单相全波整流及有源逆变电路的仿真研究

李娜娜，李 瑶，唐芳芳，张 婷，肖林辉，荣 军,2



单相全波整流及有源逆变电路的仿真研究

李娜娜1，李 瑶1，唐芳芳1，张 婷1，肖林辉1，荣 军1,2

（1.湖南理工学院信息与通信工程学院，湖南岳阳414006；2. 复杂工业物流系统智能控制与优化湖南省重点实验室，湖南岳阳414006）

阐述了单相全波整流及有源逆变电路的工作原理，通过仿真软件对其工作原理进行了比较分析，仿真结果表明同一个电路当满足一定条件时，整流和有源逆变可以相互转换。

单相全波 整流 有源逆变 仿真

0 引言

整流和逆变在工农业生产中应用非常广泛，整流和逆变是变流装置的两种不同工作状态，能在同一套变流装置上实现。本文介绍单相全波整流及有源逆变电路之间的变流，通过仿真研究，了解发生有源逆变电路的条件。

1 单相全波整流及有源逆变电路的工作原理分析

单相全波整流以及有源逆变电路的工作电路及工作波形如图1和图2所示[1]。首先分析单相全波整流电路的工作原理。假设电动机M做电动机运行，全波电路应工作在整流状态，的范围在0到2之间，直流侧输出U为正值，并且U>E，如图1所示，才能输出I，其值为I=(U-E)/R。一般情况下R值很小，因此电路经常工作在的条件下，交流电网输出电功率，电动机则输入电功率。

在图2中，电动机M作发电回馈制动运行，由于晶闸管器件的单向导电型，电路I的方向依然不变，欲改变电能传输方向，只能改变E的极性。为了防止两电动势顺向串联，U的极性也必须反过来，即U应为负值，而且|E|>|U|，才能把电能从直流侧送到交流侧，实现逆变。这时I为I=(|E|-|U|)/R。从上面分析可知：当电路内电能的流向与整流时相反，电动机输出电功率，电网吸收电功率。电动机轴上输入的机械功率越大，则逆变器的功率也越大，为了防止过电流。同样应满足E≈U条件，E的大小取决于电动机转速的高低，而U可通过改变来调节。由于逆变状态时U为负值，故在逆变时的范围应在2到之间。在逆变工作状态时，虽然晶闸管的阳极电位处于交流电压为负的半周期，但由于有外接直流电动势E的存在，使晶闸管仍能承受正向电压而导通。从上面分析中，可总结产生有源逆变的两个条件，第一：要有直流电动势，其极性需要和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。第二：要求晶闸管的控制角，使U为负值。

(a) 工作电路

(b) 工作波形

图1 单相全波整流电路带电机负载的工作电路及波形

(a) 工作电路

(b) 工作波形

图2 单相全波有源逆变电路带电机负载的工作电路及波形

2 仿真结果及分析

为了便于比较分析单相全波整流以及有源逆变电路的工作原理，在MATLAB/Simulink对两种电路进行仿真分析，其仿真结果如图3和图4 所示[2-4]。其中图3为单相全波整流电路的直流侧输出电压和电流仿真波形，从图3中清楚看到，负载两端电压和电流均为正值，说明电动机M吸收功率，电路处于整流状态。图4为单相全波有源逆变电路的直流侧输出电压和输出电流仿真波形，从图4可以清晰地看出输出电压为负值，而电流为正值，与晶闸管流向相同，此时说明电动机M释放功率，将能量反馈到变压器中，电路处于有源逆变状态。

图3 单相全波整流电路输出电压和输出电流波形

图4 单相全波有源逆变电路输出电压和电流仿真波形

3 结束语

本文首先对单相全波整流以及有源逆变电路的工作原理进行了介绍，然后通过仿真软件对其进行了仿真验证，通过对仿真结果的分析，得出以下结论，同一个电路当改变触发延迟角时，可以使单相全波整流电路变成有源逆变电路。就是当触发延迟控制角为时，电路处于整流状态，直流电压U与直流电流I是同一方向，电路将交流电能转换成直流电能供给电动机M。当控制角为时，电路处于逆变状态，由于晶闸管的单向导电性，电流I方向不变而直流电压U改变了极性，电路将直流电能转换成交流电能输向变压器。

[1] 王兆安, 刘进军. 电力电子技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2000.

[2] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统MATLAB 的仿真[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.

[3] 李真贵, 胡杨昊, 佘海湘, 等. 三电平逆变器改进型SVPWM研究与实现[J]. 计算技术与自动化, 2014, 33(4): 49-54.

Simulation of Single-phase Full-wave Rectifier and Active Inverter Circuit

Li Nana1, Li Yao1,Tang Fangfang1, Zhang Ting1, Xiao Lihue1, Rong Jun1,2

（1. Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, Hunan, China; 2. Key Laboratory of Hunan Province on Intelligent Control and Optimization of Complex Industrial Logistics System, Yueyang 414006, Hunan, China)

TM46

A

1003-4862（2017）08-0073-02

2017-03-29

湖南省科技计划项目经费资助（2016TP1021）和2016年岳阳市科技计划项目

李娜娜（1996-），女，本科在读，自动化专业。

荣军（1978-），男，硕士，讲师。专业方向：开关电源、电机控制。E-mail: rj1219@163.com