基于MATLAB的單相雙半波可控整流電路仿真研究

王月愛+王勃

摘 要： 本研究利用MATLAB/Simulink軟件的電氣原理結(jié)構(gòu)圖建模方式，實現(xiàn)不同性質(zhì)負載下的單相雙半波可控整流電路的建模與仿真，通過分析與比較仿真波形，掌握單相雙半波可控整流電路的工作原理與分析方法，得出有關(guān)電量與觸發(fā)延遲角α的關(guān)系，理解不同負載特性下電量參數(shù)的數(shù)值關(guān)系。

關(guān)鍵詞： 單相雙半波可控整流電路 MATLAB 仿真研究

1.引言

電力電子技術(shù)是有效使用電力電子器件、應(yīng)用電路和設(shè)計理論及分析開發(fā)工具，實現(xiàn)多電能的高效能變換和控制的一門技術(shù)，包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，其應(yīng)用越來越廣泛，地位越來越重要。

電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，變流技術(shù)是其核心。變流技術(shù)即變換電路與控制技術(shù)，它的基本功能是實現(xiàn)交流和直流電能的互相變換。單相雙半波可控整流電路屬于交流-直流變換電路，可把交流電壓變換為固定或可調(diào)的直流電壓。

2.單相雙半波可控整流電路的建模方法

單相雙半波可控整流電路在學(xué)習(xí)時，先分析電阻性負載電路，再分析阻感性負載電路；先進行電路結(jié)構(gòu)分析，分析不同性質(zhì)負載下整流電路輸出電壓和電流的波形，再找出各相關(guān)電量基本數(shù)量關(guān)系。在采用MATLAB/Simulink軟件進行仿真時，必須仿真出各種負載情況下的輸出電壓、輸出電流、晶閘管兩端的電壓的波形，從而掌握單相雙半波可控整流電路的特點和應(yīng)用范圍。

這里的單相雙半波可控整流電路的建模與仿真，是采用與搭建實際實驗電路相類似的方法，利用MATLAB/Simulink軟件的電氣原理結(jié)構(gòu)圖進行電路建模。具體是根據(jù)給定電路，選用Simulink和Power System工具箱的元件庫里對應(yīng)電路元件，如搭建實際的實驗電路一樣的建模方式進行電路連接。

3.單相雙半波可控整流電路建模與仿真

3.1電阻性負載電路建模與仿真

具體操作：先打開仿真參數(shù)窗口，選擇odel5算法；再設(shè)置相對誤差為le-3，設(shè)置仿真開始時間為0，設(shè)置仿真停止時間為0.08s。

負載參數(shù)的設(shè)置：L=OH，C=inf，R=1Ω（即是電阻性負載）。

圖2中（a）、（b）、（c）分別是α=30°、60°、90°時的仿真波形，每個圖中的三個波形分別對應(yīng)輸出電壓Ud（v）、輸出電流Id（A）、晶閘管VTl兩端的電壓Uakl（V）。

比較三種情況下的仿真波形，其電路仿真波形非常符合理論分析波形，觸發(fā)角α可調(diào)整范圍是0°～180°，改變α的數(shù)值，就是改變在每個周期內(nèi)觸發(fā)脈沖出現(xiàn)時刻，也隨之改變輸出電壓和輸出電流波形。若增大移相角α，輸出電壓和輸出電流就減小，電能轉(zhuǎn)換率也會降低。

3.2阻感性負載電路仿真

負載參數(shù)的設(shè)置：L=0.02H，C=inf，R=2Ω（即是阻感性負載）

從圖4的仿真波形看，以上三種不同性質(zhì)負載下的電路仿真結(jié)果，與理論計算和實驗分析結(jié)果完全相符合。單相雙半波可控整流電路的輸出電壓波形與單相全控橋式整流電路的一樣，變壓器不存在直流磁化問題。

3.結(jié)語

通過對單相雙半波可控整流電路的建模與仿真，可直觀比較不同電阻性負載電路和阻感性負載電路在不同α的值下的電路波形，進而分析得出有關(guān)電量與觸發(fā)延遲角α的關(guān)系，計算不同負載特性下電量參數(shù)的數(shù)值關(guān)系。在電路應(yīng)用時，考慮到濾波、無功補償或用自關(guān)斷器件組成可控整流電路等措施，以提高用電質(zhì)量，減少對電網(wǎng)的公害。

參考文獻：

[1]曾芳，朱益江.電力電子技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2]徐麗娟.電力電子技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[3]張志涌，楊祖櫻.MATLAB教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2015.

基金項目：陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項目“基于Simulink的電力電子變流電路模型設(shè)計的研究”