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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 单相半波可控整流电路(电阻性负载) 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。

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=30 ?, 负载 R=1Ω, L=0H, peakamplitude=10V, phase=0deg, frequency=50HZ;

图 1-3 α=30?单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)

2) 延迟角α=60 ?,负载 R=1Ω;L=0H,peakamplitude=10V,phase=0deg,frequency=50HZ;

图 1-4 α=60?单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)

3) 延迟角α=90 ?负载 R=1Ω;L=0H;peakamplitude=10V;phase=0deg;frequency=50HZ;

图 1-5 α=90?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。

单向半波可控整流电路( 感性负载) 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。

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=30 ?,;负载 R=1Ω, L=1e-3H;, peakamplitude=10V, phase=0deg, frequency=50HZ

图 1-10 α=30?单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)

2) 延迟角α=60 ?,;负载 R=1Ω, L=1e-3H;, peakamplitude=10V, phase=0deg, frequency=50HZ

图 1-11 α=60?单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)

3) 延迟角α=90 ?,;负载 R=1Ω, L=1e-3H;, peakamplitude=10V, phase=0deg, frequency=50HZ

图 1-12 α=90?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=30?,L=0.1H,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ;

图 1-17 α=30?单相半波可控整流接续流二极管仿真结果

2)

α=60?,L=0.1H,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ;

图 1-18 α=60?单相半波可控整流接续流二极管仿真结果

3)

α=90?,L=0.1H,R=1Ω,period=0.02s,peakamplitude=10V,frequency=50HZ;

图 1-19 α=90?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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