matlab仿真——单相桥式全控整流电路.doc

设计课题: 单相桥式全控整流电路 姓 名: 学 院: 信息工程学院 专 业: 电子信息科学与技术 班 级: 09级 学 号: 日 期 2010-2011第三学期 指导教师: 李光明 张军蕊 单相桥式全控整流电路一、 问题描述及工作原理1、单相桥式全控整流电路（电阻性负载）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（）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（）区间，在时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。（3）在u2负半波的（）区间，在区间，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（）区间，在时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿bVT3RVT2T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。2、单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）如图2所示：图2其工作原理如下：（1）在电压u2正半波的（0）区间。晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，VT1、VT4处于关断状态。假设电路已经工作在稳定状态，则在0区间由于电感的作用，晶闸管VT2、VT3维持导通。（2）在u2正半波的（）区间。在t=时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通，负载电流沿aVT1LRVT4bT的二次绕组a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电压u2反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反向电压而处于关断状态。（3）在电压u2负半波的（+）区间。当t=时，电源电压自然过零，感应电势是晶闸管VT1、VT4继续导通。在电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。（4）u2负半波的（+2）区间。在t=+时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其导通，负载电流沿bVT3LRVT2aT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。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反向电压而关断。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期t=2+处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。二、建立仿真模型及仿真实现根据电路图对其建立仿真模型，并对其进行参数设置，将电源电压幅值设置为141v，频率设为50Hz，脉冲发生器的频率设为100Hz，晶闸管控制角以脉冲的延迟时间t表示，例如：取=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。1、单相桥式全控整流电路（电阻性负载）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，并设置仿真结束时间为0.06s，仿真模型电路如图3：图3=30时，可得到仿真结果如图：图4改变的值分别为60（图5），90（图6），120（图7），得到的仿真结果分别如图：图5图6图72、单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）串联支路为R和L时，为单相桥式全控整流电路的阻-感性负载情况，将L设置为1e-3，R设置为2，其他参数设置与电阻性负载情况相同，建立的仿真模型电路如图8：图8取=30时，仿真结果如图9：图9当分别取60（图10），90（图11），120（图12）时，仿真结果分别如图：图10图11图12三、 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，带阻-感负载时，一对桥臂导通使另一对桥臂的两个晶闸管承受反压而关断，每周期换相两次。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，带阻-感负载时，电流变化很小，这时由于电感对负载电流起到了平波的作用。第三，带阻-感负载时，电流逐渐增大，经过几个周期后达到稳态，电路的工作情况与理论分析基本一致。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（阻-感性负载）与单相半波整流电路仿真波形相比较，输出的电压和电流波形频率都提高了约一倍，流过每个晶闸管的平均电流Idt只有负载平均电流的一半。变压器二次侧电流I2的波形是对称的正负矩形波，而晶闸管承受的最大正反向电压则和单相半波可控整流电流一样。单相桥式全控整流电路就是通过改变控制角，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。 四、 实验思考这次的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，使仿真过程变的更简单明了。经过小学期的这两次仿真课程，学会了两种仿真软件的使用方法，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。附录1. 利用simulink仿真来实现摄氏温度到华氏温度的转换 仿真电路如题图1：题图1解：仿真结果如题图2：题图22. 设系统微分方程为，试建立系统模型并仿真解：仿真电路如题图3：题图3将开始时间设为1，积分integrator模块初始值设置为2。仿真结果如题图4：题图43. 利用simulink仿真，取A=1, 解：仿真电路如题图5：题图5建立的函数文件代码如题图6：题图6仿真结果如题图7：题图74. 建立如题图8所示的仿真模型并进行仿真，改变增益，观察x-y图形变化，并用浮动的scope模块观测各点波形。题图8解：当增益slider gain为1时，设置好x、y的坐标值，得到x-y图形如题图9：题图9通过slider gain模块和integrator模块之后的波形分别如题图10：题图10当增益slider gain增大到2时，调整x、y坐标到合适位置，得到x-y图形如题图11：题图11通过integrator模块之后的波形不变，通过slider gain模块之后的波形如题图12：题图125 有初始状态为0的二阶微分方程其中u(t)是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿真。解：根据题意建立系统模型如题图13：题图13仿真结果如题图14：题图146 通过构造SIMULINK模型求的结果，其中初值分别为y1(0)=0, y2(0)=1解：构造simulink模型如题图15：题图15将sine wave的phase设置成pi/2，设置integrator积分模块初值为0时，得到y1（0）=0的仿真结果如题图16：题图16设置integrator积分模块初值为1时，得到y2（0）=1的仿真结果如题图17：题图177. 分析二阶动态电路的零输入响应题图18为典型的二阶动态电路，其零输入响应有过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况，已知L=0.5H, C=0.02F, R=1, 2, 3, , 13, 初始值求的零输入响应并画出波形。（1用simulink的方法，2用脚本文件的方法）题图18 二阶动态电路解：（1）利用simulink仿真的方法：根据题意可列出微分方程：代入数值并对两端分别求两次积分，可得 根据上式可建立仿真框图，如题图19：题图19其中constant表示电阻的阻值，scope为的波形，scope1为的波形。得到的仿真结果如题图20和题图21：题图20题图21（2）利用脚本文件的方法：在matlab中建立M文件7a，求解微分方程的解，代码如下：eq=D2y+2*R*Dy+100*y=0;cond=y(0)=1,Dy(0)=0;y=dsolve(eq,cond)得到微分方程的解为：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(-R-(R2-100)(1/2)*t)即 从而可以求出的零输入响应为： 建立M文件7b，编程画出和的波形图，代码如下：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)(1/2)*exp(-R-(R2-100)(1/2)*t);subplot(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得到的和的波形如题图22：题图228. 一池中有水2000，含盐 2 kg，以 6/ 分 的速率向池中注入浓度为 0.5 kg / 的盐水，又以 4 / 分的速率从池中流出混合后的盐水，问欲使池中盐水浓度达到 0.2 kg / ，需要多长时间？（1用simulink的方法，2用脚本文件的方法）【附加：试画出浓度vs时间的曲线】解：（1）用simulink仿真的方法：根据题意，设t时刻池中盐水浓度为由上式可得框图如题图23：题图23仿真结果如题图24： 题图24由上图左图波形可知，当时间趋于无穷时，浓度趋于0.5，由右图可知，大约在185分钟时浓度为0.2。（2）用脚本文件的方法：将（1）中所得到的式子进行积分并化简，可得到微分方程：在matlab中建立M文件8a，编程求解微分方程的解，代码如下：eq= (2000+2*t)*Dy+6*y=3;cond=y(0)=0.001;y=dsolve(eq,cond)得到微分方程的解为：y =1/2-499000000/(1000+t)3根据微分方程的解，可以得到t关于浓度的表达式，即建立M文件8b，编程求得浓度为0.2时所需的时间，代码如下：y=0.2;t=(-499000000/(y-0.5)(1/3)-1000得到浓度为0.2时所需时间为t = 184.8402建立M文件8c，编程画出浓度随时间变化的曲线图，代码如下：t=linspace(0,6000,100)y =1/2-499000000./(1000+t).3)plot(t,y)得到的曲线图如题图25：题图2511. 搭建特定的信号源，建立SIMULINK仿真模型、显示仿真结果。解：根据题意建立框图如题图26：题图26建立的函数文件代码如题图27：题图27取周期T=1和周期T=4时，输出u(t)波形分别如题图28：题图2820