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整流电路的工作原理，并且详细研究了在MATLAB/Simulink中的单相桥式全控整流电路的建模方法;最后给出了详细的仿真结果，仿真结果和理论分析一致，为单相桥式全控整流电路的研究打下了坚实的基础。

0 引言

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MATLAB/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α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α处触发延迟VT2和VT3(VT2和VT3的α=0处为wt=π)，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MATLAB/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α参数：α=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。

3 结束语

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。