基于Matlab GUI的整流電路仿真設(shè)計

0 引言
整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備，整流電路的應(yīng)用十分廣泛。在整流電路的設(shè)計過程中，需要對設(shè)計電路及有關(guān)參數(shù)選擇是否合理、效果好壞進行驗證。如果通過實驗來驗證，需要經(jīng)過反復(fù)多次的元件安裝、調(diào)試、重新設(shè)計等步驟，這樣使得設(shè)計耗資大，效率低，周期長。現(xiàn)代計算機仿真技術(shù)為電力電子電路的設(shè)計和分析提供了嶄新的方法，可以使復(fù)雜的電力電子電路、系統(tǒng)的分析和設(shè)計變得更加容易和有效。Matlab是一種計算機仿真軟件，它是以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計算語言。Simulink是基于框圖的仿真平臺，它掛接在Matlab環(huán)境上，以Matlab的強大計算功能為基礎(chǔ)，用直觀的模塊框圖進行仿真和計算。其中的電力系統(tǒng)(Power System)工具箱是專用于RLC電路、電力電子電路、電機傳動控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)仿真用的模型庫。它具有豐富的器件模型和齊全的分析功能，且操作方便。隨著對仿真和程序設(shè)計通用性及可視化需求的日益增加，Matlab的圖形用戶界面(GUI)應(yīng)用也越來越廣泛，功能越來越強大。以Matlab 7．1為設(shè)計平臺，利用Simulink中的Power System工具箱來搭建整流電路仿真模型，并通過Matlab GUI設(shè)計整流電路的分析界面。

1 整流電路仿真模型
整流電路又稱交一直流變流器，在整流的同時還對直流電壓電流進行調(diào)整，以符合用電設(shè)備的要求。按不同的分類方式，整流電路的種類非常多，其中單相橋式全控整流電路和三相橋式全控整流電路最為典型。以單相橋式全控整流電路為例，說明其仿真模型的建立。
1．1 單相橋式全控整流電路構(gòu)成
單相橋式全控整流電路(純電阻負載)如圖1所示，電路由交流電源u1、整流變壓器T、晶閘管VT1～VT4、負載電阻R以及觸發(fā)電路組成。在變壓器次級電壓u2的正半周觸發(fā)晶閘管VT1和VT3；在u2的負半周觸發(fā)晶閘管VT2和VT4，則負載上可以得到方向不變的直流電，改變晶閘管的控制角可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電路的大小。

1．2 單相橋式全控整流電路模型建立
根據(jù)單相橋式全控整流電路原理圖，在Simulink的Power System工具箱里提取交流電源、晶閘管、RLC串聯(lián)電路、脈沖發(fā)生器、變壓器、示波器等元器件。在Simulink操作平臺上連接這些模塊，構(gòu)成單相橋式全控整流電路模型，如圖2所示。

1．3 模型參數(shù)設(shè)置
雙擊仿真模型中的各個模塊彈出參數(shù)設(shè)置對話框，就可進行參數(shù)設(shè)置。在整流電路中，改變晶閘管觸發(fā)角α，輸出直流電壓和電流的大小就得到改變。因此觸發(fā)角α的設(shè)置是電路參數(shù)中的重要一項。晶閘管的觸發(fā)采用脈沖觸發(fā)器(Pulse Generator)產(chǎn)生，脈沖發(fā)生器的脈沖周期Td必須和交流電源u2同步，晶閘管的控制角α以脈沖的延遲時間t來表示，t=αTd／360°。其中，Td=1／f，f為交流電源頻率。仿真算法選擇ODE23TB算法，當(dāng)電路帶阻感性負載時，應(yīng)保證觸發(fā)脈沖具有足夠的寬度。

2 整流電路GUI界面開發(fā)
整流電路仿真模型參數(shù)的選擇十分關(guān)鍵，它直接影響到仿真結(jié)果和仿真質(zhì)量，從而進一步影響到整流電路的設(shè)計。為了滿足整流電路更高的性能指標，在仿真過程中，就需要不斷地修改和設(shè)置參數(shù)而花費大量時間。另外，還需要反復(fù)地打開示波器察看仿真結(jié)果，不僅過程繁瑣，且效率很低。因此，本文借助Matlab GUI建立了一個整流電路仿真界面，通過此界面，用戶可以很方便地在中文名稱環(huán)境下來設(shè)置參數(shù)，選擇模型等，仿真結(jié)果也會直接在界面上顯示出來，不僅方便快捷，且大大提高了仿真效率。