matlab仿真——單相橋式全控整流電路

1、電子信息系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題: 單相橋式全控整流電路 姓 名: 學(xué) 院: 信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè): 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí): 09級(jí)學(xué) 號(hào): 日 期 2010-2011第三學(xué)期 指導(dǎo)教師: 李光明 張軍蕊山東大學(xué)威海分校信息工程學(xué)院?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐芬弧?問(wèn)題描述及工作原理1、單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）如圖1所示，電路由交流電源、整流變壓器、晶閘管、負(fù)載以及觸發(fā)電路組成。我所要分析的問(wèn)題是為不同值時(shí)，輸出電壓及電流的波形變化。idR圖1其工作原理如下：（1）在u2正半波的（）區(qū)間，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，晶閘管

2、VT2、VT3承受反向電壓。因此在0區(qū)間，4個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通。假如4個(gè)晶閘管的漏電阻相等，則Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。（2）在u2正半波的（）區(qū)間，在時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通。（3）在u2負(fù)半波的（）區(qū)間，在區(qū)間，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)，晶閘管VT1、VT4承受反向電壓也不導(dǎo)通。（4）在u2負(fù)半波的（）區(qū)間，在時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其元件導(dǎo)通，負(fù)載電流沿bVT3RVT2T的二次繞組b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同。2、單相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)

3、載）單相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)載）如圖2所示：1圖2其工作原理如下：（1）在電壓u2正半波的（0）區(qū)間。晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，VT1、VT4處于關(guān)斷狀態(tài)。假設(shè)電路已經(jīng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0區(qū)間由于電感的作用，晶閘管VT2、VT3維持導(dǎo)通。（2）在u2正半波的（）區(qū)間。在t=時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通，負(fù)載電流沿aVT1LRVT4bT的二次繞組a流通，此時(shí)負(fù)載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電壓u2反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。（3）在電壓u2負(fù)半波的（+）區(qū)間。當(dāng)t=時(shí)，電源電壓自然過(guò)零，感應(yīng)電勢(shì)是晶閘管VT1、

4、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電源電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。（4）u2負(fù)半波的（+2）區(qū)間。在t=+時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，負(fù)載電流沿bVT3LRVT2aT的二次繞組b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。此時(shí)電源電壓反向施加到晶閘管VT1、VT4上，使其承受反向電壓而關(guān)斷。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到下一周期t=2+處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。二、建立仿真模型及仿真實(shí)現(xiàn)根據(jù)電路圖對(duì)其建立仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，將電源電壓幅值設(shè)置為141v，頻率設(shè)為50Hz，脈沖發(fā)生

5、器的頻率設(shè)為100Hz，晶閘管控制角以脈沖的延遲時(shí)間t表示，例如：取=30°時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)間為t=0.02*30/360=0.02/12s，脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，取10%即可。1、單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）串聯(lián)RLC支路為純電阻電路，即為單相橋式全控整流電路的電阻性負(fù)載情況，將電阻設(shè)置為2，并設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為0.06s，仿真模型電路如圖3：2圖3=30°時(shí)，可得到仿真結(jié)果如圖：圖43改變的值分別為60°（圖5），90°（圖6），120°（圖7），得到的仿真結(jié)果分別如圖：圖5圖64圖72、單相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)載）串聯(lián)支

6、路為R和L時(shí)，為單相橋式全控整流電路的阻-感性負(fù)載情況，將L設(shè)置為1e-3，R設(shè)置為2，其他參數(shù)設(shè)置與電阻性負(fù)載情況相同，建立的仿真模型電路如圖8：圖85取=30°時(shí)，仿真結(jié)果如圖9：圖9當(dāng)分別取60°（圖10），90°（圖11），120°（圖12）時(shí)，仿真結(jié)果分別如圖：圖106圖11圖127三、 仿真結(jié)果分析及總結(jié)1、仿真結(jié)果分析從上面的仿真結(jié)果可以看出，仿真的結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本一致：第一，帶電阻負(fù)載時(shí)，電源電壓過(guò)零時(shí)，晶閘管自然關(guān)斷，帶阻-感負(fù)載時(shí)，一對(duì)橋臂導(dǎo)通使另一對(duì)橋臂的兩個(gè)晶閘管承受反壓而關(guān)斷，每周期換相兩次。第二，帶電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻

7、電壓與電流波形相同，成線性關(guān)系，帶阻-感負(fù)載時(shí)，電流變化很小，這時(shí)由于電感對(duì)負(fù)載電流起到了平波的作用。第三，帶阻-感負(fù)載時(shí)，電流逐漸增大，經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期后達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電路的工作情況與理論分析基本一致。2、總結(jié)單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）是典型單相橋式全控整流電路，共用了四個(gè)晶閘管，兩只晶閘管接成共陽(yáng)極，兩只晶閘管接成共陰極，每一只晶閘管是一個(gè)橋臂，橋式整流電路的工作方式特點(diǎn)是整流元件必須成對(duì)以構(gòu)成回路，負(fù)載為電阻性。單相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)載）與單相半波整流電路仿真波形相比較，輸出的電壓和電流波形頻率都提高了約一倍，流過(guò)每個(gè)晶閘管的平均電流Idt只有負(fù)載平均電流的一半。變壓器二次側(cè)電

8、流I2的波形是對(duì)稱(chēng)的正負(fù)矩形波，而晶閘管承受的最大正反向電壓則和單相半波可控整流電流一樣。單相橋式全控整流電路就是通過(guò)改變控制角，改變負(fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL，從而實(shí)現(xiàn)了可控整流。四、 實(shí)驗(yàn)思考這次的matlab仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅掌握了matlab中simulink仿真的使用，還對(duì)單相橋式全控整流電路有了更深刻的認(rèn)識(shí)。在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)中，需要考慮電源及R、L的具體參數(shù)，可以通過(guò)改變仿真模型中的R、L的值進(jìn)行分析。在進(jìn)行仿真時(shí)，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，使仿真過(guò)程變的更簡(jiǎn)單明了。經(jīng)過(guò)小學(xué)期的這兩次仿真課程，學(xué)會(huì)了兩種仿真軟件的使用方法，為以后的學(xué)習(xí)提供了很好

9、的基礎(chǔ)。仿真的過(guò)程不僅需要對(duì)軟件的掌握技巧，還需要一定的耐心和信心，充分利用圖書(shū)和網(wǎng)絡(luò)資源查找資料，以完成仿真的實(shí)現(xiàn)。8附錄1. 利用simulink仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)攝氏溫度到華氏溫度的轉(zhuǎn)換 Tf=95Tc+32 仿真電路如題圖1：題圖1解：仿真結(jié)果如題圖2：題圖22.解：仿真電路如題圖3：設(shè)系統(tǒng)微分方程為y'=x+yy(1)=2，試建立系統(tǒng)模型并仿真題圖3將開(kāi)始時(shí)間設(shè)為1，積分integrator模塊初始值設(shè)置為2。 9仿真結(jié)果如題圖4：題圖43. 利用simulink仿真x(t)=8A(cost+19cos3t+125cos5t)，取A=1, 2=2解：仿真電路如題圖5：題圖5建立的函數(shù)

10、文件代碼如題圖6：題圖610仿真結(jié)果如題圖7：題圖74. 建立如題圖8所示的仿真模型并進(jìn)行仿真，改變?cè)鲆?，觀察x-y圖形變化，并用浮動(dòng)的scope模塊觀測(cè)各點(diǎn)波形。題圖8解：當(dāng)增益slider gain為1時(shí)，設(shè)置好x、y的坐標(biāo)值，得到x-y圖形如題圖9：題圖9通過(guò)slider gain模塊和integrator模塊之后的波形分別如題圖10：11題圖10當(dāng)增益slider gain增大到2時(shí)，調(diào)整x、y坐標(biāo)到合適位置，得到x-y圖形如題圖11：題圖11通過(guò)integrator模塊之后的波形不變，通過(guò)slider gain模塊之后的波形如題圖12：題圖125 有初始狀態(tài)為0的二階微分方程x

11、9;'+0.5x'+0.4x=2u(t)其中u(t)是單位階躍函數(shù)，試建立系統(tǒng)模型并仿真。解：根據(jù)題意建立系統(tǒng)模型如題圖13：12仿真結(jié)果如題圖14：題圖146 通過(guò)構(gòu)造SIMULINK模型求y=解：構(gòu)造simulink模型如題圖15：cos(t)dt的結(jié)果，其中初值分別為y(0)=0, y(0)=1 12題圖15將sine wave的phase設(shè)置成pi/2，設(shè)置integrator積分模塊初值為0時(shí)，得到y(tǒng)1（0）=0的仿真結(jié)果如題圖16：13題圖16設(shè)置integrator積分模塊初值為1時(shí)，得到y(tǒng)2（0）=1的仿真結(jié)果如題圖17：題圖177. 分析二階動(dòng)態(tài)電路的零輸入響

12、應(yīng)題圖18為典型的二階動(dòng)態(tài)電路，其零輸入響應(yīng)有過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種情況，已知L=0.5H, C=0.02F, R=1, 2, 3, , 13, 初始值uc(0)=1V,iL(0)=0求uc(t)和iL(t)的零輸入響應(yīng)并畫(huà)出波形。（1用simulink的方法，2用腳本文件的方法）題圖18 二階動(dòng)態(tài)電路14解：（1）利用simulink仿真的方法：根據(jù)題意可列出微分方程：duc(t)dt22+t）1Rdu（c+uc(t)=0 LdtLC代入數(shù)值并對(duì)兩端分別求兩次積分，可得uc(t)=-2Ruc(t)-100uc(t)根據(jù)上式可建立仿真框圖，如題圖19：題圖19t）t）其中constant

13、表示電阻的阻值，scope為u（的波形，scope1為i（的波形。 cL得到的仿真結(jié)果如題圖20和題圖21：題圖2015題圖21（2）利用腳本文件的方法：在matlab中建立M文件7a，求解微分方程的解，代碼如下：eq='D2y+2*R*Dy+100*y=0'cond='y(0)=1,Dy(0)=0'y=dsolve(eq,cond)得到微分方程的解為：y =1/2*(R2-100+R*(R2-100)(1/2)/(R2-100)*exp(-R+(R2-100)(1/2)*t)+1/2*(R2-R*(R2-100)(1/2)-100)/(R2-100)*exp(

14、-R-(R2-100)(1/2)*t)即1uc(t)=1(R-100+R(R-100)2)2R-1002221e-R+(R-100)2t2-e12-R-(R-100)t2 從而可以求出的iL(t)零輸入響應(yīng)為：iL(t)=21111e-R-(R-100)2t2-e-R+(R-100)2t2 (R-100)2建立M文件7b，編程畫(huà)出uc(t)和iL(t)的波形圖，代碼如下：for R=1:13;t=0:0.1:5;u=1/2*(R+(R2-100)(1/2)/(R2-100)(1/2)*exp(-R+(R2-100)(1/2)*t)-1/2*(R-(R2-100)(1/2)/(R2-100)(1

15、/2)*exp(-R-(R2-100)(1/2)*t);16subplot(2,1,1);plot(t,u,'r');hold on;i=1/(R2-100)(1/2)*(exp(-R-(R2-100)(1/2)*t)-exp(-R+(R2-100)(1/2)*t);subplot(2,1,2);plot(t,i);hold on;end得到的uc(t)和iL(t)的波形如題圖22：10.5-0.5-100.511.522.533.544.550.20.1-0.1-0.200.511.522.533.544.55題圖228. 一池中有水2000m，含鹽 2 kg，以 6m/ 分

16、 的速率向池中注入濃度為 0.5 kg / m 的鹽水，又以 4 m / 分的速率從池中流出混合后的鹽水，問(wèn)欲使池中鹽水濃度達(dá)到 33330.2 kg / m，需要多長(zhǎng)時(shí)間？（1用simulink的方法，2用腳本文件的方法）【附加：試畫(huà)出濃度vs時(shí)間的曲線】解：（1）用simulink仿真的方法：根據(jù)題意，設(shè)t時(shí)刻池中鹽水濃度為tt36*0.5t+2-C（t）=4C(t)dt03t+2-=4C(t)dt02000+6t-4t17 2000+2t由上式可得框圖如題圖23：仿真結(jié)果如題圖24：題圖24由上圖左圖波形可知，當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)窮時(shí)，濃度趨于0.5，由右圖可知，大約在185分鐘時(shí)濃度為0.2。

17、（2）用腳本文件的方法：將（1）中所得到的式子進(jìn)行積分并化簡(jiǎn)，可得到微分方程：（2000+2t）C(t)+6C(t)=3 '在matlab中建立M文件8a，編程求解微分方程的解，代碼如下：eq=' (2000+2*t)*Dy+6*y=3'cond='y(0)=0.001'y=dsolve(eq,cond)得到微分方程的解為：y =1/2-499000000/(1000+t)3根據(jù)微分方程的解，可以得到t關(guān)于濃度的表達(dá)式，即t=-(499000000C(t)-0.51)3-1000建立M文件8b，編程求得濃度為0.2時(shí)所需的時(shí)間，代碼如下：18y=0.2;t=(-49