整流电路MATLAB仿真实验
更新时间:2024-05-30 06:21:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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
一、 实验内容
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。
二、 实验原理 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=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。在触发角?处给VT1和VT4加触发脉冲,VT1和VT4即导通,电流从电源a端经VT1、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,VT1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
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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=E。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?
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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
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2) 阻感性负载电路
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
图1-6单相桥式全控整流电路带反电动势阻感负载时的仿真模型
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2. 参数设置
交流电源U2:峰值(peak amplitude, 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(pulse width, % of period)=0.001 滞后相位(phase delay, s)=0.003333
滞后相位=α/360×0.02(α为触发角,单位为角度)
脉冲发生器2(ug2):振幅(Amplitude)=1.1
周期(period, s)=0.02
脉冲宽度(pulse width, % of period)=0.001 滞后相位(phase delay, s)=0.013333 (α=60?)
滞后相位=0.01+α/360×0.02(α为触发角,单位为角度)
晶闸管VT1、VT2、VT3和VT4 :内部电阻(Resistance Ron ,Ohms)=0.001 电感经度(Inductance Lon ,H)=0
正向电压(Forward voltage Vf ,V)=0.8
阻尼器电阻(Snubber resistance Rs ,Ohms) =100 吸收电容(Snubber capacitance Cs ,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α=0?、30?、60?、90?、120?时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。
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3) α=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α=90°的波形
4) α=120°时仿真波形
图1-17单相桥式全控整流电路反电动势阻感负载时α=120°的波形
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实验二:三相半波可控整流电路的MATLAB仿真
一、 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?t1~?t2期间,a相电压最高,VD1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
?t1的位置即?t4时刻,VD1又导通,重复前一周期的工作情况。一周期中VD1、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。
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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VT1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。
图2-2 三相半波可控整流电路阻感负载时的电路
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2-3、图2-4所示。
1) 电阻性负载电路图
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图2-3三相半波可控整流电路带电阻负载时的仿真模型
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
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2. 参数设置
交流电源U2:峰值(peak amplitude, 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(pulse width, % of period)=5
1(ug1):滞后相位(phase delay, s)=(α+30)/360×0.02 2(ug2):滞后相位(phase delay, s)=(α+150)/360×0.02 3(ug3):滞后相位(phase delay, s)=(α+270)/360×0.02
晶闸管VT1、VT2、VT3 :内部电阻(Resistance Ron ,Ohms)=0.001
电感经度(Inductance Lon ,H)=0 正向电压(Forward voltage Vf ,V)=0.8
阻尼器电阻(Snubber resistance Rs ,Ohms) =500 吸收电容(Snubber capacitance Cs ,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α=0?、30?、60?、90?时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。
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四、 仿真结果 1. 电阻性负载
1) α=0°时仿真波形
图2-5三相半波可控整流电路电阻负载时α=0°的波形
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2) α=60°时仿真波形
图2-6三相半波可控整流电路电阻负载时α=60°的波形
3) α=90°时仿真波形
图2-7三相半波可控整流电路电阻负载时α=90°的波形
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当控制角α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α=150°时,输出电压为零。所以此电路的移相范围是0°~150°。
当α≤30°时,电压电流波形连续,各相晶闸管导通角均为120°; 当α>30°时电压电流波形间断,各相晶闸管导通角为150°-α。
2. 阻感性负载
1) α=30°时仿真波形
图2-8三相半波可控整流电路阻感负载时α=30°的波形
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2) α=60°时仿真波形
图2-9三相半波可控整流电路阻感负载时α=60°的波形
3) α=90°时仿真波形
图2-10三相半波可控整流电路阻感负载时α=90°的波形
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