单相桥式半控桥式整流电路

2024-07-16 来源：星星旅游

少年易学老难成，一寸光阴不可轻 -

电力电子技术实验报告

实验名称：单相桥式半控整流电路的仿真与分析班级：自动化092 组别：第九组成 I

员：吴体体杨训雷焕道

金华职业技术学院信息工程学院

2011年 10月 8日

一、单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管) .............................................. - 3 -

1.电路的结构与工作原理 .................................................................................................. - 3 - 图 1 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管)的电路原理图 .................. - 3 -

2.建模.................................................................................................................................. - 4 - 图 2 单相桥式半控整流电路(组感性负载、不带续流二极管)的MATLAB仿真模型 ........ - 4 -

3 仿真结果与分析 .............................................................................................................. - 6 - 图 3 α=30°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ............ - 7 - 图 4 α=60°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ............ - 7 - 图 5 α=90°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ............ - 8 -

4小结................................................................................................................................... - 8 - 二、单相桥式半控整流电路(阻-感性负载、带续流二极管) ................................................ - 9 -

1.电路的结构与工作原理 .................................................................................................. - 9 - 图 6 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、带续流二极管)的电路原理图） .................. - 9 -

2.建模.................................................................................................................................. - 9 - 图 7 单相桥式半控整流电路(组感性负载、带续流二极管)的MATLAB仿真模型 .......... - 10 -

3 仿真结果与分析 ............................................................................................................ - 11 - 图 8 α=20°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .......... - 12 - 图 9 α=60°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) .......... - 12 - 图 10 α=80°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ........ - 13 - 图 11 α=150°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ...... - 13 -

4小结................................................................................................................................. - 13 - 三、单相桥式半控整流改进电路(阻-感性负载、带续流二极管) ...................................... - 14 -

1.电路的结构与工作原理 ................................................................................................ - 14 - 图 12 单相桥式半控整流改进电路(阻感性负载改进)的电路原理图） .......................... - 14 -

2.建模................................................................................................................................ - 14 - 图 13 单相桥式半控整流电路(组感性负载改进)的MATLAB仿真模型 ............................ - 15 -

3 仿真结果与分析 ............................................................................................................ - 16 - 图 14 α=30°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ........ - 17 - 图 15 α=60°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ........ - 17 - 图 16 α=90°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) ........ - 18 -

4小结................................................................................................................................. - 18 - 报告总结.................................................................................................................................... - 18 -

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图索引

一、单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管) .............................................. - 3 -

单相桥式半控整流电路仿真建模分析

一、单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管)

1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构

单相桥式半控整流电路（阻-感性负载、不带续流二极管）电路图如图1所示：

it1Tu1u2bit3VT1aulVT3i2LuduRR

id2 VD2id4VD4图 1 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、不带续流二极管)的电路原理图

1.2 工作原理

1）当u2正半周时，在ωt=α时刻触发晶闸管VT1使其导通，电流从电源u2正端→VT1→L→R→VD4→u2→负端向负载供电。

2）u2过零变负时，因电感L的作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是经VT1和VT2续流。此阶段，忽略器件的通态压降，则ud=0，不像全控桥式电路那样出现ud为负的情况。

3）在u2负半周ωt=π+α时刻，触发VT3使其导通，则VT1承受反压而关断，u2经VT3→L→R→VD2→u2→负端向负载供电.

4）u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。此后重复以上过程。

1.3基本数量关系

- 3 -

a.直流输出电压平均值

b.输出电流平均值

2.建模

在MATLAB新建一个Model，命名为R_Load，同时模型建立如下图所示：

图 2 单相桥式半控整流电路(组感性负载、不带续流二极管)的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.交流电源参数

Ud12U2sintd(t)0.9U21cos2Ud- 4 -

12U2sintd(t)0.9U21cos2

b.同步脉冲信号发生器参数

- 5 -

c.示波器参数

示波器四个通道信号依次是：①电源电压和电源电流U2&I2；②通过晶闸管电流I14；③晶闸管电压UT；④通过负载电流ID；⑤负载两端的电压UD。

3 仿真结果与分析

波形图分别代表晶体管VT1上的电流和电压、负载（电阻和电感）的电流、交流电源的输出电压和电流、负载（电阻和电感）的电压。下列波形分别是延迟角α为30°、60°、90°时的波形变化。

a. 触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下：

- 6 -

图 3 α=30°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) b. 触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

图 4 α=60°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)

c. 触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下：

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图 5 α=90°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)

4小结

1.失控分析：

失控原因及波形分析

a、由于脉冲信号没有丢失，所以电路实现正常的整流功能；

b、VT1导通时切断触发电路，当u2变为负半周期时，由于电感的作用，负载电流由VT1和VD4向负载供电，因为脉冲信号丢失VT3不能被触发导通。当u2变为正半周时，因为由于电感的续流作用，VT1是导通的，u2又经过VT1和VD4向负载供电，出现失控现象。

2.解决方案：

电路失控的原因在于已导通晶闸管的关断是依靠后一晶闸管的开通实现的，如果后一管子不能开通，则正导通的管子就无法关断，从而失控。所以该电路在实际应用中需加上续流二极管，可以避免失控现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。下图为加了续流二极管之后的电路。

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二、单相桥式半控整流电路(阻-感性负载、带续流二极管)

1.电路的结构与工作原理

1.1电路结构

单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，只需1个晶闸管就可以了，另1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。再加一个无续流二极管，续流过程由VD完成，晶闸管关断，这样续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。即如图6所示：

it1Tu2 id2i2it3VT1VT3ulidVDLudid4 VD2VD4uRR

图 6 单相桥式半控整流电路(阻感性负载、带续流二极管)的电路原理图）

1.2 工作原理

接上续流二极管后，当电源电压降到零时，负载电流经续流二极管续流，使桥路直流输出端只有1V左右的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，这样就不会出现失控现象了。

1.3基本数量关系

a.直流输出电压平均值

U d

12U2sintd(t)0.9U21cos2b.输出电流平均值

Ud22U21cosU1cosId0.92RR2R22.建模

在MATLAB新建一个Model，命名为R_Load，同时模型建立如下图所示：

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图 7 单相桥式半控整流电路(组感性负载、带续流二极管)的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.交流电源参数

- 10 -

b.同步脉冲信号发生器参数

c.示波器参数

示波器四个通道信号依次是：①电源电压和电源电流U2&I2；②通过晶闸管电流I14；③晶闸管电压UT；④通过负载电流ID；⑤负载两端的电压UD。

3 仿真结果与分析

下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT1上的电压与电流、晶体管VT2上的电压与电流、电感加电阻RL上的电压、续流二极管VD上电流、二极管VD4上电流、二极管VD2上电流。下列波形分别是延迟角α为20°、60°、80°、150°时的波形变化。

a. 触发角α=20°，MATLAB仿真波形如下：

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图 8 α=20°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) b. 触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

图 9 α=60°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) c. 触发角α=80°，MATLAB仿真波形如下：

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图 10 α=80°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) （4）当延迟角α=150°时，波形图如图11所示：

图 11 α=150°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)

4小结

在此试验中，我们可以看出通过改变触发角α的大小，晶体管的电压与电流、续流二极管的电流、两个二极管的电流，负载上的输出电压波形都发生变化，以此来验证书中的波形，通过实验的验证，加深了我们对电力电子技术中单向半波可控整流电路、单相桥式半波整流- 13 -

电路的知识的理解。

三、单相桥式半控整流改进电路(阻-感性负载、带续流二极管) 1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构

单相桥式半波整流电路（晶体管串联）电路图如图12所示：

it1Tu2 id2i2it3VT1VT3ulLudid4 VD2VDuRR4

图 12 单相桥式半控整流改进电路(阻感性负载改进)的电路原理图）

1.2 工作原理

1.3基本数量关系

a.直流输出电压平均值

Ud

12U2sintd(t)0.9U21cos2b.输出电流平均值

Ud22U21cosU21cos0.9 IdRR2R2

2.建模

在MATLAB新建一个Model，命名为R_Load，同时模型建立如下图所示：

- 14 -

图 13 单相桥式半控整流电路(组感性负载改进)的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

a.交流电源参数

- 15 -

b.同步脉冲信号发生器参数

c.示波器参数

示波器四个通道信号依次是：①电源电压和电源电流U2&I2；②通过晶闸管电流I14；③晶闸管电压UT；④通过负载电流ID；⑤负载两端的电压UD。

3 仿真结果与分析

下列所示波形图中，波形图分别代表晶体管VT1上的电流和电压、负载（电阻和电感）的电压和电流、电源上的电压和电流。下列波形分别是延迟角α为30°、60°、90°时的波形变化。

a. 触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下：

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图 14 α=30°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) b. 触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

图 15 α=60°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管) c. 触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下：

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图 16 α=90°单相桥式半控整流电路仿真结果(阻感性负载、不带续流二极管)

4小结

不用再接一个续流二极管来续流，而是由VD3和VD4来续流，因此即使不接续流二极管，电路也不会出现失控现象。但这种电路的二极管既要参与整流又要参与续流，其负担增加。此时两个晶闸管阴极电位不同，VT1和VT2触发电路要隔离。当此电路中接大电感负载时，流过晶闸管原件的平均电流与原件的导通角成正比。当导通角为120°时流过续流二极管和晶闸管的平均电流相等，当小于120°时，流过续流二极管的平均电流比流过晶闸管的电流大，导通角越小，前者大得越多。因此续流二极管的容量必须考虑在续流二极管中实际流过的电流的大小，有时可以与晶闸管的额定电流相同，有时应该选得比晶闸管额定电流大一倍的元件。

报告总结

1、实验前应充分预习实验内容，理解实验目的，才能保证实验的有序进行；

2、组内的同学应分工明确、紧密配合、高效利用时间，并将实验中遇到的问题一一如实记录，以便分析；

3、做实验时线路接好之后要请老师检查电路是否有错才能开始实验，各参数一旦确定，在实验过程中便不能更改，以免造成误差；

实验中得到的数据和波形图，有时会和理论值有较大的差别，应实事求是予以记录，并寻求造成差距大的原因，或者及时咨询实验指导老师。本实验采用的方案应该是比较经典的，从理论值和实际值的比较曲线可以看出，结果的可信度总体比较好，但是有几组数据的误差比较大，可能是设备的工艺水平所致。对于此实验的方案改进由于水平有限暂时无创新能力。另外这个实验室大学以来我们花的时间最多的一次，虽然仍有能力限制，至少态度比较端正，明白了一种叫做精益求精，踏踏实实的精神，和专业的角度看问题等一系列的指导思想。

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