基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計及仿真

..-..-可修遍-信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告書題目:基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計與仿真課程：電子線路課程設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學(xué)號：學(xué)生：指導(dǎo)教師：2014年12月28日信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)號學(xué)生專業(yè)〔班級〕設(shè)計題目基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計與仿真設(shè)計技術(shù)參數(shù)晶閘管參數(shù)設(shè)置Ron=0.001Ω，Lon=0H，Uf=0.8V；Ic=0A，Rs=10Ω，Cs=4.7e-6F電源模塊設(shè)置為：幅值220V，初相位0，頻率是50HZ的正弦交流電RLC元件模塊設(shè)置參數(shù)：負載R=1Ω，L=0H，根據(jù)需要相應(yīng)的調(diào)整同步脈沖發(fā)生器〔PulseGenerater〕模型參數(shù)設(shè)置為：脈沖幅值為10V，周期為0.02s，脈寬占整個周期的30%，相位延遲〔1/50〕*〔30/360〕s=1/600s〔即α=30°，后面參數(shù)60°、90°、120°相應(yīng)的調(diào)整〕設(shè)計要求熟悉整流電路的根本原理，能夠運用所學(xué)的理論知識分析設(shè)計任務(wù)。掌握根本電路的數(shù)據(jù)分析、處理；描繪波形并加以判斷。能正確設(shè)計電路，畫出線路圖，分析電路原理。廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料。參考資料[1]王兆安、進軍.電力電子技術(shù)[M].:機械工業(yè)2009[2]黃俊,王兆安.電力電子變流技術(shù)[M].:機械工業(yè),1994[3]良炳.現(xiàn)代電力電子技術(shù)根底[M].:清華大學(xué),1995[4]治明.電力電子器件根底[M].:機械工業(yè),1992[5]可斌,國雄.電力電子變流技術(shù)[M]..:交大,1993[6]林渭勛,電力電子技術(shù)[M].,:大學(xué),1986[7]丁道宏.電力電子技術(shù)[M]..:航空工業(yè),1990[8]黃繼昌.電子元器件應(yīng)用手冊[M].人民郵電,20042014年12月28日學(xué)生：學(xué)號：專業(yè)〔班級〕：課程設(shè)計題目：基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計與仿真成績：指導(dǎo)教師：年月日信息工程學(xué)院課程設(shè)計成績評定表摘要電力電子技術(shù)是一門誕生和開展于20世紀(jì)的嶄新技術(shù)，在21世紀(jì)仍將以迅猛的速度開展。以計算機為核心的信息科學(xué)將是21世紀(jì)起主導(dǎo)作用的科學(xué)技術(shù)之一。本次單相半波可控整流電路設(shè)計是基于MATLAB的系統(tǒng)仿真設(shè)計。本文是基于Matlab的單相半波可控整流電路的設(shè)計與仿真，通過對單相的單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕電路、單相半波可控整流電路〔阻-感性負載〕電路和單相半波可控整流電路〔阻-感性負載加續(xù)流二極管〕電路這三種進展電路設(shè)計和仿真，通過對仿真圖形進展分析，了解這三種電路的工作原理和性能。關(guān)鍵字：MATLAB的系統(tǒng)仿真；可控整流電路；單相半波電路..ABSTACTPowerelectronictechnologyisabirthanddevelopmentinthenewtechnologyofthe20thcentury,inthe21stcenturywillremainatthespeedofrapiddevelopment.Withtheputerasthecoreinformationsciencewillbeoneofthescienceandtechnologyplayaleadingroleinthe21stcentury.ThesinglephasehalfwavecontrolledrectifiercircuitdesignisthedesignofsystemsimulationbasedonMATLAB.ThispaperisthedesignandSimulationofMatlabsinglephasehalfwavecontrolledrectifiercircuitbasedonsinglephase,bysinglephasehalfwavecontrolledrectifier(resistiveload)circuit,singlephasehalfwavecontrolledrectifiercircuit(resistiveinductiveload)circuitandsinglephasehalfwavecontrolledrectifiercircuit(resistanceofinductiveloadandfreewheelingdiode)circuitthethreecircuitdesignandsimulation,throughthesimulationgraphanalysis,understandtheworkingprincipleandperformanceofthethreecircuit.Keywords:MATLABsystemsimulation;controllablerectifiercircuit;singlephasehalfwavecircuit目錄摘要4關(guān)鍵字4ABSTACT5Keywords51緒論71.1半波整流簡介71.2本文研究的容71.3單相半波可控整流電路建模與根本參數(shù)72單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕102.1電路的構(gòu)造與工作原理102.2Matlab下的模型建立102.3仿真結(jié)果與波形圖分析112.4小結(jié)133單相半波可控整流電路〔阻-感性負載〕143.1原理圖143.2Matlab下的模型建立143.3仿真結(jié)果與波形圖分析153.4小結(jié)174單相半波可控整流電路(阻-感性負載加續(xù)流二極管)184.1電路的構(gòu)造與工作原理184.2Matlab下的模型建立194.3仿真結(jié)果與波形圖分析194.4小結(jié)21總結(jié)21致23參考文獻24..1緒論1.1半波整流簡介變壓器的次級繞組與負載相接，中間串聯(lián)一個整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個周期有電流流過負載，另半個周期被二極管所阻，沒有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動成分太大，對濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。1.2本文研究的容本文研究的容主要包括：(1)單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕電路的工作原理電路設(shè)計與仿真。(2)單相半波可控整流電路〔阻-感性負載〕電路的工作原理電路設(shè)計與仿真。(3)單相半波可控整流電路〔阻-感性負載加續(xù)流二極管〕電路的工作原理電路設(shè)計與仿真。1.3單相半波可控整流電路建模與根本參數(shù)因后面研究的三個單相半波可控整流電路的電路建模需要的一些根本參數(shù)是一樣的，所以，將其放在本文的緒論局部，后邊將不會一一列出，往后為各章節(jié)列出的將只有改變的模塊的參數(shù)，這些參數(shù)設(shè)置如下：建立一個新的模型窗口，翻開電力電子模塊組，復(fù)制一個晶閘管到模型窗口中；翻開晶閘管參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置Ron=0.001Ω，Lon=0H，Uf=0.8V；Ic=0A，Rs=10Ω，Cs=4.7e-6F。翻開電源模塊組，復(fù)制一個電壓源模塊到模型窗口中，翻開參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置為：幅值50V，初相位0，頻率是50HZ的正弦交流電。翻開元件模塊組，復(fù)制一個串聯(lián)RLC元件模塊到模型窗口中，翻開參數(shù)設(shè)置對話框，按仿真要求設(shè)置參數(shù)。翻開測量模塊組，復(fù)制一個電壓測量裝置以測量負載電壓。翻開測量模塊組，復(fù)制一個電流測量裝置以測量負載電流。翻開Sinks模塊組,復(fù)制一個示波器裝置以顯示電路中各物理量的變化關(guān)系，并按要求設(shè)置輸入端口的個數(shù)。建立給晶閘管提供觸發(fā)信號的同步脈沖發(fā)生器〔PulseGenerater〕模型。參數(shù)設(shè)置為：脈沖幅值為10V，周期為0.02s，脈寬占整個周期的30%，相位延遲〔1/50〕*〔60/360〕s=1/300s〔即α=60°〕。各個參數(shù)的設(shè)置如以下圖：仿真參數(shù)，算法〔solver〕ode15s，相對誤差〔relativetolerance〕1e-3，開場時間0完畢時間0.05s：脈沖參數(shù)，振幅3V，周期0.02，占空比30%，時相延遲〔1/50〕x〔n/360〕s：電源參數(shù)，頻率50hz，電壓220v:晶閘管參數(shù):2單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕2.1電路的構(gòu)造與工作原理(1)電路構(gòu)造以下圖是單向半波可控整流電路原理圖，晶閘管作為開關(guān)元件，變壓器T起變換電壓和隔離的作用。單向半波可控整流電路〔電阻性負載〕(2)工作原理1)在電源電壓正半波〔0~π區(qū)間〕，晶閘管承受正向電壓，脈沖uG在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開場導(dǎo)通，形成負載電流id,負載上有輸出電壓和電流。2〕在ωt=π時刻，u2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負載電流為零。3〕在電源電壓負半波〔π~2π區(qū)間〕，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負載上沒有輸出電壓，負載電流為零。4〕直到電源電壓u2的下一周期的正半波，脈沖uG在ωt=2π+α處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流又加在負載上，如此不斷重復(fù)。2.2Matlab下的模型建立適當(dāng)連接后，可以得到仿真電路。如下圖：單相半波可控整流電路(電阻性)2.3仿真結(jié)果與波形圖分析以下所示波形圖中，波形圖分別代表晶體管VT上的電流、晶體管VT上的電壓、電阻上的電壓。以下波形分別是延遲角α為30°、60°、90°、120°時的波形變化，其中，各個參數(shù)為：負載R=1Ω，L=0H，peakamplitude=10V，phase=0deg，frequency=50HZ。1)α=30o，單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕仿真波形圖：α=60o，單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕仿真波形圖：;3)α=90o，單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕仿真波形圖：4)α=120o，單相半波可控整流電路〔電阻性負載〕仿真波形圖：2.4小結(jié)在此仿真中，我們可以看出通過改變觸發(fā)角α的大小，直流輸出電壓，負載上的輸出電壓波形都發(fā)生變化，可以看出，仿真波形與理論分析波形、實驗波形結(jié)果非常相符，通過改變觸發(fā)脈沖控制角α的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負載上的輸出平均值發(fā)生變化。由于晶閘管只在電源電壓正半波區(qū)間導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流。3單相半波可控整流電路〔阻-感性負載〕3.1原理圖單相半波阻-感性負載整流電路如下圖，當(dāng)負載中感抗遠遠大于電阻時成為阻-感性負載，屬于阻-感性負載的有機的勵磁線圈和負載串聯(lián)電抗器等。阻-感性負載的等效電路可以用一個電感和電阻的串聯(lián)電路來表示。單相半波阻-感性負載整流電路圖工作原理1)在ωt=0~α期間：晶閘管承受正向陽極電壓，但沒有觸發(fā)脈沖，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。2〕在ωt=α?xí)r刻，門極加上觸發(fā)脈沖，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓u2加到負載上，輸出電壓ud=u2。由于電感的存在，在ud的1作用下，負載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。3〕在ωt=ωt1~ωt2期間：輸出電流從零增至最大值。在id的增長過程中，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢力圖阻止電流增大，電源提供的能量一局部供應(yīng)負載電阻，另一局部轉(zhuǎn)變成電感的儲能。4〕在ωt=ωt2~ωt3期間：負載電流從最大值開場下降，電感電壓uL=Ldi/dt改變方向，電感釋放能量，企圖維持電流不變。5〕在ωt=π時，交流電壓u2過零，但由于電感電壓的存在，晶閘管陽、陰極的電壓仍大于零，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，此時電感儲存的磁能一局部釋放變成電阻的熱能，同時一局部磁能變成電能送回電網(wǎng)，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2反向電壓作用下而截至。3.2Matlab下的模型建立〔1〕單相半波可控整流電路〔阻—感性負載〕仿真電路圖如下圖單相半波可控整流電路〔阻—感性負載〕仿真電路圖〔2〕電感參數(shù)設(shè)置如以下圖所示：3.3仿真結(jié)果與波形圖分析以下所示波形圖中，波形圖分別代表晶體管VT上的電流、晶體管VT上的電壓、電阻加電感上的電壓。設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為30°、60°、900、1200時的波形變化。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如以下圖形所示。在波形圖中第一列波為脈沖波形，第二列波為負載電流波形，第三列波為晶閘管電壓波形，第四列波為負載電壓波形，第五列波為電源電壓波形。α=30°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載〕仿真波形圖:α=60°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載〕仿真波形圖:..α=90°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載〕仿真波形圖:α=120°單相半波可控整流電路〔阻—感性負載〕仿真波形圖:3.4小結(jié)與電阻性負載相比，負載電感的存在，使得晶閘管的導(dǎo)通角增大，在電源電壓由正到負的過零點也不會關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流平均值減??；大電感負載時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零。4單相半波可控整流電路(阻-感性負載加續(xù)流二極管)4.1電路的構(gòu)造與工作原理(1)電路構(gòu)造單相半波可控整流電路(阻-感性負載加續(xù)流二極管)工作原理在電源電壓正半波〔0~π區(qū)間〕，晶閘管承受正向電壓。脈沖uG在ωt=α處觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，形成負載電流id，負載上有輸出電壓和電流，在此期間續(xù)流二極管VD承受反向陽極電壓而關(guān)斷。在電源電壓負半波〔π~2π區(qū)間〕，電感的感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD受正向電壓而導(dǎo)通續(xù)流，此時電源電壓u2<0,u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向陽極電壓而關(guān)斷，負載兩端的輸出電壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。如果電感較小，電流id是斷斷續(xù)續(xù)的；電感較大時續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)，且id波形為一條脈動線；電感無大時，電流id連續(xù)，為一平直線。4.2Matlab下的模型建立單相半波可控整流接續(xù)流二極管時電路仿真模型4.3仿真結(jié)果與波形圖分析以下所示波形圖中，波形圖分別代表晶體管VT上的電流、負載〔電阻和電感〕的電流、晶體管VT上的電壓、續(xù)流二極管上的電流、電阻上的電壓。以下波形分別是延遲角α為30°、60°、90°、120°時的波形變化其中，參數(shù)有：L=0.1H，R=1Ω，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ。α=30°，單相半波可控整流電路〔阻-感性負載加續(xù)流二極管〕仿真波形圖：b)α=60o，單相半波可控整流電路〔阻-感性負載加續(xù)流二極管〕仿真波形圖：c)α=90o，單相半波可控整流電路〔阻-感性負載加續(xù)流二極管〕仿真波形圖：d)α=120o，單相半波可控整流電路〔阻-感性負載加續(xù)流二極管〕仿真波形圖：4.4小結(jié)在電源電壓正半波，電壓u2＞0，晶閘管uAK＞0。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，形成負載電流id，負載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極管VD承受反向陽極電壓而關(guān)斷。在電源電壓負半波，電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通續(xù)流，此時電壓u2＜0，u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負載兩端的輸出電壓為續(xù)流二極管的管壓降，如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)，且id波形近似為一條直線。以上分析可看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，阻-感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形一樣，續(xù)流二極管起到了提高輸出電壓的作用。在電感無窮大時，負載電流為一直線，流過晶閘管和續(xù)流二極管的電流波形是矩形波?？偨Y(jié)單相半波可控整流電路的優(yōu)點是電路簡單，調(diào)整方便，容易實現(xiàn)；但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵芯截面。通過這次基于MATLAB仿真設(shè)計過程中，不僅掌握了MATLAB中simulink仿真的使用，對單相半波可控整流電路有了新的認(rèn)識。在進展仿真時，不僅要掌握各種模塊的功能和用法，還要掌握一定的編程技巧。通過以前對MATLAB的學(xué)習(xí)，學(xué)會了MATLAB軟件的根底操作，為這次的設(shè)計提供了很好的根底。仿真的過程不僅需要過硬的理論知識根底，也需要對軟件操作技巧的掌握，所以說理論與實踐同樣重要。在本次的電力電子技術(shù)課程設(shè)計中，加深了我對課本專業(yè)知識的理解，理論知識與實際動手的重要性。在此次課程設(shè)計中，真正做到了自己查閱資料。這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計，讓我們有時機將課堂上所學(xué)的理論知識運用到實際中。并通過對知識的綜合利用，進展必要的分析，比擬。從而進一步驗證了所學(xué)的理論知識。在此次的設(shè)計過程中，我更進一步地熟悉了單相半波可控整流電路的原理、觸發(fā)電路的設(shè)計以及Maatlab的仿真。在本次的課程設(shè)計中，駭然我明白了要完成好一篇課程設(shè)計，還必須有：第一，要有很牢的理論功底，對理論知識要更深入地理解；第二，具備文獻檢索能力；第三，提高書面表達能力，提高撰寫課程設(shè)計報告