两种单相桥式整流电路的比较研究

2017-05-24陈爱容曾兴晖

船电技术 2017年4期

童晨，陈爱容，曾兴晖，赵云，荣军

两种单相桥式整流电路的比较研究

童晨，陈爱容，曾兴晖，赵云，荣军

（湖南理工学院信息与通信工程学院，湖南岳阳 414006）

研究了单相桥式全控和不控两种整流电路，首先分析了单相桥式全控整流电路带反电动势电路的工作原理，然后分析了单相桥式不控整流电路带电容滤波的工作原理，最后在Matlab/Simulink中对两种电路进行了建模和仿真，通过对仿真结果的比较分析得出两种整流电路的负载电压都不会出现为零的情况。

单相桥式整流电路负载比较研究仿真

0 引言

单相桥式整流电路种类繁多，包括单相桥式可控整流电路和单相桥式不控整流电路，前者电路的主要开关器件主要由晶闸管构成，它分为单相桥式负载带纯电阻，负载为阻感性负载，以及负载接反电动势的情况，后者的开关器件主要由二极管构成。上面四种电路的工作原理大致相同，但是在细节上面有些区别，因此掌握每种电路的工作原理，对广大科研人员是非常重要的。本文主要针对单相桥式可控整流带反电动势的情况以及单相桥式不控整流带电容滤波的情况进行了比较研究，首先阐述了其工作原理，最后通过MATLAB仿真软件对其工作原理进行了仿真验证，通过对仿真结果的分析分别总结出两种电路的工作特性，为其实际应用提供了借鉴作用。

1 两种整流电路工作原理的介绍

1.1 单相桥式全控整流电路接反电动势负载的工作原理

单相桥式全控整流电路接反电动势-电阻负载电路的电路图和工作波形图分别为图1（a）和（b）所示[1]。

当负载为蓄电池时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。|2|>时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。晶闸管导通之后，u=2，i=(u-)/，直至|2|=，i即降至0使得晶闸管关断，此后u=。

与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。在图1(b)所示，i波形在一周期内有大部分时间为0的情况，称为电流断续。与此对应，若i波形不出现为0的点的情况，称为电流连续。当触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通，要求触发脉冲有足够的宽度，保证当时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为。

(a) 电路图

(b) 电路波形图

图1 带反电动势负载的单相桥式可控整流电路图及电路波形图

1.2 电容滤波的单相不可控整流电路的工作原理

(a) 电路图

(b) 电路波形图

图2 电容滤波的单相桥式不可控整流电路图及电路波形图

电容滤波单相不可控整流电路的电路图和工作波形图分别为图2（a）和（b）所示[1]。在对其工作原理分析中，假设电路已经处于稳定状态，所以将电阻R看作电路的负载，电容滤波不可控电路的基本工作过程如下：当变压器二次侧电压在正半轴过零点至=0期间，因为2<u，所以二极管都不导通，此阶段电容C放电，为负载提供电流，与此同时电容两端电压降低。直到=0之后VD1使得VD1和VD4开始导通，此时u=u2，交流电源向电容C充电，，同时向电阻R供电。设VD1和VD4的导通角为则当电容被充电到=时，VD1和VD4关断。电容C开始以时间常数按指数放电。当=π，即放电经过π-角时，u下降到开始充电时的初值，另外一对二极管VD2和VD3导通，此后又向C充电，与正半周的情况一样，在此不再做繁述。

2 两种电路的建模与仿真

2.1 单相桥式全控整流电路接反电动势负载的建模与仿真

单相桥式全控整流电路带反向电动势负载的电路在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真结果如图3（a）和(b）所示[3-5]。

图3(b)中仿真波形从上到下的波形分别为变压器次级边电压，负载两端的输出电压，晶闸管两端的电压以及负载输出电流。从图3(b)中明显可以看出当2>时，负载电压为2，当2<时，负载电压为反电动势电压，与理论分析一致。

2.2 电容滤波单相不可控整流电路的建模与仿真

单相桥式不控带电容滤波的整流电路在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真结果如图4（a）和(b）所示[3-5]。图5为输出滤波电容取不同值的输出电压仿真波形。其中图4(b)中仿真波形从上到下的波形分别为负载输出电压波形和通过晶闸管VD1的电流波形。从图4(b)中明显可以看出当2>u时，晶闸管VD1导通，有电流流过，当2<u时，晶闸管VD1关断，电流为0，与此同时输出负载电压一直不为0，原因在于当2>u时，变压器次级边对负载供电，当2<u时，电容C时向负载供电，所以电流不为零。图5(a)、(b)和(c)分别为滤波电容C取0.001F、0.01F和0.1的输出电压仿真波形，从图5很清楚的看出随着滤波电容的变大，电路输出的电压变得更加平缓。电容的充放电时间和其电容成正比，满足关系式。由于电容增加，那么充放电时间增加，波形变得平缓。

(a) 仿真模型

(b) 仿真结果

图3 带反电动势的单相桥式全控整流电路仿真模型与仿真结果

(a) 仿真模型

(b) 仿真结果

图4 单相桥式不可控整流电路仿真模型与仿真结

3 结论

本文对单相桥式可控整流电路带反电动势和单相桥式不控整流电路带电容滤波的两种电路进行了比较分析，然后借助MATLAB/Simulink中对两种电路进行了仿真分析，通过仿真结果可以两种电路相同点就是变压器次级端电压大于负载电压时，开关管才导通，而且输出电压都不会出现为零的情况，不同点就是前者电流为出现为零的情况，而后者不会出现电流为零的情况。