单相桥式全控整流电路

单相桥式全控整流电路

一、原理

图1.1为单相桥式全控整流带电阻电感性负载，图中DJK03是装置上的晶闸管触发装置。假设电路已工作于稳态。

在u2正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。负载中有电感存在时负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线，u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至ωt=π+α时刻，给VT3和VT2加触发脉冲，因VT3和VT2本已承受正电压，故两管导通。VT3和VT2导通后，u2通过VT3和VT2分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT3和VT2上，此过程成为换相，亦称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去，其平均值为Ud=0.9U2。

图1.2为单相桥式有源逆变电路实验原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。图中的电阻Rp、电抗Ld和触发电路与单相桥式整流电路相同。

产生有源逆变的条件如下：

（1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。

（2）要求晶闸管的控制角α>π/2.，使Ud为负值。

两者必须同时具备才能实现有源逆变。

二、实验内容

（1）单相桥式全控整流电路带电阻性负载。

（2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载。

（3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。

（4）单相桥式整流、单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载时MATLAB的仿真。

三、实验仿真

1.带电阻电感性负载的仿真

启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图1.3所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

注意：触发脉冲“Pulse”和“Pulse2”的控制角设置必须相同，“Pulse1”和“Pulse3”的控制角设置必须相同，否则就会烧坏晶闸管。

设置好各模块参数，单击工具栏的按钮或者“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真。双击示波器模块，得到仿真结果如图1.4（a）和图1.4(b)所示。

2.有源逆变的仿真

有源逆变仿真结构模型图如图1.3所示，但负载需改接成如图1.5所示。本例中设置的电阻R=5，电压（DC V oltage,直流）为120V，控制角α=90°。

设置好参数，单击工具栏的按钮，得到如图1.6所示仿真结果。

四、预习与思考

（1）阅读电力电子技术教材中有关单相桥式全控整流电路的有关内容。

（2）阅读电力电子技术教材中有关有源逆变电路的内容。

（3）实现有源逆变的条件是什么？在本实验中是如何保证满足这些条件的？

（4）在MATLAB仿真中如何设置控制角。

五、实验总结

（1）画出α=30°、60°、90°、120°、150°时和Ud和Uvt的波形。

（2）画出电路的移相特性Ud=f(α)曲线。

（3）分析逆变颠覆的原因及逆变颠覆后会产生的后果。

1.控制系统的状态方程和输出方程如下：

(1)利用MATLAB对控制系统建立状态空间模型；

(2)将第一问中求得的状态空间模型转化为传递函数模型和零极点增益模型。

解：

2.已知某单位负反馈控制系统的开环传递函数为G（s）=K。利用MATLAB中的Simulink 工具，绘制系统的结构图；并且在K取不同值时，分别绘制系统的阶跃响应曲线、冲激响应曲线以及斜坡输入响应曲线。

解：

3.已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为G（s）=K（s+2）。

（1）绘制系统的根轨迹曲线；

（2）求系统临界稳定时增益系数K的取值。

解：

4.某控制系统结构如图4.1所示。

图4.1

（1）利用MA TLB建立图示控制系统的数学模型；

（2）绘制开环系统的Bode曲线和Nyquist曲线；

（3）绘制系统的阶跃响应曲线。

解：