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;最后給出了詳細的仿真結果，仿真結果和理論分析一致，為單相橋式全控整流電路的研究打下了堅實的基礎。

0 引言

整流電路是將交流電能轉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，廣泛用于直流電動機調速、發動機的勵磁調節、電鍍、電解等領域，而單相橋式全控整流電路就是單相整流電路中應用較多的一種電路。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、負載R以及觸發電路組成。其中晶閘管VT1和VT4、晶閘管VT2和VT3各組成一對橋臂，又由于晶閘管具有單向可控導電性能，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，負半周時晶閘管VT2和VT3被觸發。在u2的正半周時(a點電位高于b點電位)，如果4個晶閘管都不導通，負載電流id為0，負載電壓也為0，VT1、VT4串聯承受電壓u2，設VT1和VT4的漏電阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發角α處給VT1和VT4。加觸發脈沖，VT1和VT4導通，電流從電源a端經VT1、R、VT4流回電源b端。當u2過0的時候，流過晶閘管的電流也降到0，VT1和VT4關斷。

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

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負載等構成，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模塊，這里用三相橋的觸發器(Synchronized 6-pulse Generator)來產生晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3的觸發脈沖，如圖4所示，用電壓測量取得變壓器二次電壓信號作為觸發器的同步信號，信號從觸發器AB端輸入，觸發器的BC、CA端和Block端用常數模塊置“0”，Synchronized 6-pulse Generator產生6路觸發信號，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路觸發脈沖，下為第4路觸發脈沖，此脈沖信號與正弦信號比較的時候，這二路信號可以滿足單相橋的觸發和移相控制要求，因此將第6路觸發脈沖連接VT1和VT4控制板，第4路觸發脈沖連接VT2和VT3控制板。

2.2 仿真參數設置

(1)電壓源參數。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。電壓為220V(有效值)，二次電壓為100V(有效值)。

(3)晶閘管使用默認參數。

(4)負載RLC的參數。根據具體情況設置

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

(6)電阻負載角度α參數：α=0°、30°、60°、120°。

(7)系統仿真參數：開始時間選0，可變步長，仿真數值選ode23，誤差選擇0.001。

2.3 仿真結果及其分析

圖3～5為電阻性負載時的電壓和電流輸出波形，圖6～8為阻感負載時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的，電源的交流電經過整流器后成為了直流電，實現了整流的功能，波形呈現周期性正弦半波，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，整流輸出電流脈動明顯小，說明輸出電感具有濾波的作用。

3 結束語

本文在MATLAB軟件中對單相橋式全控整流電路進行了建模與仿真，分別在負載為0°、30°和60°時對電路進行了仿真，得出的結果與理論相一致，為技術人員學習和生活中的各種應用提供了很好的思路。