MATLAB课程设计-单相桥式全控整流电路的MATLAB设计

学号
控制系统仿真
单相桥式全控整流电路（电阻性负载）
在MATLAB中的仿真真
在MATLAB软件中的仿真应用
学生姓名
班级
成绩
控制与机械工程学院
2015年6 月19 日
绪论
Matlab以矩阵运算为基础,把计算可视化程序设计融合到了一个交互的工作环境中,可实现工程计算、算法研究、建模和仿真、数据分析及可视化、科学和工程绘图、应用程序开发等功能.Simulink是Mat2lab 所提供的用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成环境,是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具.Matlab5.3与以前的MA TLAB版本的最大区别就是增加了电力系统模块库(PowerSystemBlockset),能快速而准确地对电路及电力系统进行仿真。

1990年MathWorks软件公司为Matlab提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink.作为对Matlab语言运算环境的扩展,在保持Matlab的一般性能基础上,Simulink又增加了许多功能.它与Matlab及其工具箱结合使用,可以完全对连续系统、离散系统、连续和离散混合系统的动态性能进行仿真与分析. Simulink与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点.Simulink 提供了8个子模型库:Continuous(持续环节)、Discrete(离散系统)、Function&Tables(函数及图表)、Math(数学计算)、Nonlinear(非线形环节)、Signals&System(信号及系统)、Sink(输出方式)、Source(输入源).在以上每个子模型库中还包含有相应的功能模块,如Source子模块中包含有SineWave(正弦波)、PulseGenerator(脉冲信号)、Step(阶跃信号)等,Sink子模块中包含有scope(示波器)、To Workspace(传送到工作空间)、XYGraph(X-Y图表)等. Simulink提供了动态系统建模、分析和仿真的交互环境,能够实现交互建模、交互仿真,并允许用户扩展仿真环境等功能.Simulink的专用模型库(Blocksets)提供了一些专用元件集,使得Simulink的功能进一步扩展。

一、单相桥式全控整流电路（电阻性负载）工作原理。

单相桥式全控整流电路（电阻性负载）如图1所示，电路由交流电源、整流变压器、晶闸管、负载以及触发电路组成。

我所要分析的问题是α为不同值时，输出电压及电流的波形变化。

图1
其工作原理如下：
（1）在u2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Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。

（2）在u2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u2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u2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（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。

二、建立仿真模型及仿真实现
1.参数设置
在MATLAB 工具箱的Electrical 模块库中选取:AC Voltage source(交流电压源)模块，对其参数进行
设置。

如图2所示。

T
R
id
图2
●在MATLAB工具箱Power Electronics中选取:Thyristor(晶闸管)模块，对其参数进行设置。

如图3
所示。

图3
●在MATLAB工具箱Sources库中选取Pulse Generator(脉冲发生器)模块，对其参数进行设置。

如图4
所示。

通过改变Phase delay(相位延迟)改变控制角的不同。

计算方法：例如：取α=30°时，对应
时间为t=0.02*30/360=0.02/12s，脉冲宽度用脉冲周期的百分比表示，取10%即可。

图4
●在MATLAB工具箱Elements模块库中选取Series RLC Branch(串联RLC支路)模块，对其参数进行设
置。

串联RLC支路为纯电阻电路，即为单相桥式全控整流电路的电阻性负载情况，将电阻设置为2，如图5所示。

图5
●在MATLAB工具箱Sinks模块库中选取Scope(示波器)模块。

●在MATLAB工具箱中Measurements模块库中选取Current Measurement(电流测量)模块，改名为I,其
参数设置为默认值。

●在MATLAB工具箱中Measurements模块库中选取Voltage Measurement(电压测量)模块，改名为U,其
参数设置为默认值。

●在MATLAB工具箱Sinks模块库中选取Demux(解复用)模块。

2设计电路图
将各元件按照原理图连线即可得到电路图模型。

如下图图7所示。

图7
在触发脉冲为0º，30º，60º，90º，120º和180º下，示波器依次显示了Ug(触发信号)Uab(电源电压)Uvt(晶闸管电压)Ivt(晶闸管电流)Id(负载电流)Ud(负载电压)波形图。

①α=0º时，波形图如图8所示。

图8
图9 ③α=60º时，波形图如图10所示。

图10
图11 ⑤α=120º时，波形图如图12所示。

图12 ⑥α=180º时，波形图如图13所示。

图13
三、仿真结果分析及总结
1、仿真结果分析
从上面的仿真结果可以看出，仿真的结果与理论分析的结果基本一致：
第一，带电阻负载时，电源电压过零时，晶闸管自然关断。

第二，带电阻负载时，负载电阻电压与电流波形相同，成线性关系。

2、总结
单相桥式全控整流电路（电阻性负载）是典型单相桥式全控整流电路，共用了四个晶闸管，两只晶闸管接成共阳极，两只晶闸管接成共阴极，每一只晶闸管是一个桥臂，桥式整流电路的工作方式特点是整流元件必须成对以构成回路，负载为电阻性。

单相桥式全控整流电路就是通过改变控制角α，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，从而实现了可控整流。