單相半波可控整流電路分析與仿真

嚴(yán)其艷　譚漢洪

摘要： 本文在分析單相半波可控整流電路的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上對該電路進(jìn)行基于MATLAB Simulink的仿真分析，對可控整流電路的仿真分析具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞： 單相半波可控整流電路；MATLAB；仿真分析

1 引言

可控整流電路是電力電子技術(shù)中應(yīng)用得最為廣泛的電路。它不僅應(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?？煽卣麟娐穬?nèi)容大多涉及電力電子器件的分析與大量的計(jì)算、電能變換的波形分析、測量與繪制等，這些工作特別適合應(yīng)用MATLAB進(jìn)行仿真分析。MATLAB運(yùn)算功能強(qiáng)大，計(jì)算精準(zhǔn)快捷，界面友好，使用方便靈活，能節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間與降低成本；MATLAB繪制的圖形準(zhǔn)確、清晰。所以本文采用MATLAB7.0建立單相半波可控整流電路的仿真模型，并對仿真結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析。

2 電路結(jié)構(gòu)及理論分析

圖1為單相半波可控整流電流（電阻性負(fù)載）原理圖，變壓器Tr具有變換電壓和隔離的作用；u1和u2分別表示一次和二次電壓瞬時(shí)值，二次電壓u2為50hz正弦波波形，其有效值為U2；晶閘管是開關(guān)元件。在電源電壓正半波，晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通；負(fù)載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在ωt=π時(shí)刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。在電源電壓負(fù)半波，uAK<0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流為零，負(fù)載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期。直流輸出電壓ud和負(fù)載電流id的波形相位相同。

通過理論計(jì)算可得直流輸出電壓平均值Ud，輸出電流平均值Id，負(fù)載電壓有效值U，負(fù)載電流有效值I如公式1、公式2、公式3和公式4所示。

3 仿真分析

本文采用MATLAB7.0的Simulink電力系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行的可控整流電路的仿真分析，Simulink 提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊庫，為系統(tǒng)仿真提供了極大便利。在Simulink平臺上，拖拉和連接典型模塊就可以繪制仿真對象的模型框圖，并對模型進(jìn)行仿真。這里根據(jù)結(jié)構(gòu)圖1用MATLAB7.0畫出單相半波可控整流電路仿真電路圖如圖2所示。該仿真模型是實(shí)體圖形化仿真模型，實(shí)體圖形化模型庫中的模塊就相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H工程里的圖形化的實(shí)際物體或圖形符號，如電阻、電容、電源、電機(jī)、晶閘管整流裝置、電壓表、電流表等，將這些實(shí)際物體的圖形符號連接就能成為一個(gè)電路、一個(gè)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)仿真模型雖然不是真實(shí)物體，只是實(shí)際物體的圖形化模型，但它具有實(shí)際物體的物質(zhì)屬性與特征。這種實(shí)體圖形化模型的仿真更具有實(shí)用價(jià)值與低成本，非常簡單方便。

設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為30°、90°，與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖3、圖4。在波形圖中第一行波為脈沖波形，第二行波為流過負(fù)載電壓波形，第三行波為晶閘管電壓波形，第四行波為負(fù)載電流波形，第五行波為電源波形。

3 總 結(jié)

通過仿真，可得出如下結(jié)論：在電源電壓正半波（0～π區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流Id，負(fù)載上有輸出電壓和電流；在ωt=π時(shí)刻，U2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為0；在電源電壓負(fù)半波（π～2π區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載上沒有輸出電壓，負(fù)載電流為0；直到電壓電源U2的下個(gè)周期的正半波，脈沖在ωt=2π+α處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流有加在負(fù)載上，如此不斷反復(fù)。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目 2013年度廣東科技學(xué)院院級科研項(xiàng)目（GKY-2013KYYB-2）

作者簡介 嚴(yán)其艷，女，1981出生，講師，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)，仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)。