基于MATLAB的整流电路的建模与仿真

曲昀卿

（石家庄职业技术学院 电气与电子工程系，河北 石家庄 050081）

整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。因此对桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，不仅学好电力电子技术理论知识的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用[1]。

1 电路模型建立

三相桥式全控整流电路原理图如图1 所示。三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。

图1 三相全控桥式整流电路

图2 三相全控桥式整流电路仿真模型

其工作特点是任何时刻必须有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的顺序，相位依次差60°，共阴极组VT1、VT3、VT5 的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2 也依次差120°。同一相的上下两个晶闸管，即VT1 与VT4，VT3 与VT6，VT5 与VT2，脉冲相差180°。为了可靠触发导通晶闸管，触发脉冲通常采用单宽脉冲触发或采用双窄脉冲。宽脉冲的宽度要求大于60°，且触发时要求的触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以在实际应用中，大多采用双窄脉冲。

2 MATLAB 建模及仿真

根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink 内的模块建立仿真模型，设置三个交流电压源、，相位角依次相差120°，得到整流桥的三相电源。用6个Thyristor 构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6个pulse generator 产生整流桥的触发脉冲，且从上到下分别给1～6 号晶闸管触发脉冲[2]。三相电源的相位互差120°，交流峰值电压为l00 V，频率为60 Hz。晶 闸 管 的 参 数 为：Rn = 0.001 Ω，Lon =0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250×10-9。负载电阻性设R=45 Ω，电感性负载设L=1H。脉冲发生器脉冲宽度设置为脉宽的50%，脉冲高度为5 V，脉冲周期为0.016 7 s，脉冲移相角随着控制角的变化对“相位角延迟”进行设置[3]。

（1）根据三相桥式全控整流电路原理图，对不同的触发角α 会影响输出电压进行仿真，负载为阻感特性。

图3 时的输出电压波形图

图4 时的输出电压波形图

从以上仿真波形图可知改变不同的控制角，输出电压在发生不同的变化。

（2）由于高压强电流的情况，整流电路晶闸管很容易出现故障。假设以下情况对故障现象进行仿真分析，当α =30°，负载为阻感性时，仿真分析故障产生的波形情况。只有一个晶闸管故障波形如图5 所示，同一相的两个晶闸管故障波形如图6 所示，不同桥且不同相的两个晶闸管发生故障时的仿真波形如图7 所示。

图5 一只晶闸管故障图

图6 同一相两只晶闸管故障图

图7 不同桥和相的两只晶闸管故障图

从以上故障仿真波形图来看，不同的晶闸管出现故障时，产生的波形图是不一样的，所以，通过动态仿真能有效知道整流电路出现故意时候的工作情况，同时也加深对三相全控整流电路的理解和运用[4]。

3 结束语

电力电子技术的理论计算比较繁琐且很难得到准确的计算结果，从上述系统仿真结果波形可以看出，采用Matlab／Simulink 对进行仿真，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、准确、快捷分析电力电子变流系统的新方法。应用Matlab／Simulink 进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。通过对仿真结果的分析，反复修改电路参数使系统达到要求的结果和性能，大大简化了设计流程，减轻了设计负担，充分体现了Matlab／Simulink 的优越性。

[1]邓国扬,盛义发，等. 基于MATLAB Simulink 的电力电子系统的建模与仿真[J].南华大学学报,2003,17(1):1-6.

[2]李传琦，等.电力电子技术计算机仿真试验.北京:电子工业出版社,2006.

[3]钟 麟，王 峰.MATLAB 仿真技术与应用教程.北京:国防工业出版社,2003.

[4]黄江波.基于Matlab 的三相桥式全控整流电路的仿真研究[J].现代电子技术，2010,33(8):202-204.