交流—直流變流器淺談

摘要：電能是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運輸、通信和人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚哪茉础，F(xiàn)代科學技術的發(fā)展使人們對電能的要求越來越高，需要將交流電轉變?yōu)橹绷麟?，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(zhì)量和滿足各種各樣的用電要求。隨著現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展，各種新型電力電子器件的研究，開發(fā)和應用，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，提高生產(chǎn)效率，改善人們的生活環(huán)境。將來從電網(wǎng)得到的工頻電能大部分都需要經(jīng)過電力電子裝備的二次變換處理，電力電子的應用領域?qū)⒃絹碓綇V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?yōu)橹绷麟?，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(diào)節(jié)，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(fā)展，使得人們從大量、繁瑣的數(shù)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(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析，Simulink是MATLAB程序的擴展，它是在Windows系統(tǒng)環(huán)境下的圖形程序?？梢灾苯訌哪K庫中調(diào)用各種模塊，經(jīng)過簡單的操作就可以完成系統(tǒng)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(xù)系統(tǒng)（Continuous）、離散系統(tǒng)（Discerte）、非線性系統(tǒng)（Nonlinear）、線性系統(tǒng)（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(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制、和電氣系統(tǒng)等模塊。十年前Mathwokrs公司就已經(jīng)有了自己的電力系統(tǒng)仿真的電力系統(tǒng)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(nèi)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(tǒng)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(guī)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(guī)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(huán)節(jié)。只需將模塊中的元件拖到Simulink窗口中，通過設置參數(shù)電路和電力系統(tǒng)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(fā)電路組成。在變壓器二次電壓U2的正半軸觸發(fā)晶閘管VT1和VT3，在U2的負半周觸發(fā)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(diào)節(jié)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(shù)和觀測仿真結果等幾個主要階段，現(xiàn)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(xiàn)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(diào)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(shù)的設置

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

首先雙擊模塊彈出參數(shù)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(shù)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(shù)。

（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(fā)器采用簡單的脈沖發(fā)生器來產(chǎn)生。

3 模型仿真

在參數(shù)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(fā)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(xù)。

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(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)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(shù)和不同性質(zhì)負載的工作情況進行對比分析與研究具有很強的現(xiàn)實意義，不僅是電力電子電路理論學習的重要一環(huán)，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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作者簡介：史利章（1966，8-），男，山西懷仁人，工程師，畢業(yè)于山西大同大學，現(xiàn)在同煤集團北辛窯礦。