基于MATLAB的單相橋式整流電路研究

1　引言

整流電路（Rectifier）尤其是單相橋式可控整流電路是電力電子技術(shù)中最為重要，也是應(yīng)用得最為廣泛的電路，不僅應(yīng)用于一般工業(yè)，也廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等其他領(lǐng)域。因此對(duì)單相橋式可控整流電路的相關(guān)參數(shù)和不同性質(zhì)負(fù)載的工作情況進(jìn)行對(duì)比分析與研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，不僅是電力電子電路理論學(xué)習(xí)的重要一環(huán)，而且對(duì)工程實(shí)踐的實(shí)際應(yīng)用具有預(yù)測和指導(dǎo)作用。

2　單相橋式半控整流電路

圖1中VT1和VT2為觸發(fā)脈沖相位互差180?的晶閘管，VD1和VD2為整流二極管，由這四個(gè)器件組成單相橋式半控整流電路。電阻R和電感L為負(fù)載，若假定電感L足夠大，即ωL≥R，由于電感中電流不能突變，可以認(rèn)為負(fù)載電流在整個(gè)穩(wěn)態(tài)工作過程中保持恒值。由于橋式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，只要晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載總是加上正向電壓，而負(fù)載電流總是單方向流動(dòng)，因此橋式半控整流電路只能工作在第一象限，因?yàn)棣豅≥R，所以不論控制角α為何值，負(fù)載電流id的變化很小。





圖1 單相橋式半控整流電路原理

在u2正半周，觸發(fā)角α處給晶閘管VT1施加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。此階段若忽略器件的通態(tài)壓降則負(fù)載壓降ud不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的情況。在u2負(fù)半周觸發(fā)角α?xí)r刻，VT2與VD3觸發(fā)導(dǎo)通，同時(shí)向VT1施加反向電壓并使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT2和VD3向負(fù)載供電。u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD3關(guān)斷。VT1和VD4續(xù)流，負(fù)載壓降ud又變?yōu)榱恪?br />
根據(jù)上述分析，可求出輸出負(fù)載電壓平均值為：


（1）

α角的移相范圍為180°。輸出電流的平均值為:


（2）

流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：


（3）

流過晶閘管的電流有效值：


（4）

單相橋式半控整流電路的仿真模型如圖2所示。





圖2 單相橋式半控整流電路的仿真模型

（1）帶純電阻性負(fù)載情況

相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置：① 交流電壓源參數(shù)U=100V，f=50Hz；② 晶閘管參數(shù)Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=10Ω，Cs=250e-6F；③ 負(fù)載參數(shù)R=10Ω，L=0H，C=inf；④ 脈沖發(fā)生器觸發(fā)信號(hào)1、2的振幅為5V，周期為0.02s（即頻率為50Hz），脈沖寬度為2。

設(shè)置觸發(fā)信號(hào)1的初相位為0s（即0?），觸發(fā)信號(hào)2的初相位為0.01s（即180?），此時(shí)的仿真結(jié)果如圖3（a）所示；設(shè)置觸發(fā)信號(hào)1的初相位為0.0025s（即45?），觸發(fā)信號(hào)2的初相位為0.0125s（即225?），此時(shí)的仿真結(jié)果如圖3（b）所示。