电力电子技术

2018-06-04杨晗郭锐沈阳工学院信息与控制学院

数码世界 2018年5期

杨晗郭锐* 沈阳工学院信息与控制学院

1 前言

单相桥式全控整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其效率高原理及结构简单在单相整流电路中应用最多。

本文以单相，三相桥式全控整流电路为研究对象，介绍了单（三）相桥式全控整流电路的工作原理，从总电路出发选择适当的晶闸管触发电路，并设计保护电路使电路安全有效的运行，最终达到整流目的。并对MATLAB中电力电子仿真所需要的电力系统模块做了简要的说明，在此基础上运用MATLAB软件中Simulink模块对主电路的仿真进行了设计，实现了对单相桥式全控整流电路的仿真，并对仿真结果进行分析。

2 单相半波整流电路工作原理

在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在ct=a处触发晶闸管，晶闸管开始导通; 负载上的电压等于变压器输出电压U2。在ot=t时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。在电源电压负半周，u.<0,晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源

电压UZ的下一周期，直流输出电压ua和负载电流i的波形相位相同。通过改变触发角a的大小，直流输出电压ua的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然a=180时，Ug=0。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ug为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。

2.1 单相桥式全控整流电路

桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。

桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V

2.2 单相桥式全控整流电路工作原理

当整流电压的瞬时值du小于反电势E 时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，ud=u2，晶闸管关断时，ud=E。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称作停止导电角。

若α<δ时，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，即α=δ。

3 三相半波可控整流电路工作原理

在ωt1-ωt2区间，有Uu＞Uv，Uu＞Uw，U相电压最高，VT1承受正向电压，在ωt1时刻触发VT1导通，导通角θ=120°，输出电压Ud=Uu。其他两个晶闸管承受反向电压而不能导通。VT1通过的电流It1与变压器二次侧u相电流波形相同，大小相等，可在负载电阻R两端测试。

在ωt2-ωt3区间，有Uv＞Uu，V相电压最高，VT2承受正向电压，在ωt2时刻触发VT2导通，Ud=Uv。VT1两端电压Ut1=Uu-Uv=Uuv＜0，晶闸管VT1承受反向电压关断。

在ωt3-ωt4区间，有Uw＞Uv，W相电压最高，VT3承受正向电压，在ωt3时刻触发VT3导通，Ud=Uw。VT2两端电压Ut2=Uv-Uw=Uvw＜0，晶闸管 VT2承受反向电压关断。在VT3导通期间VT1两端电压Ut1=Uu-Uw=Uuw＜0。这样在一个周期内，VT1只导通120°，在其余240°时间承受反向电压而处于关断状态。