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基於MATLAB的單相橋式整流電路研究

1 引言

整流電路(Rectifier)尤其是單相橋式可控整流電路是電力電子技術中最為重要,也是應用得最為廣泛的電路,不僅應用於一般工業,也廣泛應用於交通運輸、電力係統、通信係統、能源係統等其他領域。因此對單相橋式可控整流電路的相關參數和不同性質負載的工作情況進行對比分析與研究具有很強的現實意義,不僅是電力電子電路理論學習的重要一環,而且對工程實踐的實際應用具有預測和指導作用。

2 單相橋式半控整流電路

圖1中VT1和VT2為觸發脈衝相位互差180?的晶閘管,VD1和VD2為整流二極管,由這四個器件組成單相橋式半控整流電路。電阻R和電感L為負載,若假定電感L足夠大,即ωL≥R,由於電感中電流不能突變,可以認為負載電流在整個穩態工作過程中保持恒值。由於橋式結構的特點,隻要晶閘管導通,負載總是加上正向電壓,而負載電流總是單方向流動,因此橋式半控整流電路隻能工作在第一象限,因為ωL≥R,所以不論控製角α為何值,負載電流id的變化很小。





圖1 單相橋式半控整流電路原理

在u2正半周,觸發角α處給晶閘管VT1施加觸發脈衝,u2經VT1和VD4向負載供電。u2過零變負時,因電感作用電流不再流經
變壓器二次繞組,而是由VT1和VD2續流。此階段若忽略器件的通態壓降則負載壓降ud不會出現負的情況。在u2負半周觸發角α時刻,VT2與VD3觸發導通,同時向VT1施加反向電壓並使之關斷,u2經VT2和VD3向負載供電。u2過零變正時,VD4導通,VD3關斷。VT1和VD4續流,負載壓降ud又變為零。

根據上述分析,可求出輸出負載電壓平均值為:


 (1)

α角的移相範圍為180°。輸出電流的平均值為:


 (2)

流過晶閘管的電流平均值隻有輸出直流平均值的一半,即:


 (3)

流過晶閘管的電流有效值:


 (4)

單相橋式半控整流電路的
仿真模型如圖2所示。





圖2 單相橋式半控整流電路的仿真模型

(1)帶純電阻性負載情況

相應的參數設置:① 交流電壓源參數U=100V,f=50Hz;② 晶閘管參數Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8V,Rs=10Ω,Cs=250e-6F;③ 負載參數R=10Ω,L=0H,C=inf;④ 脈衝發生器觸發信號1、2的振幅為5V,周期為0.02s(即頻率為50Hz),脈衝寬度為2。

設置觸發信號1的初相位為0s(即0?),觸發信號2的初相位為0.01s(即180?),此時的仿真結果如圖3(a)所示;設置觸發信號1的初相位為0.0025s(即45?),觸發信號2的初相位為0.0125s(即225?),此時的仿真結果如圖3(b)所示。

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