基于MATLAB/Simulink的单相桥式整流电路建模与仿真
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基于MATLAB/Simulink的单相桥式整流电路建模与仿真
摘要：阐述了单相桥式全控电路的工作原理，并且详细研究了在/Simulink中的单相桥式全控电路的建模方法;最后给出了详细的仿真结果，仿真结果和理论分析一致，为单相桥式全控电路的研究打下了坚实的基础。本文引用地址：
整流电路是将交流电能转变成直流电能的一种电路，它通常由变压器、整流主电路、滤波器等组成，广泛用于直流电动机调速、发动机的励磁调节、电镀、电解等领域，而单相桥式全控整流电路就是单相整流电路中应用较多的一种电路。本文所介绍的就是单相桥式全控整流电路的工作原理和它在/Simulink环境下的建模与仿真。
1 单相桥式全控整流电路的工作原理
单相桥式全控整流电路图(带电阻性负载)如图1所示，电路由交流电源u1、整流变压器T、晶闸管VT1～4、负载R以及触发电路组成。其中晶闸管VT1和VT4、晶闸管VT2和VT3各组成一对桥臂，又由于晶闸管具有单向可控导电性能，所以在变压器的二次电压u2的正半周，晶闸管VT1和VT3被触发，负半周时晶闸管VT2和VT3被触发。在u2的正半周时(a点电位高于b点电位)，如果4个晶闸管都不导通，负载电流id为0，负载电压也为0，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角&处给VT1和VT4。加触发脉冲，VT1和VT4导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2过0的时候，流过晶闸管的电流也降到0，VT1和VT4关断。
在u2的正半周时，仍在触发延迟角的&处触发延迟VT2和VT3(VT2和VT3的&=0处为wt=&)，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过0时，电流又降为0，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环工作下去。
2 单相桥式全控整流电路在/Simulink的建模与仿真
2.1 单相桥式电路的仿真模型
单相桥式全控整流电路主要由交流电源、晶闸管、RLC负载等构成，其在MATLAB/Simulink仿真模型如图2所示。由于在SIMULINK库中没有专用的单相桥式整流电路的触发模块，这里用三相桥的触发器(Synchronized 6-pulse Generator)来产生晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3的触发脉冲，如图4所示，用电压测量取得变压器二次电压信号作为触发器的同步信号，信号从触发器AB端输入，触发器的BC、CA端和Block端用常数模块置&0&，Synchronized 6-pulse Generator产生6路触发信号，通过Demux分解并与变压器的二次电压的相位比较，图4上为变压
器二次电压波形，中间为第6路触发脉冲，下为第4路触发脉冲，此脉冲信号与正弦信号比较的时候，这二路信号可以满足单相桥的触发和移相控制要求，因此将第6路触发脉冲连接VT1和VT4控制板，第4路触发脉冲连接VT2和VT3控制板。
2.2 仿真参数设置
(1)电压源参数。电压源为AC，电压为220V，频率50Hz，输入电压峰值为220*sqrt(2)。
(2)变压器参数。电压为220V(有效值)，二次电压为100V(有效值)。
(3)晶闸管使用默认参数。
(4)负载RLC的参数。根据具体情况设置
(5)脉冲发生器Synchronized 6-pulse Generator的参数：同步频率为50Hz，脉冲宽度取10&。
(6)电阻负载角度&参数：&=0&、30&、60&、120&。
(7)系统仿真参数：开始时间选0，可变步长，仿真数值选ode23，误差选择0.001。
2.3 仿真结果及其分析
图3～5为电阻性负载时的电压和电流输出波形，图6～8为阻感负载时的电压和电流的输出波形。图3和图4波形表明电压和电流都是脉动的，电源的交流电经过整流器后成为了直流电，实现了整流的功能，波形呈现周期性正弦半波，整流后的电压和电流形状相似。图3、图4和图5的电压电流波形已随控制角变化，随着控制角的增加，输出电压的平均值减小，输出电流也随之下降。图6～图相比较图3～5，整流输出电流脉动明显小，说明输出电感具有滤波的作用。
本文在MATLAB软件中对单相桥式全控整流电路进行了建模与仿真，分别在负载为0&、30&和60&时对电路进行了仿真，得出的结果与理论相一致，为技术人员学习和生活中的各种应用提供了很好的思路。
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220V100A三相桥式可控整流电路.doc21页
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电力电子技术课程设计(论文)
题目:220V/100A三相桥式可控整流电路
指导教师: (签字)
课程设计(论文)任务及评语
院(系): 教研室:学 号
课程设计(论文)题目
220V/100A三相桥式可控整流电路
课程设计(论文)任务
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数
为1台额定电压220V、功率为20kW的直流电动机提供直流可调电源,以实现直流电动机的调速。
1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、若采用整流变压器,确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或选择。6、绘制相关电路图。7、完成4000字左右说明书。
1、文字在4000字左右。
2、文中的理论分析与计算要正确。
3、文中的图表工整、规范。
4、元器件的选择符合要求。
1、交流电源:三相380V。2、整流输出电压Ud在0~220V连续可调。3、整流输出电流最大值100A。4、直流电动机负载。5、根据实际工作情况,最小控制角取20~300左右。
进度计划 第1天:集中学习;第2天:收集资料;第3天:方案论证;第4天:主电路设计;第5天:选择器件;第6天:确定变压器变比及容量;第7天:确定平波电抗器;第8天:触发电路设计;第9天:总结并撰写说明书;第10天:答辩。
指导教师评语及成绩
平时: 论文质量: 答辩:
指导教师签字:
注:成绩:平时20%论文质量60%答辩20%
以百分制计算
将交流电变换为直流电(AC-DC)称为整流。现在电子技术的应用
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单相桥式半控整流电路 电路与波形如图3所示 图3、单相桥式半控整流 t1时刻加入ug1，T1导通，电流通路如图实线所示。uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。u2过零时，T1自行关断。 负半周： t2时刻加入ug2，T2导通，电流通路如图虚线所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。u2过零时T2
下面是 [单相桥式半控整流电路]的电路图
　　单相桥式半控整流电路
电路与波形如图3所示
图3、单相桥式半控整流
t1时刻加入ug1，T1导通，电流通路如图实线所示。uT1=0,ud=u2,uT2=-u2。u2过零时，T1自行关断。
t2时刻加入ug2，T2导通，电流通路如图虚线所示，uT2=0，ud=-u2,ut1=u2。u2过零时T2自行关断。
2、各电量关系
由图3可见，ud波形为非正弦波，其幅值为半波整流的两倍，所以Rd上的直流电压Ud:
Ud=0.9U2[(1+cos&)/2]--------------------------式6
直流电流Id:
Id=Ud/Rd=0.9(u2/Rd)&[(1+cos&)/2]-------------式7
电压有效值U：
--------------------------式8
电流有效值I：
--------------------------式9
功率因数cos&:
------------------------式10
比值Ud/U,I/Id和cos&随&的变化数值见表二，相应关系曲线见图4
表二、 Ud/U、I/Id、cos&与&的关系表
图4、单相全波和桥式电路电压、电流及功率因数与控制角的关系
把单相全波整流单相半波整流进行比较可知：
（1）当&相同时，全波的输出直流电压比半波的大一倍。
（2）在&和Id相同时，全波的电流有效值比半波的减小倍。
（3）&相同时，全波的功率因数比半波的提高了倍。
三、整流电路波形分析
1、单相半波可控整流
（1）电阻性负载（见图1）
1）电阻性负载，id波形与ud波形相似，因为可控硅T与负载电阻Rd串联，所以id=id。
2）可控硅T承受的正向电压随控制角&而变化，但它承受的反向电压总是负半波电压，负半波电压的最大值为U2。
3）线路简单，多用在要求不高的电阻负载的场合。
（2）感性负载（不带续流二极管，见图5）：
1）电机电器的电磁线圈、带电感滤波的电阻负载等均属于电感性负载。
2）电感具有障碍电流变化的作用可控硅T导通时，其压降uT=0，但电流id只能从零开始上升。id增加和减少时线圈Ld两端的感应电动势eL的极性变化如图示。
图5、电感性负载无续流二极管
3）当电源电压u2下降及u2&0时，只要释放磁场能量可以维持id继续流通，可控硅T仍然牌导通状态，此时ud=u2。当u2＜0时，虽然ud出现负值，但电流id的方向不变。
4）当电流id减小到小于维持电流IH时，可控硅T自行关断，id=0,UT=u2，可控硅承受反压。
5）负载电压平均值：
其中电感Ld两端电压的平均值为零。
6）电感Ld的存在使负载电压ud出现负值，Ld越大，ud负值越大，负载上直流电压Ud就越小，Id=Ud/Rd也越小，所以如果不采取措施，可控硅的输出就达不到应有的电压和电流。
（3）感性负载（带续流二极管，见图6）：
1）在负载上并联一只续流二极管D，可使Ud提高到和电阻性负载时一样，
2）在电源电压u2&0时，D的作用有点：①把电源负电压u2引到可控硅T两端，使T关断，uT=u2；②给电感电流续流，形成iD；③把负载短路，ud=0,避免ud出现负值，使负载上直流输出电压ud提高。
3）负载电流为何控硅电流iT和二极管的续流iD之和，即id=iT+iD。当&Ld&R时，iD下降很慢使id近似为一条水平线，所以流过T和D的电注平均值与有效值分别为：
平均值：IdT=（&/360&）Id
IdD=[(360&-&)/360&]Id
有效值：IT=根号下（&/360&）Id
ID=根号下[(360&-&)/360&]Id
4)可控硅T开始导通后，如果电感Ld很大，iT的上升很慢，这就有可能导致触发脉冲消失时可控硅的电流还上升不到维持导通状态的维持电流，就是说，可控硅触发不了，为了使可控硅可靠触发，触发脉冲应该足够宽，或者在负载两端并联一只电阻，以利于加快iT的上升。
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u2*1.414=282.8v
教科书上写的很清楚，最基本的电路。