【正文】 波形圖如圖33所示：觸發(fā)較為30176。時的波形圖如圖34所示：觸發(fā)角為60176。時的波形圖如圖35所示：觸發(fā)角為90176。時的波形圖如圖36所示：參數(shù)說明：由于在該題目中并沒有給出確切的參數(shù)，所以為了分析方便，選取參數(shù)如下：交流電源為100V頻率為50HZ；負(fù)載的電阻值為150Ω；所用晶閘管的一些參數(shù)為其默認(rèn)值。仿真過程中所用算法為ode23tb(stiff/TRBDF2)。仿真結(jié)果分析：在單相橋式全控整流電路中，晶閘管VT1與VT4組成一對橋臂，VT2與VT3組成另一對橋臂。在交流電源電壓的正半周，若4個晶閘管均不導(dǎo)通，則負(fù)載電流為零，VTVT4串聯(lián)承受交流電源電壓，若兩個管子的漏電阻相等，則各承受一半。若在相應(yīng)的觸發(fā)角處給VT1與VT4加觸發(fā)脈沖，VT1與VT4即會導(dǎo)通，電流會從電源a端流經(jīng)VTR與VT4流回電源的b端。當(dāng)交流電源電壓過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1與VT4將關(guān)斷。在交流電源電壓的負(fù)半周，仍然在給定相應(yīng)觸發(fā)角處觸發(fā)VT2與VT3，使VT2與VT3導(dǎo)通，電流從b端流出，流經(jīng)VTR與VT3流回電源的a端。到電源電壓過零時，電流又降為零，VT2與VT3關(guān)斷。此后又是VT1與VT4導(dǎo)通，如此循環(huán)地工作下去，將會得到所對應(yīng)的波形圖。由于在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過負(fù)載，故而該電路為全波整流。在負(fù)載端電壓的一個周期內(nèi)，整流電壓脈動兩次，脈動的次數(shù)多于半波整流電路，故該電路屬于雙波整流電路。 交流調(diào)壓電路的分析交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光的控制）及一步電動機(jī)的軟啟動，也用于異步電動機(jī)的調(diào)速。在供電系統(tǒng)中，這種電路還常用于對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器的一次電壓。在本節(jié)中將選取一道有關(guān)交流調(diào)壓的系統(tǒng)進(jìn)行分析，旨在掌握交流脈寬調(diào)制的理論與思想。所選習(xí)題的題目為:有一交流調(diào)壓電路，其所帶負(fù)載為純阻性負(fù)載，試畫出負(fù)載端的的電壓與流經(jīng)負(fù)載電流的波形。交流調(diào)壓電路的種類非常的多，但為了分析的方便，選取最常用的晶閘管反向并聯(lián)的一種做一分析。其電路原理圖如圖37所示： 圖37 交流調(diào)壓電路電路原理圖其所對應(yīng)的仿真電路模塊圖如圖38所示：圖38 交流調(diào)壓仿真模塊圖為了進(jìn)行對比，便于分析，在交流調(diào)壓電路中仍然采取以觸發(fā)角為核心，即觀察不同觸發(fā)角情況下所對應(yīng)的仿真波形圖。在此，為了與前面分析的思路保持一致，故仍將所要觀察的波形圖分為四種情況：① 當(dāng)觸發(fā)角為0176。時的波形圖；② 當(dāng)觸發(fā)角為30176。時的波形圖；③ 當(dāng)觸發(fā)角為60176。時的波形圖；④ 當(dāng)觸發(fā)角為90176。時的波形圖；對脈沖發(fā)生器的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，可以得到在不同觸發(fā)角情況下的仿真波形圖。當(dāng)觸發(fā)角為0176。時的波形圖如圖39所示：圖39 觸發(fā)角為0度時的仿真波形圖當(dāng)觸發(fā)角為30176。時的波形圖如圖310所示： 圖310 觸發(fā)角為30度時的仿真波形圖當(dāng)觸發(fā)角為60176。時的波形圖如圖311所示： 圖311 觸發(fā)角為60度時的仿真波形圖當(dāng)觸發(fā)角為90176。時的波形圖如圖312所示： 圖312 觸發(fā)脈沖為90度時的仿真波形圖參數(shù)說明： 在該題目也沒有給定確切的參數(shù)，為了簡單分析起見，選取電路中的各參數(shù)如下：交流電源為100V頻率為50HZ；負(fù)載的電阻值為50Ω；所用晶閘管的一些參數(shù)為其默認(rèn)值。仿真過程中所用算法為ode23tb(stiff/TRBDF2)。仿真結(jié)果分析：首先該電路時由兩個晶閘管反向并聯(lián)并與負(fù)載串聯(lián)所組成的電路，兩個管子分別工作于前半周期與后半周期。在交流電源電壓為正向時，晶閘管VT1已經(jīng)做好了導(dǎo)通的準(zhǔn)備。但是當(dāng)VT1未導(dǎo)通之前，電路始終處于斷路狀態(tài)，流過電路中的電流始終為零，且其負(fù)載端的電壓值也一直保持為零；當(dāng)VT1的觸發(fā)脈沖到來時，VT1立即導(dǎo)通，此時負(fù)載端的電壓立刻變?yōu)榻涣麟娫措妷旱闹?，其電流也由原來的零值變?yōu)橄鄳?yīng)電壓下的值。直到交流電源電壓過零時，由于該電路是純阻性負(fù)載的電路，并沒有儲能元器件存在，故而加在VT1兩端的電壓值也立刻變?yōu)榱阒?，VT1退出其工作狀態(tài)，使得負(fù)載端的電壓與電流重新回到零值。在交流電源電壓為反向時，晶閘管VT1始終承受反向電壓而處在關(guān)斷狀態(tài)，但是此時VT2兩端所承受的電壓為正向電壓，也就是說VT2已經(jīng)為導(dǎo)通做好了準(zhǔn)備。當(dāng)VT2的觸發(fā)脈沖到來時，VT2也立即導(dǎo)通，負(fù)載端的電壓又一次與交流電源電壓的值相等，電流也為其相應(yīng)的值。直到交流電源電壓再一次過零時，其電流與電壓又變?yōu)榱阒?，從而完成一個工作周期，如此重復(fù)下去。 降壓斬波電路的分析直流斬波電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，也成為直接直流直流變換器。根據(jù)對輸出電壓平均值調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：① 保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間t，成為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬型。② 保持開關(guān)的導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T,成為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。③ T與t都可調(diào)，使占空比改變，成為混合型。在大多數(shù)的直流斬波調(diào)壓電路中，一般均采用第一種方法，尤其是可控器件的飛速發(fā)展，使得其開關(guān)頻率變得很高，這就使得用這種方法變得更加方便。由于在上一章中，介紹全控器件IGBT時所用電路為直流升壓斬波電路，故在本節(jié)中將選取一道有關(guān)降壓斬波的習(xí)題來更深層次地認(rèn)識直流斬波電路。所選習(xí)題的題目為： 試設(shè)計一個直流降壓斬波電路，負(fù)載為純阻性負(fù)載，其它參數(shù)自定，并畫出負(fù)載兩端的電壓，流過負(fù)載的電流，及IGBT兩端的電壓波形圖。首先根據(jù)題目的要求做出其電路圖。其電路原理圖如圖313所示： 圖313 降壓斬波電路原理圖根據(jù)所對應(yīng)的電路原理圖，在simulk中做出其仿真電路的連接圖。其仿真電路模塊圖如圖314所示：圖314 降壓斬波電路仿真模塊圖為了對比觀察，做出了占空比在20％與40％情況下的仿真波形圖進(jìn)行分析。占空比在20％時的仿真波形圖如圖315所示： 圖315 占空比為20%時的仿真波形圖占空比在40％時的仿真波形圖如圖316所示： 圖316 占空比為40%時的仿真波形圖仿真結(jié)果分析：該降壓斬波電路為最簡單的一種電路，在該電路中IGBT就像是一個模擬的高頻開關(guān)，它以一定的頻率導(dǎo)通與關(guān)斷，其導(dǎo)通與關(guān)斷所對應(yīng)的時間與占空比的設(shè)置有關(guān)。當(dāng)IGBT導(dǎo)通時，該電路就將電源電壓加在了負(fù)載兩端，并且這時二極管由于承受反壓而處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)IGBT關(guān)斷時，負(fù)載與電源的通路被阻斷，若負(fù)載時阻感負(fù)載的話，將會使二極管承受正向電壓而導(dǎo)通，進(jìn)行續(xù)流，但是若為純阻負(fù)載時，電流與電壓立刻變?yōu)榱阒?，完成一個周期，如此重復(fù)下去。很明顯，占空比的大小最終決定了輸出電壓值的大小。 本章小結(jié)在本章中，在熟悉了simulink仿真軟件的應(yīng)用環(huán)境后，選取了三道最常見的習(xí)題加以分析。在整流電路中，選取了一道單相橋式全控整流電路，雖然較為簡單，但是它是理解整個整流電路的基礎(chǔ)，為理解三相整流電路而做的充分準(zhǔn)備。 由于交流調(diào)壓電路在各個方面的應(yīng)用越來越多，故在第二節(jié)選取了一道有關(guān)交流調(diào)壓的電路做一分析，旨在掌握交流調(diào)壓電路的工作原理，并了解其在實(shí)際中的應(yīng)用。 直流斬波電路在電力電子中也有著舉足輕重的作用，由于在器件介紹中選取了升壓斬波電路做了分析，故在本章的第三節(jié)中選取了降壓斬波電路和前面做一對比分析。第4章 直流電機(jī)控制系統(tǒng)仿真——橋式可逆PWM變換器應(yīng)用有了前面章節(jié)的內(nèi)容作為基礎(chǔ)，在熟練了其simulink仿真環(huán)境的基礎(chǔ)上，在本章將分析在運(yùn)動控制系統(tǒng)中常見的一類調(diào)速系統(tǒng)，即直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中的橋式可逆PWM變換器。自從全控電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器—直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM 調(diào)速系統(tǒng)。PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：① 主電路線路簡單，需用的功率器件少。② 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)的損耗及發(fā)熱都較小。③ 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000左右。④ 若與快速響應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)的頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)。⑤ 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置的效率較高。⑥ 直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。由于有上述優(yōu)點(diǎn)，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，特別在中小容量的高動態(tài)性能中，已完全取代了VM系統(tǒng)。故而掌握直流PWM調(diào)速系統(tǒng)在直流調(diào)速系統(tǒng)中至關(guān)重要，故在本章中重點(diǎn)分析可逆PWM變換器。當(dāng)然可逆PWM變換器的主電路有多種形式，在這里選擇最常見的橋式可逆PWM變換器。橋式可逆PWM變換器的主電路由四個IGBT組成一個H橋，并且每一個IGBT上均反并聯(lián)有電力二極管，電力二極管起到續(xù)流的作用，在此不再詳述。H橋上所接器件為直流電機(jī)，然后在再橋的兩端加上直流電源電壓。其原理簡圖如圖如圖41所示： 圖41 橋式PWM變換器電路原理圖從原理圖中可以直觀地看出，電動機(jī)M兩端的電壓的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動電壓極性的變化而改變，其控制方式有單極式、雙極式，受限單極式多種。這里為了簡單起見，選擇了單極式控制方式進(jìn)行詳細(xì)分析。有了原理圖之后，便可在simulink中連接出該電路的仿真電路連接圖。其仿真電路模塊圖如圖42所示：為了對該系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，將系統(tǒng)的各種情況進(jìn)行分類，以便在分析中進(jìn)行對比，這樣便能很直觀地得到一些結(jié)論，并在分析過程中有清晰地思路。系統(tǒng)討論分類情況如下：㈠ 占空比為90％時對系統(tǒng)的分析。㈡ 占空比為50％時對系統(tǒng)的分析。㈢ 占空比為10％時對系統(tǒng)的分析。在上面所分的三大類中，每一種又分為三小類。從而對該系統(tǒng)的分析盡量達(dá)到全面。三小類為：① 電動機(jī)所帶負(fù)載為輕載時的情況；② 電動機(jī)所帶負(fù)載為適當(dāng)負(fù)載時的情況；③ 電動機(jī)所帶負(fù)載為重載時的情況；分析方法說明：在以下的分析中，采取以一個大類為一個單元進(jìn)行分析，即在