單相橋式全控整流電路阻感負(fù)載課程設(shè)計(jì)matlab

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。因此，通過(guò)電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：1.培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)電路的能力；2.較全面地鞏固和應(yīng)用本課程中所學(xué)的理論和方法，掌握

2、整流電路設(shè)計(jì)的基本方法；3.培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力；4.培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報(bào)告的能力。 </p><p><b>　　1.2 內(nèi)容簡(jiǎn)介</b></p><p>　　介紹了單相橋式全控整流電路的工作原理和主要環(huán)節(jié)，并且分析幾種常用的觸發(fā)角，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用MATlAB軟件分別對(duì)電路的仿真進(jìn)行了設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)了對(duì)單項(xiàng)橋式全控整流電路的仿真，并對(duì)仿真結(jié)

3、果進(jìn)行分析。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、單相橋式相控整流的設(shè)計(jì)要求為： 負(fù)載為阻感性負(fù)載</p><p><b>　　2、技術(shù)要求:</b></p><p>　　1)、電源電壓：交流100V/50Hz</p><p>　　

4、、輸出功率：500W </p><p><b>　　、觸發(fā)角：</b></p><p><b>　　2 課程設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1 整流電路 </p><p>　　單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。

5、而負(fù)載性質(zhì)又分為帶電阻性負(fù)載、電阻-電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況。單相橋式全控整流電路，電阻-電感性負(fù)載，電路簡(jiǎn)圖如下</p><p>　　此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，與單相橋式半控整流電路相比，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。

6、 </p><p>　　單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒(méi)有直流磁化問(wèn)題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　單相全控橋式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負(fù)載下流過(guò)晶閘管的平均電流減小一半，且功率因數(shù)提高了一半。</p><p>　　2.2 主電路的設(shè)計(jì)</p>

7、<p>　　2.2.1電路的組成 </p><p>　　電路組成：該電路為單相橋式全控整流電路，由變壓器﹑四個(gè)晶閘管﹑電感及電阻組成，如圖（a）所示。</p><p>　　2.2.2 電路工作原理及分析</p><p><b>　　1）工作原理：</b></p><p>　　第一階段：

8、 （a）</p><p>　　在U2正半波的（0～α）區(qū)間： 晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，處于關(guān)斷狀態(tài)。假設(shè)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(dǎo)通。 </p><p><b>　　第二階段：</b></p><p>　　

9、在U2正半波的ωt=α?xí)r刻及以后：在ωt=α處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通，電流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次繞組→a流通，此時(shí)負(fù)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(guān)斷狀態(tài)。 </p><p><b>　　第三階段：</b></p><p>　　在U2負(fù)半波的（π～π+α）區(qū)間：當(dāng)ωt=π時(shí)

10、，電源電壓自然過(guò)零，感應(yīng)電勢(shì)使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。</p><p><b>　　第四階段：</b></p><p>　　在U2負(fù)半波的ωt=π+α?xí)r刻及以后：在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源

11、電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓（Ud=-U2）和電流。此時(shí)電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)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(fù)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(shí)，晶閘管導(dǎo)通角θ

12、=π，導(dǎo)通角θ與控制角α無(wú)關(guān)。</p><p>　　2）電路分析:假設(shè)電路已經(jīng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)如圖（b） </p><p>　　在U2正半周期，觸發(fā)角α處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開(kāi)通,Ud=U2。負(fù)載中有電感存在是負(fù)載電流不能突變，電感對(duì)負(fù)載電流起平波作用，假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流連續(xù)，且波形近似為一水平線。</p><p>　　U2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感

13、的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷。 </p><p>　　至ωt=π+α?xí)r刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，VT2和VT3承受正向電壓導(dǎo)通。U2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過(guò)VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過(guò)程稱為換相，亦稱換流。 </p><p>　　3 參數(shù)計(jì)算和晶閘管的選擇</p>&

14、lt;p>　　3.1 參數(shù)關(guān)系 </p><p>　?、佥敵鲭妷浩骄礥d和輸出電流平均值Id </p><p>　?、诰чl管的電流平均值IdT和有效值IT </p><p>　?、圯敵鲭娏饔行е礗和變壓器二次電流有效值I2

15、</p><p>　　④ 晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為: </p><p>　　3.2 參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　1.在阻感負(fù)載下電流連續(xù)，整流輸出電壓的平均值為</p><p>　　2.變壓器二次側(cè)輸出電壓為</p><p>　　3.整流輸出電流平均值為</p><p>　

16、　4.變壓器二次側(cè)電流為</p><p><b>　　電阻為</b></p><p>　　晶閘管承受的最大反向電壓為</p><p><b>　　晶閘管的額定電壓為</b></p><p>　　流過(guò)晶閘管電流有效值為</p><p><b>　　晶閘管的額定電流為&

17、lt;/b></p><p><b>　　延遲時(shí)間為</b></p><p>　　U1=220V U2=100V變壓器變比為</p><p>　　K=U1/U2=220/100=2.2</p><p>　　3.3 晶閘管的選擇</p><p>　　該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連續(xù)且

18、平直的。</p><p>　　晶閘管的額定電壓和晶閘管的額定電流為</p><p>　　4 MATLAB 仿真</p><p>　　4.1 單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載MATLAB建模</p><p>　　利用MATLAB仿真軟件對(duì)單項(xiàng)橋式全控整流電路和控制電路進(jìn)行建模并仿真，單相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載MATLAB建模。</

19、p><p>　　單相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載仿真電路圖如圖所示： </p><p>　　4.2 仿真結(jié)果與分析</p><p>　　當(dāng)延遲角α=60°,U=100V,P=500W，f=50HZ時(shí)波形如圖：</p><p>　?。▎蜗鄻蚴饺貥蜃韪胸?fù)載α=60°）</p><p>　　波形分別為：①

20、U2 ②VT1和VT4脈沖 ③VT2和VT3脈沖 ④VT2和VT3導(dǎo)通電壓 ⑤ VT1和VT4 ⑥Ud ⑦Id</p><p><b>　　5 觸發(fā)電路</b></p><p>　　觸發(fā)電路對(duì)其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求：　?、?觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。 　?、?觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率?！　、?觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后

21、，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。</p><p>　　④ 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。 </p><p>　?、?觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個(gè)周期都以相同的控制角α被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，兩者的頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。</p><p>

22、;<b>　　6 心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這次的MATLAB仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不僅掌握了MATLAB中SIMULINK仿真的使用，還對(duì)單相橋式全控整流電路有了更深刻的認(rèn)識(shí)。在建模的過(guò)程中總結(jié)了以下幾點(diǎn)：1.在單項(xiàng)橋式全控整流電路中，給晶閘管提供觸發(fā)脈沖是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；2.給定正確的觸發(fā)脈沖必須熟悉單項(xiàng)橋式全控整流電路的原理，掌握觸發(fā)脈沖的過(guò)程；3.對(duì)同一個(gè)電路，可以建立不同

23、的SIMULINK模型。我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)的魅力就在于此，既可以加深對(duì)書本上的原理的理解，又可以增強(qiáng)軟件操作的能力。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].王兆安.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[2].洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機(jī)械工業(yè)出社.2006