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什么是单相桥式整流电路?单相桥式整流在MATLAB仿真波形图以及原理分析

文章来源:亚洲城人气:发表时间:2019-01-09 08:31

  什么是单相桥式整流电路?单相桥式整流在MATLAB仿真波形图,以及原理分析

  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,管子所承受的最大反向电压较低,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,最大反向电压为25~1000V。

  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,仍在触发延迟角的处触发延迟VT2和VT3(VT2和VT3的=0处为wt=),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的建模与仿线 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仿线所示。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)变压器参数。电压为220V(有效值),二次电压为100V(有效值)。

  (7)系统仿线,可变步长,仿线 仿线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。

  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线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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