物电学院电力电子课程设计报告
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学 号： *********
专 业：电气工程及其自动化
班 级： 10级
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成 绩：
日 期： 2012.6.11
利用MATLAB对单相桥式全控整流电路研究
一、电阻性负载
1.电路的结构与工作原理
1.1电路结构
图 1 单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图
1.2 工作原理
（1）在正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则。
（2）在正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。
（3）在负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。
（4）在负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（）和电流，且波形相位相同。
1.3基本数量关系
a.直流输出电压平均值
b.输出电流平均值
C.流过晶闸管电流有效值
2. 建模
在MATLAB新建一个Model，命名为zuxingfuzai，同时模型建立如下图所示：
在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为10欧姆，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为20%，触发角分别设置为30°，60°，90°，150°因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周期应相差180°。
图1阻性负载的电路建模图
1)．时的阻性负载
(1).参数设置
1、同步脉冲信号发生器参数
同步脉冲信号发生器参数取α=30°时，对应时间为t=0.02*30/360 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可
同步脉冲信号发生器参数取α=30°时，对应时间为t=0.02*30/360+0.01 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可
2、交流电源参数
3、负载上的参数设置
4、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）
(2).波形图
图2 =时的波形图
2)．时的阻性负载
(1).参数设置
1、同步脉冲信号发生器参数
同步脉冲信号发生器参数取α=60°时，对应时间为t=0.02*60/360 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）
同步脉冲信号发生器参数取α=60°时，对应时间为t=0.02*60/360+0.01 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）
2、晶闸管、电压源负载参数设置都与α=30°时参数设置一样
(2).波形图
图3 时的波形图
3)．时的阻性负载
(1).参数设置
1、同步脉冲信号发生器参数
同步脉冲信号发生器参数取α=90°时，对应时间为t=0.02*90/360 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）
同步脉冲信号发生器参数取α=90°时，对应时间为t=0.02*90/360+0.01 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）
2、晶闸管、电压源负载参数设置都与α=30°时参数设置一样
(2).波形图
图4 时的波形图
4)．时的阻性负载
(1).参数设置
1、同步脉冲信号发生器参数
同步脉冲信号发生器参数取α=150°时，对应时间为t=0.02*150/360 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）
同步脉冲信号发生器参数取α=150°时，对应时间为t=0.02*150/360+0.01 s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取20%即可（其他的参数和α=30°时相同）
2、晶闸管、电压源负载参数设置都与α=30°时参数设置一样
(2).波形图
图5 时的波形图
总结：触发延迟角的移相范围是0～180，在此电路中尽管电路的输入电压U2是交变的，但负载上正负两个半波内均有相同方向的电流流过，输出电压一个周期内脉动两次，由于桥式整流电路在正负半周期均能工作，变压器二次绕组在正负半周期均有大小相等，方向相反的电流流过，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的有效利用率。
二、阻感性负载
1.电路的结构与工作原理
1.1电路结构
图 6 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图
1.2 工作原理
（1）在u2正半波的（0～）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。
（2）在u2正半波的ωt=时刻及以后：在ωt=处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。
（3）在u2负半波的（π～π+）区间：当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。
（4）在u2负半波的ωt=π+时刻及以后：在ωt=π+处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压 （ud=-u2）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。
从波形可以看出＞90º输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90º。控制角在0～90º之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ与控制角无关。晶闸管承受的最大正、反向电压。
1.3基本数量关系
a.直流输出电压平均值
b.输出电流平均值
2.建模
在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为20欧姆，电感设置为1e-0H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为30°，60°，90°，150°，因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周期应相差180°
图7 阻感负载电路建模图
1)．时的阻感负载
时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：
(2).波形图
图8时的阻感负载波形图
2)．时的阻感负载
时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：
(2).波形图
图9时的阻感负载波形图
3)．时的阻感负载
时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：
(2).波形图
图10 时的阻感负载波形图
4)．时的阻感负载
时的阻感负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。阻感负载的设置如下：
(2).波形图
图11 时的阻感负载波形图
总结：通过仿真可知，由于电感的作用，输出电压出现负波形，当电感无限增大时，控制角a在0~90°之间变化时，晶闸管导通角θ=180°，导通角θ与控制角a无关，无论控制角α多大，输出电流波形因电感很大而呈一水平线。
三、反电势负载
1.电路的结构与工作原理
1.1电路结构
图 12 单相桥式全控整流电路(反电势负载)的电路原理图
1.2 工作原理
当整流电压的瞬时值ud小于反电势E 时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，ud=u2，晶闸管关断时，ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称作停止导电角。
若α <δ时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟，即α=δ。
2.建模
在MATLAB新建一个Model，命名为fandiandongshifuzai，同时模型建立如下图所示：
图13 反电动势负载电路建模图
2.1模型参数设置
在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为30°，50°，90°，150°因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周琴应相差180°。
1)．时的反电动势负载
时的反电动势负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。反电动势负载的设置如下：
(2).波形图
图14 =时的反电动势波形图
2)．时的反电动势负载
时的反电动势负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。反电动势负载的设置如下：
(2).波形图
图15 时的反电动势负载波形图
3)．时的反电动势负载
时的反电动势负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。反电动势负载的设置如下：
(2).波形图
图16 时的电动势负载波形图
4)．时的反电动势负载
时的反电动势负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零）与时的阻性负载的同步脉冲信号发生器参数、交流电源参数、晶闸管参数设置（resistance Ron和inductance lon不能同时为零），所不同的就是负载参数的设置不同。反电动势负载的设置如下：
(2).波形图
图17 时的电动势负载波形图
总结：此电路中当电枢电感不足够大时，输出电流波形断续，使晶闸管-电动势系统的机械性变软，为此通常在负载回路串接平波电抗器以减小电流脉动，延长晶闸管导通时间，如果电感足够大，电流就能连续。
心得体会：通过这次的matlab仿真设计过程中，不仅掌握了matlab中simulink仿真的使用，还对单相桥式全控整流电路有了更深刻的认识。在实际电路的设计中，需要考虑电源及R、L的具体参数，可以通过改变仿真模型中的R、L的值进行分析。在进行仿真时，不仅要掌握各种模块的功能和用法，还要掌握一定的编程技巧。经过自学matlab，学会matlab软件的基础操作，为以后的学习提供了很好的基础。仿真的过程不仅需要对软件的掌握技巧，还需要一定的耐心和信心，充分利用图书和网络资源查找资料，以完成仿真的实现。
参考文献：王兆安.电力电子技术.机械工业出版社
林飞 杜欣.电力电子技术应用技术的matlab仿真中国电力出版社
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