单向半波可控整流电流MATLAB仿真实验报告.docx
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单向半波可控整流电流MATLAB仿真实验报告
单向半波可控整流电流MATLAB仿真实验报告
单向半波可控整流电流MATLAB仿真一、单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)电路结构
图1-1是单向半波可控整流电路原理图,晶闸管作为开关元件,变压器T起变换电压和隔离的作用。
uT
idT
uG
u1u2Rud
图1-1单向半波可控整流电路(电阻性负载)
(2)工作原理
1)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。
2)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。
3)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。
直到电源电压u2的下一周期的正半波,脉冲uG在ωt=2π+α处又触发晶闸管,晶闸管再次被触发导通,输出电压和电流又加在负载上,如此不断重复。
2.建模
(1)元器件及功能简介
1)晶闸管:
晶闸管是一种能够通过控制信号控制其导通,但不能控制其关断的半控型
器件。
其导通时刻可控,满足了调压要求。
它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、
维护简单、操作方便和寿命长等特点,获得了广泛的应用。
晶闸管也有许多派生器件,
如快速晶闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT)和光控晶闸管(LATT)
等。
晶闸管导通必须同时具备两个条件:
一、晶闸管主电路加正向电压。
二、晶闸管控制电路加合适的正向电压。
图1-2单相半波可控整流电路(电阻性)
3.仿真结果分析
1)延迟角α=30º,负载R=1Ω,L=0H,peakamplitude=10V,phase=0deg,frequency=50HZ;
图1-3α=30º单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)
2)延迟角α=60º,负载R=1Ω;L=0H,peakamplitude=10V,phase=0deg,frequency=50HZ;
图1-4α=60º单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)
3)延迟角α=90º负载R=1Ω;L=0H;peakamplitude=10V;phase=0deg;frequency=50HZ;
图1-5α=90º单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)
4.小结
可以看出,仿真波形与理论分析波形、实验波形结果非常相符,通过改变触发脉冲控制角α的大小,直流输出电压ud的波形发生变化,负载上的输出平均值发生变化。
由于晶闸管只在电源电压正半波区间内导通,输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流。
二、单向半波可控整流电路(阻-感性负载)1(电路的结构与工作原理
(1)电路结构
单向半波阻-感性负载整流电路如图1-8所示,当负载中感抗远远大于电阻时称为阻-感性
负载。
uTidT
VTuLL
u1u2uduRR
图1-8单相半波可控整流电路(阻-感性)
(2)工作原理
1)在ωt=0~α期间:
晶闸管承受正向阳极电压,但没有触发脉冲,晶闸管处于正向关断状态,输出电压、电流都等于零。
2)在ωt=α时刻,门极加上触发脉冲,晶闸管被触发导通,电源电压u2加到负载上,输出电压ud=u2。
由于电感的存在,在ud的作用下,负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。
3)在ωt=ωt1~ωt2期间:
输出电流从零增至最大值。
在id的增长过程中,电感产生的感应电势力图阻止电流增大,电源提供的能量一部分供给负载电阻,另一部分转变成电感的储能。
4)在ωt=ωt2~ωt3期间:
负载电流从最大值开始下降,电感电压uL=Ldi/dt改变方向,电感释放能量,企图维持电流不变。
5)在ωt=π时,交流电压u2过零,但由于电感电压的存在,晶闸管阳、阴极的电压仍大于零,晶闸管继续导通,此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能,同时一部分磁能变成电能送回电网,电感的储能全部释放完后,晶闸管在u2反向电压作用下而截至。
2.建模
图1-9单相半波可控整流(阻感性负载时)
3(仿真结果与分析
1)延迟角α=30º,;负载R=1Ω,L=1e-3H;,peakamplitude=10V,phase=0deg,frequency=50HZ
图1-10α=30º单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)
2)延迟角α=60º,;负载R=1Ω,L=1e-3H;,peakamplitude=10V,phase=0deg,frequency=50HZ
图1-11α=60º单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)
3)延迟角α=90º,;负载R=1Ω,L=1e-3H;,peakamplitude=10V,phase=0deg,frequency=50HZ
图1-12α=90º单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)
4.小结
与电阻性负载相比,负载电感的存在,使得晶闸管的导通角增大,在电源电压由正到负的过零点也不会关断,输出电压出现了负波形,输出电压和电流平均值减小;大电感负载时输出电压正负面积趋于相等,输出电压平均值趋于零。
三、单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)1.电路的结构与工作原理
(1)电路结构
图1-15单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)
(2)工作原理
1)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处触发晶闸管使其导通,形成负载电流id,负载上有输出电压和电流,在此期间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。
2)在电源电压负半波(π~2π区间),电感的感应电压使续流二极管VD受正向电压而导通续流,此时电源电压u2<0,u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向阳极电压而关断,负载两端的输出电压仅为续流二极管的管压降。
如果电感较小,电流id是断断续续的;电感较大时续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通,使id连续,且id波形为一条脉动线;电感无穷大时,电流id连续,为一平直线。
2.建模
图1-16单相半波可控整流接续流二极管时电路仿真模型
3.仿真结果分析
1)α=30º,L=0.1H,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ;
图1-17α=30º单相半波可控整流接续流二极管仿真结果
2)α=60º,L=0.1H,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ;
图1-18α=60º单相半波可控整流接续流二极管仿真结果
3)α=90º,L=0.1H,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ;
图1-19α=90º单相半波可控整流接续流二极管仿真结果
5.小结
阻-感性负载加续流二极管后,输出电压波形与电阻性负载波形相同,续流二极管起到了提高输出电压的作用。
在电感无穷大时,负载电流为一直线,流过晶闸管和续流二极管的电流波形是矩形波。
总结:
单相半波可控整流电路的优点是电路简单,调整方便,容易实现;但整流电压脉动大,每周期脉动一次。
变压器二次侧流过单方向的电流,存在直流磁化、利用率低的问题,为使变压器不饱和,必须增大铁芯截面。
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