基于Simulink的兩種單相可控整流電路仿真分析

楊風霞 重慶交通大學

1 前言

整流電路是電力電子電路中出現最早的一種，可以將輸入的交流電變為直流電輸出，應用也很廣泛。單相橋式全控整流電路和單相全波可控整流電路都是雙脈波整流電路，采用相位控制方式調節輸出電壓，兩種電路有很多的異同點。MATLAB是強大的科學計算軟件，其中的Simulink平臺可以實現對整流電路建模和仿真。

2 兩種單相可控整流電路的工作原理

2.1 單相橋式全控整流電路的工作原理

圖 1 單相橋式全控整流電路原理圖和波形圖

單相橋式全控整流電路中有四個完全相同的晶閘管，VT1和VT4，VT2和 VT3，分別組成一對橋臂。當為阻性負載時，在正弦交流電壓u2的正半周，當晶閘管沒有導通時，VT1和VT4各承受u2電壓的一半；在觸發角α處，給VT1和VT4施加觸發脈沖，晶閘管導通，電流經過電源a端-VT1-R-VT4-電源b端；當u2過零時，VT1和VT4的電流為0，晶閘管關斷。在u2負半周，VT2和 VT3同理。

圖 2單相全波可控整流電路原理圖和波形圖

2.2 單相全波可控整流電路的工作原理

單相全波可控整流電路變壓器帶中心抽頭，電路中有兩個晶閘管分別導通。在u2正半周，VTI沒有導通時，承受正電壓；在觸發角α時，VT1導通，變壓器二次繞組上半部分流過電流；u2負半周，VT2工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向的電流。

3 Simulink仿真比較

3.1 單相橋式全控整流電路的仿真分析

根據原理圖，通過MATLAB/Simulink仿真軟件, 利用Power System工具箱，搭建起整流電路如圖3所示。設置交流電壓源為10V，50HZ，電阻為2歐；設置VT1和VT4觸發脈沖電壓為2V，周期為0.02s，脈沖寬度為5%，觸發角為30°，根據t=T*α/360，計算得到相位延遲時間為0.003s ，另外VT2和 VT3觸發脈沖要滯后180°，因此經計算，相位延遲時間約為0.013s；Powergui模塊采樣時間設置為5×10-5s。利用示波器觀察輸入電壓u2、ud、變壓器二次電流i2仿真波形如圖4所示：

圖 3單相橋式全控整流電路仿真圖

圖 4單相橋式全控整流電路仿真波形圖

3.2 單相全波可控整流電路的仿真分析

單相全波可控整流電路變壓器中心抽頭可用兩個交流電壓源來替代，設置VT1和VT2觸發脈沖電壓為2V，周期為0.01秒，脈沖寬度為5%，觸發角為30°，仿真電路如圖5所示。利用示波器觀察輸入電壓和ud仿真波形如圖6所示：

圖 5單相全波可控整流電路仿真圖

圖 6單相全波可控整流電路仿真波形圖

4 結語

通過仿真分析可以得出，兩種電路的ud波形一樣，且都為雙脈波整流電路。在硬件電路方面，單相全波可控整流電路變壓器二次繞組帶中心抽頭，結構比較復雜，耗材多。單相全波可控整流電路只用到了兩個晶閘管，門極驅動電路少；其導通回路也只有一個晶閘管，管壓降小，但是每個晶閘管要承受的最大電壓為，是橋式全控電路的兩倍，更適用于低輸出電壓的場合。