)晶閘管VT2，VT3使其元件導通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓（Ud=-U2）和電流，且波形相位相同。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT1，VT4，使其承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)；在wt=2π時，因電源電壓過零，通過晶閘管VT2，VT3的陽極電流小于維持晶閘管導通的條件下降為零，晶閘管關斷。 </p><p><b>　　1.3基本數量關系<

9、;/b></p><p>　　a.直流輸出電壓平均值</p><p><b>　　b.輸出電流平均值</b></p><p><b>　　c.負載電壓有效值</b></p><p><b>　　d.負載電流有效值</b></p><p>　　2.

10、單相橋式全控整流電路建模</p><p>　　在MATLAB新建一個Model，命名為qk1，同時模型建立如下圖所示：</p><p>　　圖 2 單相橋式全控整流電路(電阻性負載)的MATLAB仿真模型</p><p><b>　　2.1模型參數設置</b></p><p>　　在此電路中，輸入電壓的電壓設置為220

11、V，頻率設置為50Hz，電阻阻值設置為1歐姆，電感設置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設置為3V，周期設置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設置為10%，觸發(fā)角分別設置為20°，60°，90°，150°因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通，關斷，所以脈沖出發(fā)周琴應相差180°。</p><p><b>　　a.交流電源參數 </b>

12、</p><p>　　b.同步脈沖信號發(fā)生器參數 </p><p>　　c.負載上的參數設置</p><p><b>　　d.示波器參數</b></p><p>　　示波器五個通道信號從上到下依次是：1.通過晶閘管電流；2.晶閘管電壓；3.輸入電流4.通過負載電流Id；5.負載兩端的電壓Ud。</p>

13、<p><b>　　3 仿真結果與分析</b></p><p>　　a. 觸發(fā)角α=20°，MATLAB仿真波形如下</p><p>　　圖 3 α=20°單相橋式全控整流電路仿真結果(電阻性負載)</p><p>　　b. 觸發(fā)角α=60°，MATLAB仿真波形如下</p><p&

14、gt;　　圖 4 α=60°單相橋式全控整流電路仿真結果(電阻性負載)</p><p>　　c. 觸發(fā)角α=90°，MATLAB仿真波形如下</p><p>　　圖 5 α=90°單相橋式全控整流電路仿真結果(電阻性負載)</p><p>　　d. 觸發(fā)角α=150°，MATLAB仿真波形如下</p><

15、;p>　　圖 6 α=150°單相橋式全控整流電路仿真結果(電阻性負載)</p><p>　　在電源電壓正半波(0~π)區(qū)間，晶閘管承受正向電壓，脈沖UG在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導通，形成負載電流id，負載上有輸出電壓和電流。</p><p>　　在ωt=π時刻，U2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關斷，負載電流為零。</p><

16、;p>　　在電源電壓負半波(π~2π)區(qū)間，晶閘管承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)，負載上沒有輸出電壓，負載電流為零，晶閘管上電壓波形與電源電壓波形相同。情況一直持續(xù)到電源的下個周期的正半波，脈沖信號的來臨。</p><p><b>　　4小結</b></p><p>　　該輸入電壓U2是交變的，但是負載上正負兩個半波內均有相同方向的電流流過，輸出電壓一個周期內跳動兩

17、次，由于橋式整流電路在正負半周期均能工作，變壓器二次繞組在正負班子均有大小相等，方向相反的電流流過，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的有效利用率。</p><p>　　二、單相橋式全控整流電路(阻感性負載)</p><p>　　1.電路的結構與工作原理</p><p><b>　　1.1電路結構</b></p><p&g

18、t;　　圖 7 單相橋式全控整流電路(阻-感性負載)的電路原理圖</p><p><b>　　1.2 工作原理</b></p><p>　?。?）在u2正半波的（0~α）區(qū)間： 晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無觸發(fā)脈沖，處于關斷狀態(tài)。假設電路已工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0～α區(qū)間由于電感釋放能量，晶閘管VT2、VT3維持導通。</p><p>　

19、　（2）在u2正半波的ωt=α時刻及以后：在ωt=α處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導通，電流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次繞組→a流通，此時負載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電源電壓反向加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關斷狀態(tài)。</p><p>　?。?）在u2負半波的（π~π+α）區(qū)間：當ωt=π時，電源電壓自然過零，感應電勢使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導通。在電壓負半波，晶閘管V

20、T2、VT3承受正壓，因無觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關斷狀態(tài)。</p><p>　?。?）在u2負半波的ωt=π+α時刻及以后：在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓 （ud=-u2）和電流。此時電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要

21、導通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。</p><p>　　從波形可以看出α＞90º輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是0～90º?？刂平铅猎?～90º之間變化時，晶閘管導通角θ≡π，導通角θ與控制角α無關。晶閘管承受的最大正、反向電壓</p><p><b>　　1.3基本數量關系</b><

22、;/p><p>　　a.直流輸出電壓平均值</p><p><b>　　b.輸出電流平均值</b></p><p><b>　　2.0電路建模</b></p><p>　　在MATLAB新建一個Model，命名為，同時模qk2, 同時模型建立如下圖所示：</p><p>　　圖

23、8 單相橋式全控整流電路(阻-感性負載)的MATLAB仿真模型</p><p><b>　　2.1模型參數設置</b></p><p>　　在此電路中，輸入電壓的電壓設置為220V，頻率設置為50Hz，電阻阻值設置為1歐姆，電感設置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設置為3V，周期設置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設置為10%，觸發(fā)角分別設置為30°，5

24、0°，90°，150°，因為兩個晶閘管在對應時刻不斷地周期性交替導通，關斷，所以脈沖出發(fā)周琴應相差180°</p><p><b>　　a.交流電源參數</b></p><p>　　b.同步脈沖信號發(fā)生器參數</p><p>　　c.負載上的參數設置</p><p><b&g

25、t;　　d.示波器參數</b></p><p>　　示波器五個通道信號從上到下依次是：1.通過晶閘管電流；2.晶閘管電壓；3.輸入電流.； 4.通過負載電流Id；6.負載兩端的電壓Ud。</p><p><b>　　3 仿真結果與分析</b></p><p>　　a. 觸發(fā)角α=30°，MATLAB仿真波形如下：</

26、p><p>　　圖 9 α=30°單相橋式全控整流電路仿真結果(阻-感性負載)</p><p>　　b. 觸發(fā)角α=50°，MATLAB仿真波形如下</p><p>　　圖 10 α=50°單相橋式全控整流電路仿真結果(阻-感性負載)</p><p>　　c. 觸發(fā)角α=90°，MATLAB仿真波形如下&

27、lt;/p><p>　　圖 11 α=90°單相橋式全控整流電路仿真結果(阻-感性負載)</p><p>　　d. 觸發(fā)角α=150°，MATLAB仿真波形如下</p><p>　　圖 12 α=150°單相橋式全控整流電路仿真結果(阻感性負載)</p><p><b>　　4小結</b><

28、;/p><p>　　通過仿真可得，由于電感的作用，輸出電壓呈現負的波形，當電感無限增大時，控制角a在0~90°之間變化時，晶閘管導通角θ=180°，導通角θ與控制角a無關。</p><p>　　經過自己仿真，在設置脈沖時，不同信號對的晶閘管要給予的脈沖相差180°，無論控制角α多大，輸出電流波形因電感很大而呈一水平線，在電源輸出反向電壓時，晶閘管組還沒有脈沖，由于

29、有電感的存在，電感性負載仍有電流通過，所以通過電阻的電流不變。</p><p><b>　　五、心得體會</b></p><p>　　在整個單向橋式全控整流電路仿真做下來我們知道當其帶電阻性負載時電路中盡管電路的輸入電壓U2是交變的，但負載上正負兩個半波內均有相同方向的電流流過，輸出電壓一個周期內脈動兩次，由于橋式整流電路在正負半周期均能工作，變壓器二次繞組在正負班子

30、均有大小相等，方向相反的電流流過，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的有效利用率。而當我們再加上電感時通過仿真可知，由于電感的作用，輸出電壓出現負波形，在電源輸出反向電壓時，晶閘管組還沒有脈沖，由于有電感的存在，電感性負載仍有電流通過，通過電阻的電流不變。</p><p>　　本次設計，我所設計的是單相橋式全控整流電路，開始設計時我遇到了很多的問題，特別是在用MTALAB對整流電路進行仿真時，我有種很深的無助感

31、。好在后來經過仔細查閱資料，各類圖書，以及老師和同學的幫助，我順利完成了課程設計中的任務。</p><p>　　在仿真過程中遇到過各式各樣的問題，我不斷發(fā)現了自己的不足之處。整個設計過程發(fā)現以前知識掌握得不夠牢固，總是覺得無從下手等等，不過通過自己查資料和問老師，一一都有了解，更對MATLAB有了進一步的認識與熟練。</p><p><b>　　參考文獻</b><

32、;/p><p>　　[1]王兆安,黃俊.電力電子技術[M](第四版)北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[2]邵丙衡.電力電子技術[M]北京：中國鐵道出版社，1997</p><p>　　[3]林渭勛.電力電子技術基礎[M]北京：機械工業(yè)出版社,1990</p><p>　　[4]丁道宏.電力電子技術[M]北京：航空工業(yè)出版社，1