单相桥式全控整流电路仿真建模分析

单相桥式全控整流电路仿真建模分析一、单相桥式全控整流电路(电阻性负载)

1电路的结构与工作原理

1.1电路结构

u1T

u2

u d R

id

a

b

VT1

VT3

VT2VT4

i2

图 1 单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图

1.2 工作原理

在电源电压正半波，在wt＜α时，晶闸管VT1，VT4承受正向电压，晶闸管VT2，VT3承受反向电压，此时4个晶闸管都不导通，且假设4个晶闸管的漏电阻相等，则ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=α时，晶闸管VT1，VT4满足晶闸管导通的两条件，晶闸管VT1，VT4导通，负载上的电压等于变压器两端的电压U2；在wt=π时，因电源电压过零，通过晶闸管VT1，VT4的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断；在电源负半波，在wt＜α+π时，触发晶闸管VT2，VT3使其元件导通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（Ud=-U2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1，VT4，使其承受反向电压而处于关断状态；在wt=2π时，因电源电压过零，通过晶闸管VT2，VT3的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断。

2单相桥式全控整流电路建模

在MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示：

图2 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为20°，60°，90°，150°因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周期应相差180°。

晶闸管参数

脉冲参数

电源参数

负载参数

3 仿真结果与分析

a．触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下

图3 α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载) b．触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下

图4 α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载) c．触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下

图5 α=90°单相桥式全控整流电路仿真结果(电阻性负载)

4小结

单相桥式全控整流电路（电阻性负载）一共采用了四个晶闸管，VT1,VT2两只晶闸管接成共阳极，VT3,VT4两只晶闸管接成共阴极，当u2在（0~α）晶闸管VT1和VT4承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管没有导通。在（α~π）VT1和VT4承受正向电压，有触发脉冲晶闸管VT1，VT4导通。当u2在（π~π+α）闸管VT2和VT3承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管没有导通。在（π+α~2π）VT2和VT3承受正向电压，有触发脉冲晶闸管VT2，VT3导通。单相桥式全控整流电路（电阻性负载）是典型单相桥式全控整流电路,桥式整流电路的工作方式特点是整流元件必须成对以构成回路，负载为电阻性。

二、单相桥式全控整流电路(阻感性负载)

1电路结构与工作原理

1.1电路结构如图所示

图6 单相桥式全控整流电路(阻感性负载)的电路原理图

1.2 工作原理

（1）在u2正半波的（0~α）区间：晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。

（2）在u2正半波的ωt=α时刻及以后：在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（u d=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。

（3）在u2负半波的（π~π+α）区间：当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。

（4）在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后：在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压（u d=-u2）和电流。此

时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。

从波形可以看出α＞90º输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90º。控制角α在0～90º之间变化时，晶闸管导通角θ=π，导通角θ与控制角α无关。晶闸管承受的最大正、反向电压。

2 MATLAB建模

在MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示：

图7 单相桥式全控整流电路(阻感性负载)的MATLAB仿真模型

2.1模型参数设置

在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为30°，50°，90°，150°，因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周期应相差180°。

晶闸管参数

脉冲参数

电源参数

3 仿真结果与分析

a. 触发角α=30°，MATLAB仿真波形如下

图8 α=30°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载) b. 触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下

图9 α=60°单相桥式全控整流电路仿真结果(阻感性负载) c. 触发角α=90°，MATLAB仿真波形如下