基于MATLAB的单相桥式整流电路研究

1、基于matlab的单相桥式整流电路研究整流（rectifier）尤其是单相桥式可控整流电路是技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，不仅应用于普通工业，也广泛应用于交通运送、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。因此对单相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作状况举行对照分析与讨论具有很强的现实意义，不仅是电力电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。2 单相桥式半控整流电路图1中vt1和vt2为触发脉冲相位互差180?的晶闸管，vd1和vd2为整流，由这四个器件组成单相桥式半控整流电路。r和l为负载，若假定电感l足够大，即lr，因为电感中不能突变，可以认

2、为负载电流在囫囵稳态工作过程中保持恒值。因为桥式结构的特点，只要晶闸管导通，负载总是加上正向，而负载电流总是单方向流淌，因此桥式半控整流电路只能工作在第一象限，由于lr，所以不论控制角为何值，负载电流id的变幻很小。图1 单相桥式半控整流电路原理在u2正半周，触发角处给晶闸管vt1施加触发脉冲，u2经vt1和vd4向负载供电。u2过零变负时，因电感作用电流不再流经二次绕组，而是由vt1和vd2续流。此阶段若忽视器件的通态压降则负载压降ud不会浮现负的状况。在u2负半周触发角时刻，vt2与vd3触发导通，同时向vt1施加反向电压并使之关断，u2经vt2和vd3向负载供电。u2过零变正时，vd4导

3、通，vd3关断。vt1和vd4续流，负载压降ud又变为零。按照上述分析，可求出输出负载电压平均值为：（1）角的移相范围为180°。输出电流的平均值为:（2）流过晶闸管的电流平均值惟独输出直流平均值的一半，即：（3）流过晶闸管的电流有效值：（4）单相桥式半控整流电路的模型2所示。图2 单相桥式半控整流电路的仿真模型（1）带纯电阻性负载状况相应的参数设置： 沟通电压源参数u=100v，f=50hz； 晶闸管参数rn=0.001，lon=0h，vf=0.8v，rs=10，cs=250e-6f； 负载参数r=10，l=0h，c=inf； 脉冲发生器触发信号1、2的振幅为5v，周期为0.02s

4、（即频率为50hz），脉冲宽度为2。设置触发信号1的初相位为0s（即0?），触发信号2的初相位为0.01s（即180?），此时的仿真结果3（a）所示；设置触发信号1的初相位为0.0025s（即45?），触发信号2的初相位为0.0125s（即225?），此时的仿真结果3（b）所示。（a） （b）图3 带纯电阻性负载单相桥式半控整流电路的仿真模型：（a）控制角为0?；（b）控制角为45?（2）带电阻电感性负载状况带电阻电感负载的仿真与带纯电阻负载的仿真办法基本相同，只需将rlc串联分支负载参数设置为r=1，l=0.01h，c=inf。此时的仿真结果分离4(a)、图4（b）所示。（a） （b）图4

5、带电阻电感性负载单相桥式半控整流电路的仿真模型：（a）控制角为0? ；（b）控制角为45?3 单相桥式全控整流电路单相可控整流电路中应用最多的是单相桥式全控整流电路（single phase bridge full-controlled rectifier），5所示。在单相桥式全控整流电路中，每一个导电回路中有2个晶闸管，即用2个晶闸管同时导通以控制导电的回路。图5 单相桥式全控整流电路原理上文已经就单相桥式半控整流电路在纯电阻性负载时举行了较为详尽的分析，而且全控电路与半控电路在纯电阻性负载时的工作状况基本全都，同时晶闸管承受的最大正向电压和反向电压也同前述电路相同，分离为和。以下重点分析带

6、电阻电感负载时的工作状况。vt1和vt4组成一对桥臂，在u2正半周(即a点电位高于b点电位)承受电压u2，若在触发角处给晶闸管vt1和vt4施加触发脉冲使其开通，电流从电源a端经vt1、r、vt4流回电源b端，ud=u2。在u2过零时关断。假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。负载中有电感时电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id延续且近似为一水平直线，u2过零变负时，因为电感的作用晶闸管vt1和vt4中仍流过电流id，并不关断。vt2和vt3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，至t=+时刻，给vt2 和vt3施加触发脉冲，由于vt2 和vt3本已经承受

7、正向电压，故两管导通。在u2过零时关断。vt2 和vt3导通后，分离给vt4 和vt1施加反向电压使其关断。流过vt1和vd4的电流快速转移到vt2 和vt3上，此过程称为换相，亦称换流。在下一周期重复相同过程，如此循环。若4个晶闸管均不导通，则负载电流id为零，负载电压ud也为零。按照上述分析，可求出输出负载电压平均值为：（5）晶闸管移相范围为90°。晶闸管承受的最大正反向电压均为 。晶闸管导通角与无关，均为180°。电流的平均值和有效值分离为：（6）（7）变压器二次侧电流i 2的波形为正负各180°的矩形波，其相位由打算，有效值i 2= id。带电阻电感性负载

8、单相桥式全控整流电路的仿真模型6所示。图6 单相桥式半控整流电路的仿真模型（1） 带纯电阻性负载状况相应的参数设置与前述单相桥式半控整流电路相同。设置触发信号1和触发信号3的初相位为0s（即0?），触发信号2和触发信号4的初相位为0.01s（即180?），此时的仿真结果7（a）所示；设置触发信号1和触发信号3的初相位为0.005s（即90?），触发信号2和触发信号4的初相位为0.015s（即270?），此时的仿真结果7（b）所示。（a） （b）图7 带纯电阻性负载单相桥式半控整流电路的仿真模型:（a）控制角为0?；（b）控制角为45?（2）带电阻电感性负载的状况：带电阻电感负载的仿真与带纯电阻负载的仿真办法基本相同，只需将rlc串联分支设置为电阻电感性负载，即负载参数设置为r=1，l=0.01h，c=inf。此时的仿真结果分离8(a)、(b)所示。（a） （b）图8 带电阻电感性负载单相桥式半控整流电路的仿真模型 :（a）控制角为0?；（b）控制角为90?4 结论本文在对单相桥式可控整流电路理论分析的基础上，利用matlab面对对象的设计思想和自带的电力系统工具箱，建立了基于matlab/simulink的单相桥式可控整流电路的仿真模型，并对其举行了对照分析讨论。对于电路带纯