基于Simulink的两种单相可控整流电路仿真分析

杨风霞 重庆交通大学

1 前言

整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，可以将输入的交流电变为直流电输出，应用也很广泛。单相桥式全控整流电路和单相全波可控整流电路都是双脉波整流电路，采用相位控制方式调节输出电压，两种电路有很多的异同点。MATLAB是强大的科学计算软件，其中的Simulink平台可以实现对整流电路建模和仿真。

2 两种单相可控整流电路的工作原理

2.1 单相桥式全控整流电路的工作原理

图 1 单相桥式全控整流电路原理图和波形图

单相桥式全控整流电路中有四个完全相同的晶闸管，VT1和VT4，VT2和 VT3，分别组成一对桥臂。当为阻性负载时，在正弦交流电压u2的正半周，当晶闸管没有导通时，VT1和VT4各承受u2电压的一半；在触发角α处，给VT1和VT4施加触发脉冲，晶闸管导通，电流经过电源a端-VT1-R-VT4-电源b端；当u2过零时，VT1和VT4的电流为0，晶闸管关断。在u2负半周，VT2和 VT3同理。

图 2单相全波可控整流电路原理图和波形图

2.2 单相全波可控整流电路的工作原理

单相全波可控整流电路变压器带中心抽头，电路中有两个晶闸管分别导通。在u2正半周，VTI没有导通时，承受正电压；在触发角α时，VT1导通，变压器二次绕组上半部分流过电流；u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的电流。

3 Simulink仿真比较

3.1 单相桥式全控整流电路的仿真分析

根据原理图，通过MATLAB/Simulink仿真软件, 利用Power System工具箱，搭建起整流电路如图3所示。设置交流电压源为10V，50HZ，电阻为2欧；设置VT1和VT4触发脉冲电压为2V，周期为0.02s，脉冲宽度为5%，触发角为30°，根据t=T*α/360，计算得到相位延迟时间为0.003s ，另外VT2和 VT3触发脉冲要滞后180°，因此经计算，相位延迟时间约为0.013s；Powergui模块采样时间设置为5×10-5s。利用示波器观察输入电压u2、ud、变压器二次电流i2仿真波形如图4所示：

图 3单相桥式全控整流电路仿真图

图 4单相桥式全控整流电路仿真波形图

3.2 单相全波可控整流电路的仿真分析

单相全波可控整流电路变压器中心抽头可用两个交流电压源来替代，设置VT1和VT2触发脉冲电压为2V，周期为0.01秒，脉冲宽度为5%，触发角为30°，仿真电路如图5所示。利用示波器观察输入电压和ud仿真波形如图6所示：

图 5单相全波可控整流电路仿真图

图 6单相全波可控整流电路仿真波形图

4 结语

通过仿真分析可以得出，两种电路的ud波形一样，且都为双脉波整流电路。在硬件电路方面，单相全波可控整流电路变压器二次绕组带中心抽头，结构比较复杂，耗材多。单相全波可控整流电路只用到了两个晶闸管，门极驱动电路少；其导通回路也只有一个晶闸管，管压降小，但是每个晶闸管要承受的最大电压为，是桥式全控电路的两倍，更适用于低输出电压的场合。