张 维，齐锴亮

（陕西工业职业技术学院 电气工程学院，陕西 咸阳 712000）

基于MATLAB的单相桥式全控整流电路的建模与分析

张 维，齐锴亮

（陕西工业职业技术学院 电气工程学院，陕西 咸阳 712000）

本文通过对于单相桥式全控整流电路分析，利用MATLAB对于单相桥式全控整流电路进行建模，并对其外接阻性负载及感性负载时的工作情况进行分析与研究，并分别构建仿真模型及参数设置等，得出实际仿真结果，并验证其建模的正确性。

单相；全控整流；触发角；建模仿真

单相桥式全控整流电路是电力电子技术中应用最广泛的电路变换之一，主要应用于工业、供电系统等众多领域。因此分析与研究单相桥式全控整流电路具有很重要的实际效力，并对于整流电路的整体运用具有预测性和有效的指导作用[1]。

1 单相全控整流电路的原理

整流电路使用最多的是单相桥式全控整流电路，如图1所示为单相桥式整流电路。在单相桥式全控整流电路中，交流电运行的每半个周期内，其电流通路中均有2个晶闸管导通，即4个晶闸管交替导通（V1与V4，V2与V3）以以构成回路[2]。具体电路如图1所示。

下面具体分析带阻性和感性负载时的单相桥式全控整流电路的工作原理情况：

V1和V4可组成一对桥臂，其承受变压器二次侧正半周电压u2，若在触发角α处给晶闸管V1和V4施加触发脉冲使其开通，电流从 u2正极经 V1、R1、L1、V4流回电源负极，此时uL=u2。在u2过经过下一周期起始零时晶闸管关断[4]。假设电路已工作于稳态，iL的平均值不变。若为感性负载，则电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，则负载电流iL连续且近似为一水平直线，u2运行到从零变负时，由于电感的放电作用晶闸管V1和V4中仍流过电流iL，则晶闸管并不关断[5]。

图1 单相桥式全控整流电路图

V2和V3组成另一对桥臂，在u2为正半周时承受电压为-u2，至 ωt=π+α 时刻，给 V2和 V3施加触发脉冲，因为V2和V3已承受正向电压，故这两个晶闸管导通[6]。在u2运行到过零时关断。V2和V3导通后，则V4和V1被施加反向电压使其关断。流过V1和V4的电流很快转移到V2和V3上，此过程被称为换相，也成为换流。在下一周期重复相同过程，如此循环工作[7]。

若4个晶闸管均不导通，则负载电流iL为零，负载电压uL也为零[8]。

根据单相桥式整流电路工作原理，计算输出负载电压的平均值：

晶闸管移相范围为90°，晶闸管导通角θ与α无关，均为 180°。

电流的平均值和有效值分别为[9]：

2 系统建模与分析

单相桥式全控整流电路的仿真模型如图2所示[10]，下面针对阻性与感性负载进行建模与分析：

1）阻性负载情况（假设电感值为0，即不接入电感）

相应的参数设置：交流电压源参数：U2=100 V，f=1 Hz；晶闸管参数：Rn=0.001 Ω，Lon=0 H，Vf=0.8 V，Rs=10 Ω，Cs=250e-9F；负载参数：R=10 Ω，L=0 H，C=inf；脉冲发生器触发信号1与2的振幅均为5 V，周期为1 s，脉冲宽度为2。

图2 单相桥式全控整流电路的MATLAB/Simulink仿真模型

具体参数设置可分别打开仿真元件的对话框进行设置。

设置触发信号1和触发信号4的初相位为0 s（即0），触发信号2和触发信号3的初相位为0.5 s（即Π），即控制角为0度，对每个参数设置完成之后可单击仿真按钮对其结果进行仿真，此时的仿真结果如图3所示。从上往下分析，前两个波形是触发脉冲，其中第一个为1、4晶闸管的触发脉冲，第二个为2、3晶闸管的触发脉冲，第三个波形为电源电压，第4个波形为负载电流，第五个波形为流过晶闸管的电流，第六个波形为晶闸管反向端电压，第七个波形为负载电压 （以后的波形顺序不变与此仿真相同）；设置触发信号1和触发信号4的初相位为0.25 s（即Π/2），触发信号2和触发信号3的初相位为0.75 s（即 3Π/2），即控制角为 Π/2，此时的仿真结果如图4所示[12]。

对纯负载时的波形简要分析：由图3可以看出当给晶闸管V1、V4触发导通时，即在0~0.5 s时，电路形成闭合回路，由于u2运行到正半轴，整流电路处在正相导通阶段，所以负载的电压即为电源电压与负载的比值，具体的波形可见图3所示。在0.5~1.0 s时，触发V2、V3导通，由于 u2运行到负半轴，整流电路处在反相导通阶段，但流过负载的电流方向依然不变，故仍然输出仍然为正值，所以在一个完整的周期内负载均有输出，通过4个晶闸管交替导通使正弦交流电变为脉动的直流，实现了整流的目的[13]。

图3 阻性负载控制角为0的波形

图4 阻性负载控制角为Π/2的波形

2）感性负载时的情况

相应的参数设置：交流电压源参数：U2=100 V，f=1 Hz；晶闸管参数：Rn=0.001 Ω，Lon=0 H，Vf=0.8 V，Rs=10 Ω，Cs=250e-9F；负载参数：R=10 Ω，L=0 H，C=inf；脉冲发生器触发信号1与2的振幅均为5 V，周期为 1s脉冲宽度为 2；R=1 Ω，L=0.01 H，C=inf[14]。

图5 感性负载控制角为0的波形

图6 感性负载控制角为Π/2的波形

3）有源逆变的仿真

有源逆变的结构模型依然与前面的原理图相同，仅需要把负载改接为一电阻与直流电源串联的形式。相应的参数设计：R=5 Ω，电压为120 V，控制角为Π/2。仿真波形如图7所示。

从有源逆变电路的MATLAB/simulink建模波形中可以总结出产生逆变的条件[15]：

1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向保持一致，其值应大于交流电路直流侧的平均电压。

2）晶闸管的控制角要求大于Π/2，以使UL为负值。

以上两个条件必须同时具备才可实现有源逆变。

图7 单相桥式有源逆变电路的仿真结果

3 结束语

文中通过对于单相桥式全控整流电路分析，借助MATLAB/simulink与powersystem工具箱，对于单相桥式全控整流电路进行建模。本文首先对于纯电阻性负载时的工作情况进行分析，验证触发角α的移相范围是0～Π，此时负载电流是不连续的；其次对于RL串联负载电路的工作情况进行分析，验证触发角α的移相范围是0～Π/2，此时负载电流是连续的，同时本文还总结逆变电路产生的条件及其仿真参数设置，并对于其波形进行分析。

[1]李传琦.电力电子技术计算机仿真实验[M].北京:电子工业出版社，2014.

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[4]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2015.

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[15]文小琴，毕淑娥.基于Matlab的电力电子技术仿真平台设计[J].电气电子教学学报，2014（4）：105-106.

Modeling and analysis of single phase bridge full control rectification circuit based on MATLAB

ZHANG Wei，QI Kai-liang
（School of Electrical Engineering，Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

Through the analysis of the single-phase full bridge controlled rectifier circuit，The paper establishes the model of single phase bridge rectifier circuit based on MATLAB，and analysis and research on the working condition of the external resistance load and inductive load，structure the simulation model and parameter setting， and obtain the experimental results， and verify the correctness of the simulation results.

single-phase； full controlled rectifier； trigger angle； modeling and simulation

TN702

A

1674－6236（2017）12-0097-04

2016-04-11稿件编号：201604100

张 维（1986—），男，陕西咸阳人，硕士，讲师。研究方向：过程控制与电力电子技术、自动化控制系统设计。