单相桥式全控整流电路的仿真与分析

I 电力电子技术实验报告

实验名称： 单相桥式全控整流电路的仿真与分析

班 级： 自动化091

组 别： 第2组

成 员： 潘英俏 邬祎添

金华职业技术学院信息工程学院

2011 年 9月 日

I 目录

一、 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）……………………………………-1-

1. 电路的结构与工作原理………………………………………………….-1-

2. 建模……………………………………………………………………….-2-

3. 仿真结果与分析………………………………………………………….-4-

4. 小结……………………………………………………………………….-6-

二、 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）…………………………………...-6-

1. 电路的结构与工作原理…………………………………………………...-6-

2. 建模………………………………………………………………………...-7-

3. 仿真结果与分析…………………………………………………………...-9-

4. 小结………………………………………………………………………...-11-

三、 单相桥式全控整流电路（反电动势负载）………………………………….-11

1. 电路的结构与工作原理…………………………………………………..-11-

2. 建模………………………………………………………………………-12-

3． 仿真结果与分析………………………………………………………….-14-

4. 小结………………………………………………………………………-16-

四、 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）……………………-17-

1.电路的结构与工作原理…………………………………………………….-17-

2.建模………………………………………………………………………….-18-

3.仿真结果与分析…………………………………………………………….-19-

4.小结………………………………………………………………………….-22-

五、总结……………………………………………………………………………..-22-

II 图索引

图1 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图.........................-1-

图2 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的MATLAB仿真模型....................-2-

图3 α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）……………………………-4-

图4 α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）……………………………-4-

图5 α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）……………………………-5-

图6 α=120°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）…………………………-5-

图7 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图……………………….………-6-

图8 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的MATLAB仿真模型…………………………-7-

图9 α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）……………………………-9-

图10 α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）…………………………-10-

图11 α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）…………………………-10-

图12 α=120°单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）…………………………-11-

图13 单相桥式全控整流电路（反电动势负载）的电路原理图……………………………-11-

图14 单相桥式全控整流电路（反电动势负载）的MATLAB仿真模型………………………-12-

图15 α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）………………………-15-

图16 α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）………………………-15-

图17 α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）………………………-16-

图18 α=120°单相桥式全控整流电路仿真结果（反电动势负载）………………………-16-

图19 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）的电路原理图……………-17-

图20 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）MATLAB仿真模型…………-18-

图21 α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)…………-20-

图22 α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)…………-20-

图23 α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)…………-21-

图24 α=120°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻-感性负载加续流二极管)…….…-21-

1 单相桥式全控整流电路仿真建模分析

一、 单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)

1.电路的结构与工作原理

1.1电路结构

U1U2UdId+-TVT3VT1VT2VT4abR

图1 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图

1.2 工作原理

用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。

（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。四个晶闸管都不通。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则uT1.4= uT2.3=1/2 u2。

（2）在u2正半波的ωt=α时刻：

触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，负载上有电压（ud=u2）和电流输出，两者波形相位相同且uT1.4=0。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态，则uT2.3=1/2 u2。晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。

（3）在u2负半波的（π~π+α）区间：

晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。此时，uT2.3=uT1.4= 1/2 u2。

（4）在u2负半波的ωt=π+α时刻：

触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→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。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、VT4

2 和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。

1.3基本数量关系

a.直流输出电压平均值

2cos19.02cos122)(sin21222UUtdtUUd

b.输出电流平均值

2cos19.02RURUIdd

2.建模

在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu4，同时模型建立如下图所示：

图2 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.交流电源参数 3

b.同步脉冲信号发生器参数

c.示波器参数

示波器五个通道信号依次是：①通过晶闸管电流Ial；②晶闸管电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud。

d.电阻R=1欧姆

4 3 仿真结果与分析

a. 触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下：

图3 α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）

b. 触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

图4 α=60°单相桥式全控整流电流仿真结果（纯电阻负载）

c. 触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下： 5

图5 α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）

d. 触发角α=120°，MATLAB仿真波形如下：

图6 α=120°单相桥式全控整流电路仿真结果（纯电阻负载）

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VT1和VT4，晶闸管VT1,VT4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VT1和VT4承受反向电压而处于关断状态，晶闸管VT2和VT3承受正向电压，脉冲UG在ωt=α处触发，晶闸管VT2,VT3开始导通，形成

6 负载电流id，负载上有输出电压和电流。

4小结

在单项全控桥式整流电路电阻性负载电路中（图4-1），要注意四个晶闸管1，4和晶闸管2，3的导通时间相差半个周期。

脉冲发生器参数设置公式：（1/50）*（α/360）。

在这次的电路建模、仿真与分析中，我对电路的建模仿真软件熟练了很多，对电路的了解与分析也加深了很多，比如晶闸管压降的变化，负载电流的变化。

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

U1U2UdId+-TVT3VT1VT2VT4abR

图7 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，