三种单相半波可控整流电路的比较研究

张晓凡，荣 军，倪艳琴，马 望，蒋新辉



三种单相半波可控整流电路的比较研究

张晓凡1，荣 军1，倪艳琴2，马 望1，蒋新辉1

（1. 湖南理工学院信息与通信工程学院，湖南岳阳 414006；2. 湖南理工学院物理与电子学院，湖南岳阳 414006）

首先介绍了三种带不同负载的单相半波可控整流电路的工作原理，从理论分析中可以得出负载为阻感性负载时，输出电压的平均值降低。为了解决这个问题，可以在负载两端并联一个续流二极管。最后在Matlab/Simulink中对三种电路进行了建模和仿真，仿真结果验证了理论分析的正确性。

单相半波可控整流电路 纯电阻 阻感性负载 续流二极管 建模与仿真

0 引言

单相半波可控整流电路的整流电路中最简单的一种，由于它存在变压器直流磁化问题，在实际应用中非常少，但是它是最基本的电路，对分析其他各种复杂的整流电路非常有益，所以研究它还是非常有价值。单相半波可控整流电路根据负载不同可以分为三种电路，分别为带纯电阻性负载、带阻感性负载和带续流二极管的阻感性负载[1]。三种单相半波可控整流电路虽然功能相同，但实际上三种电路在效率以及应用方面具有很大的差别。在实际学习和使用这三种电路很难看出他们的不同，因此本文对其进行比较研究。首先详细分析了三种电路的工作原理，推导了其输出电压的计算过程，最后在MATLAB/Simulink中对三种电路进行了建模和仿真，通过仿真结果对三种电路进行对比分析，总结出三种电路的优缺点，为工程技术人员学习和应用其他整流电路提供了极大的方便。

1 三种电路工作原理的介绍

1.1

单相半波可控整流电路负载为纯电阻负载的原理图和工作波形图分别为图1（a）和（b）所示[2]。

单相半波可控整流电路带阻感性负载的工作原理

图2为带阻感负载的单相半波可控整流电路及其工作波形图[2]。阻感负载的电路特点为：电感对电流有抗拒作用，流过电感的电流不能发生突变，此时在交流电压过零时，晶闸管继续导通，直到电流变为零，由图2（b）的波形还可看出，由于电感的存在延迟了的关断时刻，使波形出现负的部分，与带电阻负载时相比，其平均值下降。

1.3单相半波可控整流电路带续流二极管的工作原理

为解决单相半波可控整流电路在负载为阻感性负载时，输出平均电压降低的不利情况，在整流电路的负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，用表示，如图3（a）所示[2]，其中图3（b）是该电路的工作波形。与没有续流二极管时的情况相比，在正半周时两者工作情况是一样的。当过零变负时，导通，为零。此时为负的通过向施加反压使其关断，储存的能量保证了电流在回路中流通，此过程通常称为续流。如忽略二极管的通态电压，则在续流期间为，中不再出现负的部分，这与电阻负载时基本相同。若足够大，，即负载为电感负载，在关断期间，可持续导通，使连续，且波形接近一条水平线，如图3（b）所示。在一周期内，期间，导通，其导通角为，流过,其余时间流过。的导通角为。若近似认为为一条水平线，恒为，则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为

2 三种电路的建模与仿真

2.1 单相半波可控整流电路带纯电阻性负载的建模与仿真

单相半波可控整流电路带纯电阻性负载电路在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真结果如图4(a)和(b)所示[3][4]，其中图4(b)的仿真结果为占空比为的仿真波形。图4(b)中的仿真波形从上至下分别为交流输入电压波形图，触发脉冲波形图，电阻两端电压波形图，流过晶闸管电流波形图和晶闸管两端电压波形图。从图4(b)可以看出，输出电压没有负的部分，全部位于正半轴，这与理论推导完全一致。

2.2 单相半波可控整流电路带阻感性负载的建模与仿真

单相半波可控整流电路带阻感性负载在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真结果如图5(a)和(b)所示，其中图5(a)中的仿真结果为占空比为的仿真波形。图5(b)中的仿真波形从上至下分别为交流输入电压波形图，触发脉冲波形图，阻感负载两端电压波形图，流过负载电流波形图，流过晶闸管电流波形图和晶闸管两端电压波形图。从图5(b)中看出，输出电压波形出现负的部分，与带电阻负载时相比，其平均值下降。

2.3 单相半波可控整流电路带续流二极管的建模与仿真

单相半波可控整流电路带续流二极管在MATLAB/Simulink中的仿真模型和仿真结果如图6(a)和(b)所示，其中图6(b)中的仿真结果为占空比为的仿真波形。图6(b)中的仿真波形从上至下分别为交流输入电压波形图，触发脉冲波形图，负载两端电压波形图，流过负载电流波形图，流过晶闸管电流波形图和晶闸管两端电压波形图。从图6(b)中看出，当后，输出电压两端不再出现负的部分，可见在负载两端并联一个续流二极管后可解决输出电压下降的问题，仿真结果与理论分析完全一致。

3 结论

本文分别对单相半波可控整流电路带纯电阻、带阻感性负载以及带续流二极管的三种电路的工作原理进行了详细分析，然后在MATLAB/Simulink中对三种电路进行了建模和仿真，最后对仿真结果进行了详细分析，仿真结果与理论分析完全一致，为学习其他复杂的整流电路提供了一种思路。

[1] 赵良炳.现代电力电子技术基础[M].北京：清华大学出版社,1995.

[2] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M]. 北京:机械工业出版社,2000.

[3] 李真贵,胡杨昊,佘海湘,等.三电平逆变器改进型SVPWM研究与实现[J].计算技术与自动化,2014,33(4):49-54.

[4] 洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真[M].北京:机械工业出版社,2006.

Comparison of Three Single-phase Half Wave Controlled Rectifier Circuits

Zhang Xiaofan1, Rong Jun1, Ni Yanqin2; Ma Wang1; Jiang Xinhui1

（1.Department of Information and Communication Engineering, Institute of Science and Technology. Yueyang 414006，Hunan，China; 2. Department of Physics and Electronics, Hunan Institute of Science and Technology. Yueyang 414006, Hunan, China)

Firstly the operating principle of three single-phase half wave controlled rectifier circuits with different loads is introduced, and it can get that the average value of output voltage can be drawn if the load is inductive load from the theoretical analysis. In order to solve this problem, a continuous flow diode can be connected across both ends of the load. At last, three kinds of circuits are modeled and simulated on the basis of Matlab/Simulink, and the simulation results verify the correctness of theoretical analysis.

single-phase half wave controlled rectifier circuit; pure resistance; resistive inductive load; continued flow diode; modeling and simulation

TM46

A

1003-4862（2016）03-0001-05

2015-11-09

“电子信息工程”本科专业综合改革国家级试点专业 (教高司函[2013]56号)，电子信息与通信技术国家级实验教学示范中心(教高函[2013]10号)

张晓凡（1994-），男，自动化本科。研究方向：信息与通信工程学院。