交流—直流變流器淺談

摘要：電能是現代工農業、交通運輸、通信和人們日常生活不可缺少的能源。現代科學技術的發展使人們對電能的要求越來越高，需要將交流電轉變為直流電，直流電轉變交流電，以滿足供電電源與用電設備之間的匹配關系，以提高電的質量和滿足各種各樣的用電要求。隨著現代電力電子技術的發展，各種新型電力電子器件的研究，開發和應用，提高產品的質量和性能，提高生產效率，改善人們的生活環境。將來從電網得到的工頻電能大部分都需要經過電力電子裝備的二次變換處理，電力電子的應用領域將越來越廣闊。

關鍵詞：交流-直流變流器；煤礦；電能

交流-直流變流器又稱整流器、AC-DC變流器，其作用是將交流電轉變為直流電，一般也稱整流，并且在整流的同時還對直流電壓電流進行調節，以符合用電設備的要求。

1 單向橋式全控整流電路

1.1 MATLAB的基本簡介

仿真軟件的快速發展，使得人們從大量、繁瑣的數學計算中解脫出來，在減少了計算的工作量的同時大幅度的改善了仿真的精度和效果。它主要是對動態系統進行建模、仿真和分析，Simulink是MATLAB程序的擴展，它是在Windows系統環境下的圖形程序。可以直接從模塊庫中調用各種模塊，經過簡單的操作就可以完成系統的建模。進入Simulink將彈出模塊庫瀏覽器，子模塊庫電源包括連續系統（Continuous）、離散系統（Discerte）、非線性系統（Nonlinear）、線性系統（Linear）和連接、輸入、接收模塊庫，此外還有特殊模塊庫。它有自己的神經網絡、模糊控制、和電氣系統等模塊。十年前Mathwokrs公司就已經有了自己的電力系統仿真的電力系統工具箱Power Systeam Blokcest。這為我們今后的電氣傳動的研究帶來了極大的方便。所包括內容有電路仿真所需的基本元件模型，其中有電源模塊、電力電子模塊、基礎電路模塊、電機模塊、連線器模塊、檢測模塊以及附加功率模塊等七種模塊庫。電氣系統模塊與一般的Simulink模塊是兩種不同的模塊，需要中間接口模塊。一般常規模塊信號進入電氣模塊信號時，中間可以通過可控的電壓源和可控的電流源作為接口模塊。而電氣模塊信號進入常規模塊信號時，就必須要有測量模塊，可以讓電壓或電流測量模塊作為中間環節。只需將模塊中的元件拖到Simulink窗口中，通過設置參數電路和電力系統就得到仿真了。

1.2 單相橋式全控整流電路原理

單相橋式全控整流電路如上圖1所示，電路由交流電源u1、整流電路T、晶閘管VT1～VT4、負載電阻R以及觸發電路組成。在變壓器二次電壓U2的正半軸觸發晶閘管VT1和VT3，在U2的負半周觸發晶閘管VT2和VT4，在負載上可以得到方向不變的直流電，改進晶閘管的控制角可以調節輸出直流電壓和電流的大小該電路的仿真過程可以分為建立仿真模型（或稱為繪制仿真電路），設置模型參數和觀測仿真結果等幾個主要階段，現分布敘述如下：

1.2.1 首先建立模型新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊file，選擇new，再在彈出菜單中選擇model，這時出現一個空白的仿真平臺，在這平臺上可以繪制電路的仿真模型。同時也可以在file菜單下給文件命名。

在仿真模塊型窗口的菜單欄上點擊圖標調出模型庫瀏覽器、在模型庫中提取適合的模塊放到仿真平臺上。組成單橋式整流電路的主要元器件有交流電源、晶閘管、RLC負載等。

1.2.2 將電路元器件模塊按單相整流的原理連接起來組成仿真電路。

1.2.3 連接了示波器的單相整流電路模型

2 模型參數的設置

設置模型參數是很重要一步，只要模型參數設置準確可以極大的保證仿真準確度。但是有些參數是由仿真任務規定的，如仿真中的電源電壓、電阻值等，有些參數是需要通過仿真來確定的。下面舉例說明介紹模型參數設置的具體情況

首先雙擊模塊彈出參數設置對話框，然后按照對話框中提示輸入，若有不清楚地方可以借助help幫助。本設計中參數設置如下：

（1）交流電源U2，電壓為220V，頻率為50Hz，初始相位為0。

（2）晶閘管VT1～VT4直接使用了模型的默認參數。

（3）負載RLC，R的值2，L的值為0，C的值為inf。

（4）設計中晶閘管的觸發器采用簡單的脈沖發生器來產生。

3 模型仿真

在參數設置完畢后即可以開始仿真。

單相橋式全控整流電路的仿真模型及其結果

在仿真計算結束后我們可以通過示波器來分析仿真結果（圖4）

G α=60時負載兩端的電壓和電流波形

結果分析：（1）在電阻負載中，觸發角變化范圍為0-180度，其輸出電壓與負載電阻無關 ，電流波形與電壓相關。（2）幅值隨電阻負載變化而變化，電流連續。

單相橋式全控整流電路的應用領域：單相橋式全控整流電路是電力電子技術中非常重要，也是應用得最為廣泛的變頻電路，在交通運輸、電力系統、通信系統、能源系統等領域運用非常廣泛。因此對單相橋式全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，不僅是電力電子電路理論學習的重要一環，而且對工程實踐的實際應用具有預測和指導作用。

參考文獻

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[4]GB/T14549-1993，電能質量公用電網諧波.北京：中國標準出版社，1994.

作者簡介：史利章（1966，8-），男，山西懷仁人，工程師，畢業于山西大同大學，現在同煤集團北辛窯礦。