电力电子技术实验报告

一、实验内容

如图1-1所示为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。

图1-1

二、实验原理

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。

三、实验过程

启动MATLAB，进入SIMULINK后新建一个仿真模型的新文件。在这里可以任意添加电路元器件模块。然后对照电路系统模型，依次往文档中添加相应的模块。在此实验中，我们按下表添加模块：

添加好模块后，要对各元器件进行布局。一个良好的布局面板，更有利于阅读系统模型及方便调试。

图1-3

设置模块参数。依次双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

1、交流电源参数设置：电压设置为220V，频率设为50Hz，其它默认。

图1-4

2、脉冲触发器设置：振幅（amplitude）设为5。周期（Period）设为0.02秒。脉冲宽度（pulse width）设为2。相位延迟角（phase delay），即触发角。它的设置在调试时需要修改，以实现在不同角度触发时，观测电路各变量的波形的变化。因为它是以秒为单位，故需把角度换算成秒。其计算可按以下公式：

t=αT/360   

例如触发角α＝45度，周期T＝0.02，则t=0.0025，则此空中应填入0.0025。

图1-5

第二个触发器的设置只需触发角比第一个大180度，即加上0.01，其它不变。

3、示波器的设置：双击示波器，弹出示波器面板，在第一排控件栏中单击第二个控件，弹出参数设置窗口，如下所示：

图1-6

把坐标系数目设为7，其它不必修改。Time range是横坐标设置。

模型仿真。在模型仿真时要先设置仿真参数，仿真参数的设置与实验一相同。设置好后，即可开始仿真。点击开始控件。仿真完成后就可以通过示波器来观察仿真的结果。

以下是分别在30度，60度，90度时的仿真结果。

四、仿真结果

1)  α=30º，R=1Ω，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，phase delay（secs）1=1/600,phase delay（secs）2=1/600 +0.01;

图1-7 α=30°单相桥式全控整流电路（电阻性负载）波形图

2)  α=60º，R=1Ω，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，phase delay（secs）1=1/300,phase delay（secs）2=1/300 +0.01

图1-8 α=60°单相桥式全控整流电路（电阻性负载）波形图

3)  α=90º，R=1Ω，period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，phase delay（secs）1=1/200,phase delay（secs）2=1/200 +0.01;

图1-9  α=90°单相桥式全控整流电路（电阻性负载）波形图

实验二：单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）

一、实验内容

阻-感性负载电路如图2-1所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电流很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。

图2-1

二、实验原理

1、在电压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，VT1、VT4处于关断状态。假设电路已经工作在稳定状态，则在0~α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（α~π）区间。在ωt=α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通，负载电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→T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（π~π+α）区间。当ωt=π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（π+α~2π）区间。在ωt=π+α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其导通，负载电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→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ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。

三、实验步骤

1、建模

图2-2单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）模型图

2、步骤

带电阻电感负载的仿真与带电阻负载的仿真方法基本相同，但须将RLC的串联分支设置为电阻电感。

四、仿真结果

1)  α=30º，R=1Ω，L=0.1H,period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，phase delay（secs）1=1/600,phase delay（secs）2=1/600 +0.01;

图2-3 α=30°单相桥式全控整流电路（阻-感性负载时）波形图

2)  α=60º，R=1Ω，L=0.1H,period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，phase delay（secs）1=1/300,phase delay（secs）2=1/300 +0.01;

图2-4  α=60°单相桥式全控整流电路（阻-感性负载时）波形图

3)  α=90º，R=1Ω，L=0.1H,period=0.02s，peakamplitude=10V，frequency=50HZ，phase delay（secs）1=1/200,phase delay（secs）2=1/200 +0.01;

图2-5  α=90°单相桥式全控整流电路（阻-感性负载时）波形图

实验三：三相半波可控整流电路（电阻性负载）

一、实验内容

为了得到零线变压器二次侧接成星形得到零线，为了给三次谐波电流提供通路，减少高次谐波的影响，变压器一次绕组接成三角形，为△/Y接法。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法 。如图3-1

图3-1 .三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）

二、实验原理

1、在ωt1-ωt2区间，有Uu＞Uv，Uu＞Uw，U相电压最高，VT1承受正向电压，    在ωt1时刻触发VT1导通，导通角θ=120°，输出电压Ud=Uu。其他两个    晶闸管承受反向电压而不能导通。VT1通过的电流It1与变压器二次侧u相    电流波形相同，大小相等，可在负载电阻R两端测试。

2、在ωt2-ωt3区间，有Uv＞Uu，V相电压最高，VT2承受正向电压，在ωt2时    刻触发VT2导通，Ud=Uv。VT1两端电压Ut1=Uu-Uv=Uuv＜0，晶闸管VT1    承受反向电压关断。

3、在ωt3-ωt4区间，有Uw＞Uv，W相电压最高，VT3承受正向电压，在ωt3    时刻触发VT3导通，Ud=Uw。VT2两端电压Ut2=Uv-Uw=Uvw＜0，晶闸管VT2承受反向电压关断。在VT3导通期间VT1两端电压Ut1=Uu-Uw=Uuw    ＜0。这样在一个周期内，VT1只导通120°，在其余240°时间承受反向电    压而处于关断状态。

三、实验步骤

根据原理图用matalb软件画出正确的三相半波可控整流电路（电阻性负载）仿真电路图如图3-2所示：

图3-2.三相半波可控整流电路仿真模型（电阻性负载）

脉冲参数：

振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。如图3-3所示

  图3-3.脉冲参数设置                 

电源参数：

频率50hz，电压100v，其相限角度分别为0°、120°、-120°如图3-4所示。

图3-4 电源参数设置

四、仿真结果

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°。与其产生的相应波形分别如图3-5、图3-6、图3-7。在波形图中第一列波为流过晶闸管电流波形，第二列波为流过晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形。

图3-5  α=30°三相半波可控整流电路（电阻性负载）波形图

图3-6  α=60°三相半波可控整流电路（电阻性负载）波形图

图3-7  α=90°三相半波可控整流电路（电阻性负载）波形图

实验四：三相半波可控整流电路（阻-感性负载）

一、实验内容

为了得到零线变压器二次侧接成星形得到零线，为了给三次谐波电流提供通路，减少高次谐波的影响，变压器一次绕组接成三角形，为△/Y接法。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法 。如图4-1

图4-1.三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）

二、实验原理

当α小于等于30°时相邻两项的换流是在原导通相的交流电压过负之前，其工作情况与电阻性负载相同，输出电压Ud波形，Ut波形也相同。由于负载电感的储能作用，输出电流Id是近乎平直的直流波形，晶闸管中分别流过幅度Id，宽度120°的矩形波电流，导通角θ=120°

当α大于30°时，假设α=60°，VT1导通，在U相交流电压过零变负后，由于未达到VT2的触发时刻，VT2未导通，VT1在负载电感产生的感应电动势作用下继续导通，输出电压Ud小于0，直到VT2被触发导通，VT1承受反向电压而关断，输出电压Ud小于Uv，然后重复U相的过程。

三、实验步骤

根据原理图用matalb软件画出正确的三相半波可控整流电路（阻-感性负载）仿真电路图如图4-2所示：

图4-2.三相半波可控整流电路仿真模型（阻-感性负载）

脉冲参数：

振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。如图4-3所示

  图4-3.                   

电源参数：

频率50hz，电压100v，其相限角度分别为0°、120°、-120°如图4-4所示。

图4-4 

四、仿真结果    

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°。与其产生的相应波形分别如图4-5、图4-6、图4-7。在波形图中第一列波为流过晶闸管电流波形，第二列波为流过晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形。

图4-5  α=30°三相半波可控整流电路（阻-感性负载）波形图

图4-6  α=60°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图

图4-7  α=90°三相半波可控整流电路原理图（阻-感性负载）波形图

实验五：单相桥式全控整流电路(反电动势负载)

一、实验内容

电路结构

图5-1  单相桥式全控整流电路（反电动势负载）的电路原理图

二、实验原理

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。

三、实验步骤

在MATLAB新建一个Model，命名为dianlu6，同时模型建立如下图所示：

 图5-2  单相桥式全控整流电路（反电动势负载）的MATLAB仿真模型

交流电源参数

图5-3

同步脉冲信号发生器参数

图5-4

电阻、反电动势参数

图5-5

示波器参数

示波器五个通道信号依次是：①通过晶闸管VT1.VT4电流Ial；②晶闸管VT1.VT4电压Ual；③电源电流i2④通过负载电流Id；⑤负载两端的电压Ud;通过晶闸管VT2.VT3电流电压。

四、仿真结果

图5-6  α=30°单相桥式全控整流电路（反电动势负载）波形图

图5-7  α=60°单相桥式全控整流电路（反电动势负载）波形图

图5-8  α=90°单相桥式全控整流电路（反电动势负载）波形图