matlab 单相整流电路,单相桥式整流在MATLAB仿真波形图,以及原理分析
什么是单相桥式整流电路:
电路中采用四个二极管,互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用,在交流输入电压U2的正半周内,二极管D1、D3导通,D2、D4截止,在负载RL上得到上正下负的输出电压;在负半周内,正好相反,D1、D3截止,D2、D4导通,流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此,利用变压器的一个副边绕组和四个二极管,使得在交流电源的正、负半周内,整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。桥式整流的名称只是说明电路连接方法是桥式的接法,桥式整流二极管:大家常用的一般是由4只单个二极管封装在一起的元件,取名桥式整流二极管,整流桥或全桥二极管。
单相桥式整流电路的工作原理:
单相桥式整流电路如图1(a)所示,图中Tr为电源变压器,它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压 ,RL是要求直流供电的负载电阻,四只整流二极管D1~D4接成电桥的形式,故有桥式整流电路之称。
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见,二极管用理想模型来处理,即正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。
在v2的正半周,电流从变压器副边线圈的上端流出,只能经过二极管D1流向RL,再由二极管D3流回变压器,所以D1、D3正向导通,D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图1(a)中实线箭头表示。
在v2的负半周,其极性与图示相反,电流从变压器副边线圈的下端流出,只能经过二极管D2流向RL,再由二极管D4流回变压器,所以D1、D3反偏截止,D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负,与正半周时相同。其电流通路如图1(a)中虚线箭头所示。
综上所述,桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
根据上述分析,可得桥式整流电路的工作波形如图2。由图可见,通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。
桥式整流电路的优点是输出电压高,纹波电压较小,管子所承受的反向电压较低,同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到了充分的利用,效率较高。因此,这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多,但目前市场上已有整流桥堆出售,如QL51A~G、QL62A~L等,其中QL62A~L的额定电流为2A,反向电压为25~1000V。
单相整流电路在MATLAB中的仿真操作:
1 单相桥式全控整流电路的工作原理
单相桥式全控整流电路图(带电阻性负载)如图1所示,电路由交流电源u1、整流变压器T、晶闸管VT1~4、负载R以及触发电路组成。其中晶闸管VT1和VT4、晶闸管VT2和VT3各组成一对桥臂,又由于晶闸管具有单向可控导电性能,所以在变压器的二次电压u2的正半周,晶闸管VT1和VT3被触发,负半周时晶闸管VT2和VT3被触发。在u2的正半周时(a点电位高于b点电位),如果4个晶闸管都不导通,负载电流id为0,负载电压也为0,VT1、VT4串联承受电压u2,设VT1和VT4的漏电阻相等,则各承受u2的一半。若在触发角α处给VT1和VT4。加触发脉冲,VT1和VT4导通,电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2过0的时候,流过晶闸管的电流也降到0,VT1和VT4关断。
在u2的正半周时,仍在触发延迟角的α处触发延迟VT2和VT3(VT2和VT3的α=0处为wt=π),VT2和VT3导通,电流从电源b端流出,经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过0时,电流又降为0,VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通,如此循环工作下去。
2 单相桥式全控整流电路在MATLAB/Simulink的建模与仿真
2.1 单相桥式电路的仿真模型
单相桥式全控整流电路主要由交流电源、晶闸管、RLC负载等构成,其在MATLAB/Simulink仿真模型如图2所示。由于在SIMULINK库中没有专用的单相桥式整流电路的触发模块,这里用三相桥的触发器(Synchronized 6-pulse Generator)来产生晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3的触发脉冲,如图4所示,用电压测量取得变压器二次电压信号作为触发器的同步信号,信号从触发器AB端输入,触发器的BC、CA端和BLOCk端用常数模块置“0”,Synchronized 6-pulse Generator产生6路触发信号,通过Demux分解并与变压器的二次电压的相位比较,图4上为变压
器二次电压波形,中间为第6路触发脉冲,下为第4路触发脉冲,此脉冲信号与正弦信号比较的时候,这二路信号可以满足单相桥的触发和移相控制要求,因此将第6路触发脉冲连接VT1和VT4控制板,第4路触发脉冲连接VT2和VT3控制板。
2.2 仿真参数设置
(1)电压源参数。电压源为AC,电压为220V,频率50Hz,输入电压峰值为220*sqrt(2)。
(2)变压器参数。电压为220V(有效值),二次电压为100V(有效值)。
(3)晶闸管使用默认参数。
(4)负载RLC的参数。根据具体情况设置
(5)脉冲发生器Synchronized 6-pulse Generator的参数:同步频率为50Hz,脉冲宽度取10°。
(6)电阻负载角度α参数:α=0°、30°、60°、120°。
(7)系统仿真参数:开始时间选0,可变步长,仿真数值选ode23,误差选择0.001。
2.3 仿真结果及其分析
图3~5为电阻性负载时的电压和电流输出波形,图6~8为阻感负载时的电压和电流的输出波形。图3和图4波形表明电压和电流都是脉动的,电源的交流电经过整流器后成为了直流电,实现了整流的功能,波形呈现周期性正弦半波,整流后的电压和电流形状相似。图3、图4和图5的电压电流波形已随控制角变化,随着控制角的增加,输出电压的平均值减小,输出电流也随之下降。图6~图相比较图3~5,整流输出电流脉动明显小,说明输出电感具有滤波的作用。
3 结束语
本文在MATLAB软件中对单相桥式全控整流电路进行了建模与仿真,分别在负载为0°、30°和60°时对电路进行了仿真,得出的结果与理论相一致,为技术人员学习和生活中的各种应用提供了很好的思路。
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