基于MATLAB的整流電路的建模與仿真

曲昀卿

（石家莊職業技術學院 電氣與電子工程系，河北 石家莊 050081）

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，不僅應用于一般工業，也廣泛應用于交通運輸、電力系統、通信系統、能源系統等其他領域。因此對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，不僅學好電力電子技術理論知識的重要一環，而且對工程實踐的實際應用具有預測和指導作用[1]。

1 電路模型建立

三相橋式全控整流電路原理圖如圖1 所示。三相橋式全控整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來的，它由三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽極接法(VT1，VT6，VT2)的串聯組合。

圖1 三相全控橋式整流電路

圖2 三相全控橋式整流電路仿真模型

其工作特點是任何時刻必須有不同組別的兩只晶閘管同時導通，構成電流通路，因此為保證電路啟動或電流斷續后能正常導通，必須對不同組別應到導通的一對晶閘管同時加觸發脈沖，所以觸發脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的順序，相位依次差60°，共陰極組VT1、VT3、VT5 的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2 也依次差120°。同一相的上下兩個晶閘管，即VT1 與VT4，VT3 與VT6，VT5 與VT2，脈沖相差180°。為了可靠觸發導通晶閘管，觸發脈沖通常采用單寬脈沖觸發或采用雙窄脈沖。寬脈沖的寬度要求大于60°，且觸發時要求的觸發功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以在實際應用中，大多采用雙窄脈沖。

2 MATLAB 建模及仿真

根據三相橋式全控整流電路的原理可以利用Simulink 內的模塊建立仿真模型，設置三個交流電壓源、，相位角依次相差120°，得到整流橋的三相電源。用6個Thyristor 構成整流橋，實現交流電壓到直流電壓的轉換。6個pulse generator 產生整流橋的觸發脈沖，且從上到下分別給1～6 號晶閘管觸發脈沖[2]。三相電源的相位互差120°，交流峰值電壓為l00 V，頻率為60 Hz。晶 閘 管 的 參 數 為：Rn = 0.001 Ω，Lon =0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250×10-9。負載電阻性設R=45 Ω，電感性負載設L=1H。脈沖發生器脈沖寬度設置為脈寬的50%，脈沖高度為5 V，脈沖周期為0.016 7 s，脈沖移相角隨著控制角的變化對“相位角延遲”進行設置[3]。

（1）根據三相橋式全控整流電路原理圖，對不同的觸發角α 會影響輸出電壓進行仿真，負載為阻感特性。

圖3 時的輸出電壓波形圖

圖4 時的輸出電壓波形圖

從以上仿真波形圖可知改變不同的控制角，輸出電壓在發生不同的變化。

（2）由于高壓強電流的情況，整流電路晶閘管很容易出現故障。假設以下情況對故障現象進行仿真分析，當α =30°，負載為阻感性時，仿真分析故障產生的波形情況。只有一個晶閘管故障波形如圖5 所示，同一相的兩個晶閘管故障波形如圖6 所示，不同橋且不同相的兩個晶閘管發生故障時的仿真波形如圖7 所示。

圖5 一只晶閘管故障圖

圖6 同一相兩只晶閘管故障圖

圖7 不同橋和相的兩只晶閘管故障圖

從以上故障仿真波形圖來看，不同的晶閘管出現故障時，產生的波形圖是不一樣的，所以，通過動態仿真能有效知道整流電路出現故意時候的工作情況，同時也加深對三相全控整流電路的理解和運用[4]。

3 結束語

電力電子技術的理論計算比較繁瑣且很難得到準確的計算結果，從上述系統仿真結果波形可以看出，采用Matlab／Simulink 對進行仿真，避免了常規分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種直觀、準確、快捷分析電力電子變流系統的新方法。應用Matlab／Simulink 進行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數，并且能直觀地觀察到仿真結果隨參數的變化情況。通過對仿真結果的分析，反復修改電路參數使系統達到要求的結果和性能，大大簡化了設計流程，減輕了設計負擔，充分體現了Matlab／Simulink 的優越性。

[1]鄧國揚,盛義發，等. 基于MATLAB Simulink 的電力電子系統的建模與仿真[J].南華大學學報,2003,17(1):1-6.

[2]李傳琦，等.電力電子技術計算機仿真試驗.北京:電子工業出版社,2006.

[3]鐘 麟，王 峰.MATLAB 仿真技術與應用教程.北京:國防工業出版社,2003.

[4]黃江波.基于Matlab 的三相橋式全控整流電路的仿真研究[J].現代電子技術，2010,33(8):202-204.