基于MATLAB/Simulink的單相橋式整流電路建模與仿真

摘要：闡述了單相橋式全控整流電路的工作原理，并且詳細(xì)研究了在MATLAB/Simulink中的單相橋式全控整流電路的建模方法;最后給出了詳細(xì)的仿真結(jié)果，仿真結(jié)果和理論分析一致，為單相橋式全控整流電路的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

0 引言

整流電路是將交流電能轉(zhuǎn)變成直流電能的一種電路，它通常由變壓器、整流主電路、濾波器等組成，廣泛用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、發(fā)動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電鍍、電解等領(lǐng)域，而單相橋式全控整流電路就是單相整流電路中應(yīng)用較多的一種電路。本文所介紹的就是單相橋式全控整流電路的工作原理和它在MATLAB/Simulink環(huán)境下的建模與仿真。

1 單相橋式全控整流電路的工作原理

單相橋式全控整流電路圖(帶電阻性負(fù)載)如圖1所示，電路由交流電源u1、整流變壓器T、晶閘管VT1～4、負(fù)載R以及觸發(fā)電路組成。其中晶閘管VT1和VT4、晶閘管VT2和VT3各組成一對(duì)橋臂，又由于晶閘管具有單向可控導(dǎo)電性能，所以在變壓器的二次電壓u2的正半周，晶閘管VT1和VT3被觸發(fā)，負(fù)半周時(shí)晶閘管VT2和VT3被觸發(fā)。在u2的正半周時(shí)(a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位)，如果4個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通，負(fù)載電流id為0，負(fù)載電壓也為0，VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2，設(shè)VT1和VT4的漏電阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發(fā)角α處給VT1和VT4。加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。當(dāng)u2過0的時(shí)候，流過晶閘管的電流也降到0，VT1和VT4關(guān)斷。

在u2的正半周時(shí)，仍在觸發(fā)延遲角的α處觸發(fā)延遲VT2和VT3(VT2和VT3的α=0處為wt=π)，VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。到u2過0時(shí)，電流又降為0，VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通，如此循環(huán)工作下去。

2 單相橋式全控整流電路在MATLAB/Simulink的建模與仿真

2.1 單相橋式電路的仿真模型

單相橋式全控整流電路主要由交流電源、晶閘管、RLC負(fù)載等構(gòu)成，其在MATLAB/Simulink仿真模型如圖2所示。由于在SIMULINK庫中沒有專用的單相橋式整流電路的觸發(fā)模塊，這里用三相橋的觸發(fā)器(Synchronized 6-pulse Generator)來產(chǎn)生晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3的觸發(fā)脈沖，如圖4所示，用電壓測(cè)量取得變壓器二次電壓信號(hào)作為觸發(fā)器的同步信號(hào)，信號(hào)從觸發(fā)器AB端輸入，觸發(fā)器的BC、CA端和Block端用常數(shù)模塊置“0”，Synchronized 6-pulse Generator產(chǎn)生6路觸發(fā)信號(hào)，通過Demux分解并與變壓器的二次電壓的相位比較，圖4上為變壓

器二次電壓波形，中間為第6路觸發(fā)脈沖，下為第4路觸發(fā)脈沖，此脈沖信號(hào)與正弦信號(hào)比較的時(shí)候，這二路信號(hào)可以滿足單相橋的觸發(fā)和移相控制要求，因此將第6路觸發(fā)脈沖連接VT1和VT4控制板，第4路觸發(fā)脈沖連接VT2和VT3控制板。

2.2 仿真參數(shù)設(shè)置

(1)電壓源參數(shù)。電壓源為AC，電壓為220V，頻率50Hz，輸入電壓峰值為220*sqrt(2)。

(2)變壓器參數(shù)。電壓為220V(有效值)，二次電壓為100V(有效值)。

(3)晶閘管使用默認(rèn)參數(shù)。

(4)負(fù)載RLC的參數(shù)。根據(jù)具體情況設(shè)置

(5)脈沖發(fā)生器Synchronized 6-pulse Generator的參數(shù)：同步頻率為50Hz，脈沖寬度取10°。

(6)電阻負(fù)載角度α參數(shù)：α=0°、30°、60°、120°。

(7)系統(tǒng)仿真參數(shù)：開始時(shí)間選0，可變步長(zhǎng)，仿真數(shù)值選ode23，誤差選擇0.001。

2.3 仿真結(jié)果及其分析

圖3～5為電阻性負(fù)載時(shí)的電壓和電流輸出波形，圖6～8為阻感負(fù)載時(shí)的電壓和電流的輸出波形。圖3和圖4波形表明電壓和電流都是脈動(dòng)的，電源的交流電經(jīng)過整流器后成為了直流電，實(shí)現(xiàn)了整流的功能，波形呈現(xiàn)周期性正弦半波，整流后的電壓和電流形狀相似。圖3、圖4和圖5的電壓電流波形已隨控制角變化，隨著控制角的增加，輸出電壓的平均值減小，輸出電流也隨之下降。圖6～圖相比較圖3～5，整流輸出電流脈動(dòng)明顯小，說明輸出電感具有濾波的作用。

3 結(jié)束語

本文在MATLAB軟件中對(duì)單相橋式全控整流電路進(jìn)行了建模與仿真，分別在負(fù)載為0°、30°和60°時(shí)對(duì)電路進(jìn)行了仿真，得出的結(jié)果與理論相一致，為技術(shù)人員學(xué)習(xí)和生活中的各種應(yīng)用提供了很好的思路。