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单相半波可控整流电路分析与仿真

范文

严其艳　谭汉洪

摘要：本文在分析单相半波可控整流电路的结构和工作原理的基础上对该电路进行基于MATLAB Simulink的仿真分析，对可控整流电路的仿真分析具有一定的指导作用。

关键词：单相半波可控整流电路；MATLAB；仿真分析

1 引言

可控整流电路是电力电子技术中应用得最为广泛的电路。它不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。可控整流电路内容大多涉及电力电子器件的分析与大量的计算、电能变换的波形分析、测量与绘制等，这些工作特别适合应用MATLAB进行仿真分析。MATLAB运算功能强大，计算精准快捷，界面友好，使用方便灵活，能节省设计时间与降低成本；MATLAB绘制的图形准确、清晰。所以本文采用MATLAB7.0建立单相半波可控整流电路的仿真模型，并对仿真结果进行总结分析。

2 电路结构及理论分析

图1为单相半波可控整流电流（电阻性负载）原理图，变压器Tr具有变换电压和隔离的作用；u1和u2分别表示一次和二次电压瞬时值，二次电压u2为50hz正弦波波形，其有效值为U2；晶闸管是开关元件。在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在ωt=α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ωt=π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。在电源电压负半波，uAK<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u2的下一周期。直流输出电压ud和负载电流id的波形相位相同。

通过理论计算可得直流输出电压平均值Ud，输出电流平均值Id，负载电压有效值U，负载电流有效值I如公式1、公式2、公式3和公式4所示。

3 仿真分析

本文采用MATLAB7.0的Simulink電力系统仿真模型进行的可控整流电路的仿真分析，Simulink 提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统仿真提供了极大便利。在Simulink平台上，拖拉和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模型框图，并对模型进行仿真。这里根据结构图1用MATLAB7.0画出单相半波可控整流电路仿真电路图如图2所示。该仿真模型是实体图形化仿真模型，实体图形化模型库中的模块就相当于实验室或实际工程里的图形化的实际物体或图形符号，如电阻、电容、电源、电机、晶闸管整流装置、电压表、电流表等，将这些实际物体的图形符号连接就能成为一个电路、一个系统。电力系统仿真模型虽然不是真实物体，只是实际物体的图形化模型，但它具有实际物体的物质属性与特征。这种实体图形化模型的仿真更具有实用价值与低成本，非常简单方便。

设置触发脉冲α分别为30°、90°，与其产生的相应波形分别如图3、图4。在波形图中第一行波为脉冲波形，第二行波为流过负载电压波形，第三行波为晶闸管电压波形，第四行波为负载电流波形，第五行波为电源波形。

3 总结

通过仿真，可得出如下结论：在电源电压正半波（0～π区间），晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流Id，负载上有输出电压和电流；在ωt=π时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为0；在电源电压负半波（π～2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为0；直到电压电源U2的下个周期的正半波，脉冲在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。

参考文献

[1] 陶慧，杨海柱.多重化整流电路的MATLAB仿真和谐波分析[J]，电力学报，2008.12，23（6）.

[2] 王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）[M]，机械工业出版社，2000.

基金项目 2013年度广东科技学院院级科研项目（GKY-2013KYYB-2）

作者简介严其艳，女，1981出生，讲师，主要研究方向为电力电子技术，仿真技术、数据采集技术。

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