整流电路MATLAB仿真实验.docx
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整流电路MATLAB仿真实验
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
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。
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=O,ud=O,VTi、VT4串联承受电压U2。
在触发角处给VTi和VT4加触发脉冲,VTi和VT4即导通,电流从电源a端经VTi、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,VTi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
2.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=Eo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。
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
2)阻感性负载电路
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cd So? re 1丄 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 tinUQLF; 呼I叱yut FfiJ ^FK-sr”訓歸C" acizav 2.参数设置 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=a/360x0.02a为触发角,单位为角度) 脉冲发生器2(ug2): 振幅(Amplitude)=1.1 周期(period,0.02 脉冲宽度(pulsewidth,%ofperiod)=0.001滞后相位(phasedelay,s=0.013333(a=60? ) 滞后相位=0.01+a/360x0.02a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=2 L: 电感量(inductance,H)=10e-3 C: 电容量(capacitance,F=inf 负载中的反电势E: 幅值(amplitude,V)=50 3.波形调试 在a=0? 30? 、60? 、90? 、120? 寸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。 四、仿真结果 1.电阻性负载电路仿真结果 1)狞30。 时仿真波形 图1-7单相桥式全控整流电路电阻负载时《=30°的波形 2)狞60。 时仿真波形 图1-8单相桥式全控整流电路电阻负载时《=60°的波形 3)狞90。 时仿真波形 图1-9单相桥式全控整流电路电阻负载时《=90°的波形 4)狞120。 时仿真波形 2.阻感性负载电路仿真结果 1)狞30。 时仿真波形 图1-11单相桥式全控整流电路阻感负载时尸30°的波形 2)狞60。 时仿真波形 3)狞90。 时仿真波形 3.反电动势阻感负载电路仿真结果 1)a=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尸0°的波形 2)a=60。 时仿真波形 3)狞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0=90°的波形 4)0=120。 时仿真波形 实验二: 三相半波可控整流电路的MATLAB仿真 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ti~t2期间,a相电 压最高,VDl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ti的位置即t4时刻,VDi又导通,重复前一周期的工作情况。 一周期中VDi、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。 2.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VTi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。 三、实验步骤 1.搭建实验电路图 根据实验原理图,在MATLAB/SIMULIN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 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 2.参数设置 交流电源U2: 峰值(peakamplitude,V)=100 频率(Frequency,HZ=50 A(Phase,deg)=0 B(Phase,deg)=-120 C(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)=5 1(ug1): 滞后相位(phasedelay,S=(a+30/360>0.02 2(ug2): 滞后相位(phasedelay,S=(a+150/360>.02 3(ug3): 滞后相位(phasedelay,s=(a+270/360>.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=10 L: 电感量(inductance,H)=10e-3 3.波形调试 在a=0? 30? 、60? 、90? 寸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。 四、仿真结果 1.电阻性负载 1)a=0°时仿真波形 图2-5三相半波可控整流电路电阻负载时贰0°的波形 2)狞60。 时仿真波形 图2-6三相半波可控整流电路电阻负载时贰60°的波形 3)狞90。 时仿真波形 图2-7三相半波可控整流电路电阻负载时a=90°的波形 当控制角a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0=150°时,输出电压为零。 所以此电路的移相范围是0°〜150°。 当a<30时,电压电流波形连续,各相晶闸管导通角均为120。 ;当0>30。 时电压电流波形间断,各相晶闸管导通角为150。 -a 2.阻感性负载 1)a=30。 时仿真波形 图2-8三相半波可控整流电路阻感负载时a=30°的波形 2)狞60。 时仿真波形 图2-9三相半波可控整流电路阻感负载时a=60°的波形 3)狞90。 时仿真波形 图2-10三相半波可控整流电路阻感负载时《=90°的波形
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