基于matlab的阻感负载单相交流调压电路的仿真实验报告

目录前言 (2)1.主电路设计 (3)1.1.设计内容及技术要求 (3)1.2设计内容 (3)1.3.工作原理 (3)1.4.建模仿真 (9)2.仿真 (11)2.1.电阻性负载仿真波形 (11)2.1.1.波形分析 (16)2.2.阻感性负载（H=0.01） (16)2.2.1.波形分析 (20)2.3.阻感性负载（H=0.1） (20)2.3.1.波形分析 (23)3.触发电路的设计 (23)4.保护电路的设计 (25)4.1过电压的产生及过电压保护 (25)4.2.晶闸管的过电流保护 (26)5．设计体会 (27)参考文献 (28)前言本次课程设计主要是研究单相交流调压电路的设计。

由于交流调压电路的工作情况与负载的性质有很大的关系，交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应电动机或其它电阻电感混合负载等。

交流调压电路是采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸管反并联后串联在每相交流电源与负载之间。

在电源的每半个周期内触发一次晶闸管，使之导通。

与相控整流电路一样，通过控制晶闸管开通时所对应的相位，可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。

其晶闸管可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较快，但它也存在深控时功率因数较低，易产生高次谐波等缺点。

交流调压电路主要应用在电热控制、交流电动机速度控制、交流稳压器等场合，主要有灯光调节，温度调节（如工频加热、感应加热、需控制的家用电器等），泵及风机等异步电动机的软起动，交流电机的调压调速，随电机负载大小自动调压，变压器初级调压（在高压小电流或低压大电流直流电源中，如采用晶闸管相孔整流电路，需要很多晶闸管串联或并联，若采用交流调压电路在变压器初级调压。

其电压电流值都比较合理，在变压器次级只要用二极管整流即可，从而达到减少体积、减低成本的目的）。

与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。

单相交流调压电路的设计与仿真一．实验目的1）单相交流调压电路的结构、工作原理、波形分析。

2) 在仿真软件Matlab中进行单相交流调压电路的建模与仿真，并分析其波形。

二．实验内容（一）单相交流调压电路电路(纯电阻负载)1电路的结构与工作原理1.1电路结构单相交流调压电路的电路原理图（电阻性负载）(截图)1.2 工作原理电阻负载单相交流调压电路中，VT1和VT2可以用一个双向晶闸管代替，在交流电源的正半周和负半周，分别对晶闸管的开通叫进行控制就可以调节输出电压。

正负半周触发角时刻起均为过零时刻。

在稳态情况下。

应使正负半周的触发角相同。

可以看出。

负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流和负载电压的波形相同。

2建模在MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示：单相交流调压电路的MATLAB仿真模型2.1模型参数设置A.Pulse GeneratorB.Pulse Generator 1C.示波器参数第一个波形为晶闸管电流的波形，第二个波形为晶闸管电压的波形，第三个波形为负载电流的波形，第四个波形为负载电压的波形，第五个波形为电源电压的波形，第六个波形为触发脉冲的波形。

3仿真结果与分析a. 触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下：α=0°单相交流调压电路仿真结果(截图)b. 触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：α=60°单相交流调压电路仿真结果(截图)c. 触发角α=120°，MATLAB仿真波形如下：α=120°单相交流调压电路仿真结果(截图)4小结通过设计可以总结出，ɑ的移相范围为0≤ɑ≤π。

ɑ=0时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值，U。

=U1。

随着ɑ的增大，U。

逐渐减小。

知道ɑ=π时，U。

=0。

此外，ɑ=0时，功率因数=1，随着ɑ的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，也逐渐降低。

（二）单相交流调压电路(阻感负载)1电路的结构与工作原理1.1电路结构单相交流调压电路的电路原理图（阻感性负载）(截图)1.2 工作原理当电源电压U2在正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通，在α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT1导通，晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT1关断。

电力电子仿真结果1.单相半波可控整流电路（1）电阻性负载（R=1欧姆，U2=220V,α=30°）接线图电阻性负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入电压与输出电压波形（2）阻感负载（R=1欧姆，L=0.05H，U2=220V,α=30°）接线图阻感负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入电压与输出电压波形（3）阻感负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H，U2=220V,α=30°）有问题接线图阻感负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入与输出电压波形2.单相桥式全控整流电路（1）电阻性负载（R=1欧姆，U2=220V,α=60°）电阻性负载电路图搭建电阻负载输入电压和输出电压对比电阻负载直流电压和电流波形电阻负载时晶闸管T1的波形电流i2的曲线（2）电感性负载（R=1欧姆，L=0.05H,α=60°，U2=220V,）阻感负载电路图搭建阻感负载电压输入与输出波形阻感负载输出电流id阻感负载输出电压ud阻感负载交变时的电流i2阻感负载交变时的电压u2阻感负载VT1的电压波形（3）电感性负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H,α=60°，U2=220V,）电感性负载+续流二极管接线图输入和输出电压波形负载电流负载电压二次侧电流晶闸管两端电压3.单相桥式半空整流电路（1）电阻负载（R=1欧姆，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管电压，二极管电压，二极管电流波形图（2）阻感负载（R=1欧姆，L=0.05H，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管电压，二极管电压，二极管电流波形图（3）阻感负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管VT1电压，二极管VD4电压，二极管VD4电流波形图4.三相半波可控整流电路电阻负载接线图（0°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（电阻0°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（电阻30°）阻感负载接线图（30°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（阻感30°）阻感负载+续流二极管接线图（30°）5．三相全控整流电路电阻负载接线图（30°导通角）三相输入输出电压对比，晶闸管1电压，输出电流电压图形（30°）阻感负载接线图（30°导通角）三相输入输出电压对比，晶闸管1电压，输出电流电压图形（30°）阻感负载+续流二极管接线图（30°导通角）6 降压BUCK电路降压斩波电路（电流连续）接线图BUCK变换器电感电流连续时仿真波形BUCK变换器电感电流断续时仿真波形7 升压Boost电路升压Boost变换器仿真接线图升压Boost变换器连续工作升压Boost变换器断续工作8 单相全桥方波逆变电路单相全桥方波电阻负载逆变电路接线图电阻负载逆变器直流侧电流，输出交流电压电流方波波形单相全桥方波阻感负载逆变电路接线图阻感负载逆变器直流侧电流，输出交流电压电流方波波形9 三相方波逆变电路三相方波逆变电路接线图三相方波逆变电路仿真波形（感性无功=100Var）10单极性的PWM方式下的单相全桥逆变电路在下：输出电压，电流和直流侧电流波形。

一、单相桥式半控整流电路（电阻性负载）1．电路结构与工作原理（1）电路结构Tu1u2it1i2id2VT1VT3VD2VD4id4it3u R2.建模3．仿真结果分析α=30°单相桥式半控整流电路（电阻性负载）α=60°单相桥式半控整流电路（电阻性负载）α=90°单相桥式半控整流电路（电阻性负载）4．小结尽管整流电路的输入电压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、负半周均能工作，变压器二次绕组正在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，消除了变压器的电流磁化，提高了变压器的有效利用率。

二、单相桥式半控整流电路（阻-感性负载、不带续流二极管）1．电路结构与工作原理（1）电路结构L（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（u d=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。

2.建模3．仿真结果分析α=30°单相桥式半控整流电路（阻感性负载）α=60°单相桥式半控整流电路（阻感性负载）α=90°单相桥式半控整流电路（阻感性负载）4．小结电路具有自续流能力，但实用中还需要加设续流二极管VD，以避免可能发生的失控现象。

三、单相桥式半控整流电路（带续流二极管）1．电路结构与工作原理（1）电路结构Tu2it1i2id2VT1VT3VD2VD4id4it3Ru RLulidVDud（2）工作原理接上续流二极管后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管续流，是桥路直流输出端只有1V左右的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断。

单相交流调压电路仿真报告一、实验目的和要求1.加深对单相交流调压电路工作原理的理解；2.加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求；3.掌握单相交流调压电路MATLAB的仿真方法，会设置各个模块的参数。

二、实验模型和参数设置1.总模型图：2.参数设置晶闸管：Ron=1e-3,Lon=1e-6,Vf=0.8, Rs=500, Cs=250e-9.电源：Up=100*1.414, f=50Hz.脉冲发生器：Amplitude=1, period=0.02, Pulse Width=50两个脉冲发生器之间相位相差180度。

负载：R=450Ω。

三、波形记录和实验结果分析单相交流调压电路是一个很简单的交流-交流变流电路，在该模型中为了更清楚的分析波形和工作情况，我将负载设置为纯电阻负载，这样负载电流与负载电压波形相似。

通过分析可以很清楚的知道触发角的移相范围是0到。

当触发角为0时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值。

随着触发角的增大，输出电压逐渐减小，直到触发角为时，输出电压为零。

此外，当触发角为0时，功率因数为1，随着触发角的增大，输入电流滞后于电压并且发生畸变，功率因数λ也逐渐降低。

具体的计算分析如下：负载电压有效值：负载电流有效值：晶闸管电流有效值：()()παπαπωωππα-+==⎰2sin 21d sin 21121o U t t U U R U I o o =())22sin 1(21sin 221121παπαωωππα+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎰R U t d R t U I T功率因数： παπαπλ-+====2sin 211o o 1o o U U I U I U S P。

单相交流调压电路仿真实验报告一、实验目的本实验旨在通过仿真模拟，深入理解单相交流调压电路的工作原理和性能特点，掌握其电压调节原理和操作方法，提高对电力电子技术的理解和应用能力。

二、实验原理单相交流调压电路是通过控制开关器件的通断，调节输入交流电压的幅值和相位，以达到调节输出电压的目的。

根据控制方式的不同，单相交流调压电路可以分为斩波调压和相控调压两种。

本实验采用斩波调压方式。

斩波调压是通过控制开关器件的通断时间，调节输出电压的幅值。

当开关器件导通时，输出电压为输入电压；当开关器件关断时，输出电压为0。

通过调节开关器件的通断时间，可以改变输出电压的平均值，从而实现调节输出电压幅值的目的。

三、实验设备本实验使用MATLAB/Simulink软件进行仿真模拟，实验设备包括计算机、MATLAB/Simulink软件、电源模块、电阻器、电感器和开关器件等。

四、实验步骤1. 打开MATLAB/Simulink软件，新建一个仿真模型；2. 搭建单相交流调压电路的仿真模型，包括电源模块、电阻器、电感器、开关器件等；3. 设置仿真参数，如仿真时间、采样时间等；4. 启动仿真，观察并记录仿真结果；5. 分析仿真结果，包括输出电压的波形、相位、幅值等；6. 调整开关器件的通断时间，观察输出电压的变化，并分析斩波调压原理；7. 整理实验数据和波形，撰写实验报告。

五、实验结果与分析通过仿真模拟，我们得到了单相交流调压电路在不同开关器件通断时间下的输出电压波形。

从实验结果可以看出，当开关器件导通时间越长，输出电压的幅值就越高；当开关器件关断时间越长，输出电压的幅值就越低。

这个结果表明斩波调压原理是可行的。

此外，我们还观察了输出电压的相位变化。

当开关器件导通时，输出电压与输入电压同相位；当开关器件关断时，输出电压为0。

这说明斩波调压方式不会改变输出电压的相位。

六、结论与总结通过本次单相交流调压电路的仿真实验，我们深入了解了斩波调压电路的工作原理和性能特点，掌握了其电压调节方法和操作技巧。

目录一、单相交流调压电路（电阻负载） 11 原理图 12 建立仿真模型 13 仿真波形 34 小结 5二、单相交流调压电路（阻感负载） 61 原理图 62建立仿真模型 63 仿真波形 74 小结 8一、单相交流调压电路（电阻负载）1 原理图图1-1为纯电阻负载的单相调压电路。

图中晶闸管VT1和VT2反并联连接与负载电阻R串联接到交流电源U2上。

当电源电压正半周开始时出发VT1，负半周开始时触发VT2，形同一个无触点开关，允许频繁操作，因为无电弧，寿命特长。

在交流电源的正半周时，触发导通VT1，导通角为=；在负半周+时，触发导通VT2，导通角为=。

负载端电压为下图所示斜线波形。

这时负载电压U为正弦波的一部分，宽度为（），若正负半周以同样的移相角触发VT1和VT2，则负载电压U的宽度会发生变化，那么负载电压有效值也将随角而改变，从而实现交流调压。

图1 -1单相交流调压电路的电路（电阻负载）原理图2 建立仿真模型根据原理图用MATLAB软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。

图1-2 单相交流调压电路电路（电阻负载）的MATLAB仿真模型仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0.0结束时间2.0如图1-3。

图1-3 仿真时间参数电源参数，如图1-4。

图1-4 交流电源参数触发脉冲参数设置，如图1-5、1-6。

图1-5 触发脉冲参数图1-6 触发脉冲参数3 仿真波形设置触发脉冲α分别为0°、60°、120°、180°。

与其产生的相应波形分别如图1-6、图1-7、图1-8、图1-9。

在波形图中第一列波为触发脉冲波形，第二列波为晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形。

图1-6 α=0°单相交流调压电路（电阻负载）仿真结果图1-7 α=60°单相交流调压电路（电阻负载）仿真结果图1-8 α=120°单相交流调压电路（电阻负载）仿真结果图1-9 α=180°单相交流调压电路（电阻负载）仿真结果4 小结在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管Ug1承受正向电压，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。

实验一：单相交流调压电路(电阻负载)一、 实验容对单相交流调压电路的原理能够理解，并能够通过MATLAB 仿真得出当α为不同角度时的仿真波形。

最后通过分析仿真波形来了解单相交流调压电路（电阻负载）的工作情况。

电路模型由交流电源、反并联的两个晶闸管、触发模块、电阻负载组成。

单相交流调压电路（电阻负载）如图1-1所示。

我所要分析的问题是α为不同值时，输出电压及电流的波形变化。

图1-1二、 实验原理图1-1为纯电阻负载的单相调压电路。

图中晶闸管VT1和VT2反并联连接与负载电阻R 串联接到交流电源U 2上。

当电源电压正半周开始时出发VT1，负半周开始时触发VT2，形同一个无触点开关，允许频繁操作，因为无电弧，寿命特长。

在交流电源的正半周αω=t 时，触发导通VT1，导通角为1θ= απ-；在负半周αω=t +π时，触发导通VT2，导通角为2θ= απ-。

负载端电压U 为下图所示斜线波形。

这时负载电压U 为正弦波的一部分，宽度为（απ-），若正负半周以同样的移相角α触发VT1和VT2，则负载电压U 的宽度会发生变化，那么负载电压有效值也将随α角而改变，从而实现交流调压。

三、 实验步骤在MATLAB 新建一个Model ，命名为zuxingfuzai ，同时模型建立如下图所示图1-2 电阻负载的电路建模图四、仿真结果仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.06，其他的选项为默认设置。

模型参数设置参数设置为频率（Frequency）为50Hz，电压幅值100V，“measurements”测量选“V oltage” 其他为默认设置，如图所示触发信号uG1参数设置：幅值（Amplitude）电压为12V；周期（Period）为0.02s；占空比（Pulse Width）为40%；时相延迟（Phase delay）为（α*0.02/360）其他为默认设置，如图所示。

《电力电子技术及EDA 》实验报告 姓名：毛镜涛 班级：机自085 学号:200810301567 实验一 单相可控整流电路的MATLAB/SIMULINK 仿真实验1、单相半波可控整流（阻性负载）的MATLAB/SIMULINK 仿真波形图α=0０α=30０α=45０α=90０2、单相半波可控整流电路（组感性负载）的MATLAB/SIMULINK 仿真 波形图α=0０α=30０α=45０u gi di Tu di Du T3、单相桥式半控整流电路（电阻性负载）的MATLAB/SIMULINK 仿真 波形图α=45０4、单相桥式全波可控整流电路（电阻性负载）的MATLAB/SIMULINK 仿真 波形图α=45０5、单相桥式全控整流电路（阻感性负载）的MATLAB/SIMULINK 仿真 波形图α=45０6、单相桥式全波可控整流电路（反电动势性负载）的MATLAB/SIMULINK 仿真 波形图α=45０实验二 三相可控整流电路的MATLAB/SIMULINK 仿真实验1、三相半波可控整流电路（电阻性负载）的MATLAB/SIMULINK 仿真 仿真模型：仿真波形：2、三相桥式半控整理电路（电阻性负载）的MATLAB仿真仿真模型：仿真波形：i T1u akidu dα=30０3、三相桥式全控整流电路（电阻性负载）的MATLAB/SIMULINK仿真仿真模型;仿真波形图2实验三 直流—交流变换MATLAB/SIMULINK 实验1、单相桥式全控整流及逆变MATLAB/SIMULINK 仿真 仿真模型：仿真波形：u aki du d2、三相半波整流及有源逆变电路的MATLAB/SIMULINK 仿真 仿真模型：仿真波形：3、三相桥式及有源逆变电路的 MATLAB/SIMULINK 仿真仿真模型：仿真波形：4、正弦波脉宽调制逆变器的MATLAB/SIMULINK 仿真仿真模型：仿真波形：实验四直流---直流变换MATLAB/SIMULINK实验1、降压式变换器的MATLAB/SIMULINK仿真波形图3、波形图波形图4、CUK 直流斩波器的MATLAB/SIMULINK 仿真波形图实验五交流—交流变换MATLAB/SIMULINK实验1、单相交流调压电路的MATLAB仿真波形图2、三相交流调压电路的MATLAB仿真三相反并联连接的晶闸管电路子系统波形图。

实验三单相和三相交流调压电路实验一、实验目的(1)．加深理解交流调压电路的工作原理。

(2)．加深理解单相交流调压感性负载时对移相范围要求。

(2)．加深理解三相交流调压阻性负载时的工作情况。

二、实验设备及仪器(１)．计算机(２)．MATLAB软件三、注意事项（1）在单相电阻电感负载时，当α<ϕ时，若脉冲宽度不够会使负载电流出现直流分量。

（2）三相电路中，触发脉冲要选择双脉冲。

（3）仿真时间不宜太长，一般几个电源周期即可（4）晶闸管器件选择“普通晶闸管”，而不是详细模型的晶闸管。

（5）电气仿真时，一定要有“powergui”模块在仿真界面中才可以仿真成功。

四、实验步骤(１) 单相交流调压器带电阻性负载电路原理图如下图所示图1交流调压电路电阻性负载原理图基本参数为：交流电源：220V，50Hz电阻负载：10欧姆α=，120°，150°时负载侧电压、电流要求：搭建仿真电路，分别输出60波形及电源侧电压波形，并显示负载电压的有效值。

记录波形并分析触发角的移相范围。

步骤1：搭建主电路(a)搭建如图2所示主电路仿真中模型的提取路径是：交流电源：simpowersystem\Electrical sources\AC Voltage Source晶闸管： simpowersystem\Power Electronics\thyristor电阻： simpowersystem\Elements\series RLC Branch(b)设置参数根据已知条件设置电源和负载参数，晶闸管可用默认参数。

图2电阻负载主电路部分步骤二：搭建触发电路（a）触发电路利用脉冲发生器实现，如图3所示图3 脉冲触发电路触发脉冲提取路径为： simulink\Sources\Pulse Genetator(b)设置参数脉冲类型：Time based时间：Use simulation time脉冲幅值：1.0脉冲宽度：5脉冲周期：（自己思考）脉冲延时：（单位：秒；触发角不同，延时不同。