单相桥式1.docx
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单相桥式1.docx
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单相桥式1
一、单相桥式全控整流电路(电阻性负载)
1电路的结构与工作原理
1.1电路结构
图1单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的电路原理图
1.2工作原理
在电源电压正半波,在wt<α时,晶闸管VT1,VT4承受正向电压,晶闸管VT2,VT3承受反向电压,此时4个晶闸管都不导通,且假设4个晶闸管的漏电阻相等,则ut1(4)=ut2(3)=1/2U2;在wt=α时,晶闸管VT1,VT4满足晶闸管导通的两条件,晶闸管VT1,VT4导通,负载上的电压等于变压器两端的电压U2;在wt=π时,因电源电压过零,通过晶闸管VT1,VT4的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零,晶闸管关断;在电源负半波,在wt<α+π时,触发晶闸管VT2,VT3使其元件导通,电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上,负载上有输出电压(Ud=-U2)和电流,且波形相位相同。
此时电源电压反向施加到晶闸管VT1,VT4,使其承受反向电压而处于关断状态;在wt=2π时,因电源电压过零,通过晶闸管VT2,VT3的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零,晶闸管关断。
2单相桥式全控整流电路建模
在MATLAB新建一个Model,模型建立如下图所示:
图2单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型
2.1模型参数设置
在此电路中,输入电压的电压设置为220V,频率设置为50Hz,电阻阻值设置为2,电感设置为0.01,脉冲输入的电压设置为3V,周期设置为0.02(与输入电压一致周期),占空比设置为10%,触发角分别设置为30°,60°,90°,150°因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通,关断,所以脉冲出发周期应相差180°。
a.交流电源参数
b.同步脉冲信号发生器参数
c.负载上的参数设置
d.示波器参数
示波器五个通道信号从上到下依次是:
1.通过晶闸管电流;2.晶闸管电压;3.输入电流4.通过负载电流Id;5.负载两端的电压Ud。
3仿真结果与分析
a.触发角α=30°,MATLAB仿真波形如下
图3α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)
b.触发角α=60°,MATLAB仿真波形如下
图4α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)
c.触发角α=90°,MATLAB仿真波形如下
图5α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)
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。
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。
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,晶闸管上电压波形与电源电压波形相同。
情况一直持续到电源的下个周期的正半波,脉冲信号的来临。
4小结
在此电路中尽管电路的输入电压U2是交变的,但负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过,输出电压一个周期内脉动两次,由于桥式整流电路在正负半周期均能工作,变压器二次绕组在正负班子均有大小相等,方向相反的电流流过,消除了变压器的直流磁化,提高了变压器的有效利用率。
二、单相桥式全控整流电路(阻感性负载)
1电路的结构与工作原理
1.1电路结构
图6单相桥式全控整流电路(阻感性负载)的电路原理图
1.2工作原理
(1)在u2正半波的(0~α)区间:
晶闸管VT1、VT4承受正压,但无触发脉冲,处于关断状态。
假设电路已工作在稳定状态,则在0~α区间由于电感释放能量,晶闸管VT2、VT3维持导通。
(2)在u2正半波的ωt=α时刻及以后:
在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通,电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通,此时负载上有输出电压(ud=u2)和电流。
电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上,使其承受反压而处于关断状态。
(3)在u2负半波的(π~π+α)区间:
当ωt=π时,电源电压自然过零,感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。
在电压负半波,晶闸管VT2、VT3承受正压,因无触发脉冲,VT2、VT3处于关断状态。
(4)在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后:
在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通,电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通,电源电压沿正半周期的方向施加到负载上,负载上有输出电压(ud=-u2)和电流。
此时电源电压反向加到VT1、VT4上,使其承受反压而变为关断状态。
晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。
从波形可以看出α>90º输出电压波形正负面积相同,平均值为零,所以移相范围是0~90º。
控制角α在0~90º之间变化时,晶闸管导通角θ=π,导通角θ与控制角α无关。
晶闸管承受的最大正、反向电压。
2建模
在MATLAB新建一个Model,模型建立如下图所示:
图7单相桥式全控整流电路(阻感性负载)的MATLAB仿真模型
2.1模型参数设置
在此电路中,输入电压的电压设置为100V,频率设置为50Hz,电阻阻值设置为1欧姆,电感设置为1e-3H,脉冲输入的电压设置为3V,周期设置为0.02(与输入电压一致周期),占空比设置为10%,触发角分别设置为30°,60°,90°,因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通,关断,所以脉冲出发周期应相差180°
a.交流电源参数
b.同步脉冲信号发生器参数
c.负载上的参数设置
d.示波器参数
示波器五个通道信号从上到下依次是:
1.通过晶闸管电流;2.晶闸管电压;3.输入电流;4.通过负载电流Id;6.负载两端的电压Ud。
3仿真结果与分析
a.触发角α=30°,MATLAB仿真波形如下:
图8α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载)
b.触发角α=60°,MATLAB仿真波形如下
图9α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载)
c.触发角α=90°,MATLAB仿真波形如下
图10α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载)
4小结
通过仿真可知,由于电感的作用,输出电压出现负波形,当电感无限增大时,控制角a在0~90°之间变化时,晶闸管导通角θ=180°,导通角θ与控制角a无关。
经过仿真,在设置脉冲时,不同信号对的晶闸管要给予的脉冲相差180°,无论控制角α多大,输出电流波形因电感很大而呈一水平线,在电源输出反向电压时,晶闸管组还没有脉冲,由于有电感的存在,电感性负载仍有电流通过,所以通过电阻的电流不变。
三、单相桥式全控整流电路(反电动势负载)
1电路的结构与工作原理
1.1电路结构
图11单相桥式全控整流电路(反电动势负载)的电路原理图
1.2工作原理
当整流电压的瞬时值ud小于反电势E时,晶闸管承受反压而关断,这使得晶闸管导通角减小。
晶闸管导通时,ud=u2,晶闸管关断时,ud=E。
与电阻负载相比晶闸管提前了电角度δ停止导电,δ称作停止导电角。
若α<δ时,触发脉冲到来时,晶闸管承受负电压,不可能导通。
为了使晶闸管可靠导通,要求触发脉冲有足够的宽度,保证当晶闸管开始承受正电压时,触发脉冲仍然存在。
这样,相当于触发角被推迟,即α=δ。
2建模
在MATLAB新建一个Model,模型建立如下图所示:
图12单相桥式全控整流电路(反电动势负载)的MATLAB仿真模型
2.1模型参数设置
在此电路中,输入电压的电压设置为220V,频率设置为50Hz,电阻阻值设置为1欧姆,电感设置为1e-3H,脉冲输入的电压设置为3V,周期设置为0.02(与输入电压一致周期),占空比设置为10%,触发角分别设置为30°,60°,90°,因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通,关断,所以脉冲出发周琴应相差180°。
a.交流电源参数
b.同步脉冲信号发生器参数
c.负载上的参数设置
d.示波器参数
示波器五个通道信号从上到下依次是:
1.通过晶闸管电流;2.晶闸管电压;3.输入电流.;4.通过负载电流Id;6.负载两端的电压Ud。
3仿真结果与分析
a.触发角α=30°,MATLAB仿真波形如下:
图13α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)
b.触发角α=60°,MATLAB仿真波形如下
图14α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)
c.触发角α=90°,MATLAB仿真波形如下
图15α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(反电动势负载)
4小结
此电路中当电枢电感不足够大时,输出电流波形断续,使晶闸管-电动势系统的机械性变软,为此通常在负载回路串接平波电抗器以减小电流脉动,延长晶闸管导通时间,如果电感足够大,电流就能连续。
单相全控桥式整流电路主要适用于4KW左右的整流电路,与单相半波可控整流电路相比,整流电压脉动减小,每周期脉动两次。
变压器二次侧流过正反两个方向的电流,不存在直流磁化,利用率高。
四、三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
图16三相半波可控整流电路(电阻性负载)的电路原理图
1.2工作原理
(1)在ωt1-ωt2区间,有Uu>Uv,Uu>Uw,U相电压最高,VT1承受正向电压,在ωt1时刻触发VT1导通,导通角θ=120°,输出电压Ud=Uu。
其他两个晶闸管承受反向电压而不能导通。
VT1通过的电流It1与变压器二次侧u相电流波形相同,大小相等,可在负载电阻R两端测试。
(2)在ωt2-ωt3区间,有Uv>Uu,V相电压最高,VT2承受正向电压,在ωt2时刻触发VT2导通,Ud=Uv。
VT1两端电压Ut1=Uu-Uv=Uuv<0,晶闸管VT1承受反向电压关断。
(3)在ωt3-ωt4区间,有Uw>Uv,W相电压最高,VT3承受正向电压,在ωt3时刻触发VT3导通,Ud=Uw。
VT2两端电压Ut2=Uv-Uw=Uvw<0,晶闸管VT2承受反向电压关断。
在VT3导通期间VT1两端电压Ut1=Uu-Uw=Uuw<0。
这样在一个周期内,VT1只导通120°,在其余240°时间承受反向电压而处于关断状态。
2建模
在MATLAB新建一个Model,模型建立如下图所示:
图17三相半波可控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型
2.1模型参数设置
在此电路中,输入电压的电压设置为220V,频率设置为50Hz,电阻阻值设置为1欧姆,脉冲输入的电压设置为3V,周期设置为0.02(与输入电压一致周期),占空比设置为10%,触发角分别设置为30°,60°,90°开始时间0结束时间0.05s。
a.交流电源参数
b.同步脉冲信号发生器参数
c.负载上的参数设置
3仿真结果与分析
a.触发角α=30°,MATLAB仿真波形如下:
图18α=30°三相半波可控整流电路仿真结果(电阻性负载)
b.触发角α=60°,MATLAB仿真波形如下
图19α=60°三相半波可控整流电路仿真结果(电阻性负载)
c.触发角α=90°,MATLAB仿真波形如下
图20α=90°三相半波可控整流电路仿真结果(电阻性负载)
4小结
a=0时的工作原理分析:
晶闸管的电压波形,由3段组成:
第1段,VT1导通期间,为一管压降,可近似为uT1=0。
第2段,在VT1关断后,VT2导通期间,uT1=ua-ub=uab,为一段线电压。
第3段,在VT3导通期间,uT1=ua-uc=uac,为另一段线电压。
a=30时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态,各相仍导电120。
a>30的情况,负载电流断续,晶闸管导通角小于120。
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- 单相