兩種單相橋式整流電路的比較研究

童 晨，陳愛容，曾興暉，趙 云，榮 軍

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兩種單相橋式整流電路的比較研究

童 晨，陳愛容，曾興暉，趙 云，榮 軍

（湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院，湖南岳陽 414006）

研究了單相橋式全控和不控兩種整流電路，首先分析了單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢電路的工作原理，然后分析了單相橋式不控整流電路帶電容濾波的工作原理，最后在Matlab/Simulink中對兩種電路進(jìn)行了建模和仿真，通過對仿真結(jié)果的比較分析得出兩種整流電路的負(fù)載電壓都不會(huì)出現(xiàn)為零的情況。

單相橋式整流電路 負(fù)載 比較研究 仿真

0 引言

單相橋式整流電路種類繁多，包括單相橋式可控整流電路和單相橋式不控整流電路，前者電路的主要開關(guān)器件主要由晶閘管構(gòu)成，它分為單相橋式負(fù)載帶純電阻，負(fù)載為阻感性負(fù)載，以及負(fù)載接反電動(dòng)勢的情況，后者的開關(guān)器件主要由二極管構(gòu)成。上面四種電路的工作原理大致相同，但是在細(xì)節(jié)上面有些區(qū)別，因此掌握每種電路的工作原理，對廣大科研人員是非常重要的。本文主要針對單相橋式可控整流帶反電動(dòng)勢的情況以及單相橋式不控整流帶電容濾波的情況進(jìn)行了比較研究，首先闡述了其工作原理，最后通過MATLAB仿真軟件對其工作原理進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，通過對仿真結(jié)果的分析分別總結(jié)出兩種電路的工作特性，為其實(shí)際應(yīng)用提供了借鑒作用。

1 兩種整流電路工作原理的介紹

1.1 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢負(fù)載的工作原理

單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢-電阻負(fù)載電路的電路圖和工作波形圖分別為圖1（a）和（b）所示[1]。

當(dāng)負(fù)載為蓄電池時(shí)，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢負(fù)載。|2|>時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。晶閘管導(dǎo)通之后，u=2，i=(u-)/，直至|2|=，i即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后u=。

與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。在圖1(b)所示，i波形在一周期內(nèi)有大部分時(shí)間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。與此對應(yīng)，若i波形不出現(xiàn)為0的點(diǎn)的情況，稱為電流連續(xù)。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)時(shí)刻有晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為。

(a) 電路圖

(b) 電路波形圖

圖1 帶反電動(dòng)勢負(fù)載的單相橋式可控整流電路圖及電路波形圖

1.2 電容濾波的單相不可控整流電路的工作原理

(a) 電路圖

(b) 電路波形圖

圖2 電容濾波的單相橋式不可控整流電路圖及電路波形圖

電容濾波單相不可控整流電路的電路圖和工作波形圖分別為圖2（a）和（b）所示[1]。在對其工作原理分析中，假設(shè)電路已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以將電阻R看作電路的負(fù)載，電容濾波不可控電路的基本工作過程如下：當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓在正半軸過零點(diǎn)至=0期間，因?yàn)?<u，所以二極管都不導(dǎo)通，此階段電容C放電，為負(fù)載提供電流，與此同時(shí)電容兩端電壓降低。直到=0之后VD1使得VD1和VD4開始導(dǎo)通，此時(shí)u=u2，交流電源向電容C充電，，同時(shí)向電阻R供電。設(shè)VD1和VD4的導(dǎo)通角為則當(dāng)電容被充電到=時(shí)，VD1和VD4關(guān)斷。電容C開始以時(shí)間常數(shù)按指數(shù)放電。當(dāng)=π，即放電經(jīng)過π-角時(shí)，u下降到開始充電時(shí)的初值，另外一對二極管VD2和VD3導(dǎo)通，此后又向C充電，與正半周的情況一樣，在此不再做繁述。

2 兩種電路的建模與仿真

2.1 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢負(fù)載的建模與仿真

單相橋式全控整流電路帶反向電動(dòng)勢負(fù)載的電路在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真結(jié)果如圖3（a）和(b）所示[3-5]。

圖3(b)中仿真波形從上到下的波形分別為變壓器次級(jí)邊電壓，負(fù)載兩端的輸出電壓，晶閘管兩端的電壓以及負(fù)載輸出電流。從圖3(b)中明顯可以看出當(dāng)2>時(shí)，負(fù)載電壓為2，當(dāng)2<時(shí)，負(fù)載電壓為反電動(dòng)勢電壓，與理論分析一致。

2.2 電容濾波單相不可控整流電路的建模與仿真

單相橋式不控帶電容濾波的整流電路在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真結(jié)果如圖4（a）和(b）所示[3-5]。圖5為輸出濾波電容取不同值的輸出電壓仿真波形。其中圖4(b)中仿真波形從上到下的波形分別為負(fù)載輸出電壓波形和通過晶閘管VD1的電流波形。從圖4(b)中明顯可以看出當(dāng)2>u時(shí)，晶閘管VD1導(dǎo)通，有電流流過，當(dāng)2<u時(shí)，晶閘管VD1關(guān)斷，電流為0，與此同時(shí)輸出負(fù)載電壓一直不為0，原因在于當(dāng)2>u時(shí)，變壓器次級(jí)邊對負(fù)載供電，當(dāng)2<u時(shí)，電容C時(shí)向負(fù)載供電，所以電流不為零。圖5(a)、(b)和(c)分別為濾波電容C取0.001F、0.01F和0.1的輸出電壓仿真波形，從圖5很清楚的看出隨著濾波電容的變大，電路輸出的電壓變得更加平緩。電容的充放電時(shí)間和其電容成正比，滿足關(guān)系式。由于電容增加，那么充放電時(shí)間增加，波形變得平緩。

(a) 仿真模型

(b) 仿真結(jié)果

圖3 帶反電動(dòng)勢的單相橋式全控整流電路仿真模型與仿真結(jié)果

(a) 仿真模型

(b) 仿真結(jié)果

圖4 單相橋式不可控整流電路仿真模型與仿真結(jié)

3 結(jié)論

本文對單相橋式可控整流電路帶反電動(dòng)勢和單相橋式不控整流電路帶電容濾波的兩種電路進(jìn)行了比較分析，然后借助MATLAB/Simulink中對兩種電路進(jìn)行了仿真分析，通過仿真結(jié)果可以兩種電路相同點(diǎn)就是變壓器次級(jí)端電壓大于負(fù)載電壓時(shí)，開關(guān)管才導(dǎo)通，而且輸出電壓都不會(huì)出現(xiàn)為零的情況，不同點(diǎn)就是前者電流為出現(xiàn)為零的情況，而后者不會(huì)出現(xiàn)電流為零的情況。

(a) 濾波電容為0.001F

(b) 濾波電容為0.01F

(c) 濾波電容c為0.1F

[1] 王兆安, 黃俊. 電力電子技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.

[2] 張曉凡, 榮軍, 倪艷琴, 等. 三種單相半波可控整流電路的比較研究[J]. 船電技術(shù), 2016, 36(3): 1-5.

[3] 李真貴, 胡楊昊, 佘海湘, 等. 三電平逆變器改進(jìn)型SVPWM研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化, 2014, 33(4): 49-54.

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Comparative Study of Two Single-phase Bridge Rectifier Circuits

Tong Chen, Chen Airong, Zeng Xinghui, Zhao Yun, Rong Jun

（Department of Information and Communication Engineering, Hunan Institute of Science and Technology. Yueyang 414006, Hunan, China)

TM46

A

1003-4862（2017）04-0058-03

2016-09-15

童晨（1995-），男，本科。研究方向：自動(dòng)控制。

榮軍（1978-），男，碩士，講師。研究方向：開關(guān)電源及電機(jī)控制。