，宝鸡文理学院学报（自然科学版）第３第１期，第４２卷，８５２页，２０１２年３月－
），Ｖ．４８ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｏｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｏｌ．３２，Ｎｏ．１，５２，Ｍａｒ．２０１２ －ｐｐｊｙ ：：／ＣＮＫＩ６１－１２９０Ｎ．２０１２０３１３．０９１０．００２ＤＯＩ
：／／／／／ｈｔｔｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔｋｃｍｓｄｅｔａｉｌ６１．１２９０．Ｎ．２０１２０３１３．０９１０．００２．ｈｔｍｌｐ
晶闸管整流电路管压降分析方法研究
李小斌，欧卫斌，王亚云
（）宝鸡文理学院电子电气工程系，陕西宝鸡７２１０１６
＊
摘 要：目的 采用电路分析法和仿真分析法对晶闸管相控整流电路中晶闸管压降进行分析研究。方法 通过采用电路等效变换以及ＭＡＴ对不同种类、不同负载性质的整流电路中晶闸管管ＬＡＢ仿真，
压降进行了详细分析。结果／结论 实践表明，两种方法分析结果完全一致，而且电路等效变换和仿真更简单。技术的应用可以使晶闸管相控整流电路分析更快、
关键词：晶闸管压降；整流电路；波形；仿真ＭＡＴＬＡＢ；
（）中图分类号：ＴＭ４６１．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７１２６１２０１２０１００４８０５－－－
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅａｎａｌｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｒｉｓｔｏｒ ｙｙ
ｖｏｌｔａｅｄｒｏｏｒｔｈｅＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔ ｇｐｆ
，，ＷＡＮＧ ＬＩＸｉａｏｂｉｎＯＵ ＷｅｉｂｉｎＹａｕｎ －－－ｙ
（，，，）Ｄｅｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔ．Ｅｎｎ．ＢａｏｉＵｎｉｖ．Ａｒｔｓ＆Ｓｃｉ．Ｂａｏｉ７２１０１６，ＳｈａａｎｘｉＣｈｉｎａ ｐｇｊｊ
：ＡｂｓｔｒａｃｔＡｉｍ ＴｏａｎａｌｚｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｔｈｒｉｓｔｏｒｖｏｌｔａｅｄｒｏｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒ －ｙｙｇｐ
，，ｃｕｉｔｗｉｔｈｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｍｅｔｈｏｄｓｏｎｅｉｓｂａｓｅｄｏｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｂａｓｅｄｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｍｅｔｈｏｄｓ ｈｅｅｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ＇ｓｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｔｈｅＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｚｅｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｒｉｓ Ｔ －ｑｙｙｔｏｒｖｏｌｔａｅｄｒｏｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｏｆｌｏａｄｓ．ＲｅｓｕｌｔｓａｎｄＣｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｇｐｙｐ
，ｒａｃｔｉｃｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｍｌｅｔｅｌａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｎａｌｓｉｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ Ｐ ｐｙｙ ｔｈｅａｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｂｅｍａｄｅｆａｓｔｅｒａｎｄｓｉｍｌｅｒｂｕｓｉｎｔｈｅｓｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆａ －ｙｐｙｇ ｎａｌｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ． ｙ
：；ＭＡＴＫｅｗｏｒｄｓｔｈｒｉｓｔｏｒｖｏｌｔａｅｄｒｏｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔＬＡＢ；ｗａｖｅｆｏｒｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｙｇｐ；ｙ １ 引言
晶闸管可控整流电路是电力电子电路中出现最它将交流电变为直流电，应用非常广泛，早的一种，
而且其电路形式多种多样，各具特色。要分析晶闸管整流电路的工作原理、基本数量关系、以及负载性质对整流电路的影响，往往离不开电路波形的分析。对于初次接触电力电子技术的人来讲，要准确把握晶闸管整流电路的波形分析，尤其是三相整流电路中管压降的波形分析，十分困难。这里针对几种常见整流电路，采用电路分析法和软件仿真法给出晶闸管管压降波形分析结果。
２ 电路分析法
对于管压降的分析，主要要抓住管子的工作状态：导通和截止。
２．１ 单相可控整流电路
晶闸管可控整流电路中，最简单、最基础的是单相半波可控整流电路，而单相桥式全控整流电路在中小功率场合应用较多。
２．１．１ 单相半波可控整流电路
１］
。交流侧接单相电路原理及波形如图１所示［
电源，变压器Ｔ其一ｒ起变换电压和电气隔离作用，次和二次电压瞬时值分别用ｕ直流输出１和ｕ２表示，
，，：修回日期：网络出版时间：２０１２０２１０２０１２０３０２２０１２０３１３９１０＊收稿日期：－－－－－－
）基金项目：宝鸡文理学院重点项目（ＺＫ１１１７０
，：＿作者简介：李小斌（男，陕西凤翔人，讲师，硕士，研究方向：电气传动．１９７２Ｅｍａｉｌｌｘｂ２００４２００４＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ－）
电压瞬时值为ｕ负载电流瞬时值ｉ晶闸管管压降ｄ，ｄ，。瞬时值ｕ触发脉冲ｕＴ，ｇ
）阻性负载ａ）感性负载ｂ
图１ 单相半波可控整流电路及波形
）感性负载带续流二极管ｃ
ａ图是单相半波可控整流电路带电阻性负载时
晶闸管承受正的原理及工作波形图。在ｕ２正半周，，在ω施加触发脉冲ｕ向阳极电压，ｔ＝α时刻，ｇ晶闸管从α时刻开始导通，导通后管压降为零；电压ｕ２过）时，零（电流下降至小于维持电流，晶闸管关ｔ＝πω断，当晶闸管关断时，负载上没有电流流过且负载电即管压降就是ｕ其压为零，ｕ２全部加在晶闸管上，２，波形与ｕ在ｕ晶闸管承受反向阳极２相同；２负半周，管压降仍是ｕ直到下个周期正半周触电压而关断，２，发脉冲到来才能导通。之后，电路周期性重复工作。
ｂ图是单相半波可控整流电路带电感性负载时的原理及工作波形图。与阻性负载不同的是，电压ｕ２过零时，由于电感释放能量，晶闸管并不立即关断，而是继续导通至电感中的能量释放完毕（ｉｄ＝０时
，刻）才开始承受反压关断，直到下周期正半周触发脉冲到来又重新导通。
ｃ图是大感性负载带续流二极管时的原理及工作波形图。在ｕ电路工作情况２正半周二极管截止，当ｕ续流与不接续流二极管时相同，２过零变负时，二极管承受正向电压而导通，为电感提供释放能量通路，迫使晶闸管关断。当带大电感时，续流二极管持续导通至ｕ晶闸２下个周期正半周触发脉冲到来，管才导通。
总之，对于单相半波可控整流电路，无论负载性质如何，只要晶闸管导通，按理想情况，管压降为零；只要晶闸管截止，管压降即为ｕ２。
２．１．２ 单相桥式半控整流电路
［２－３］
。单相桥式半控整流电路原理及波形如图２
假设为大电感。当ａ图为带感性负载工作情况，
负载上没有不加触发脉冲时，２个晶闸管全部截止，。电流流过，等效电路如图ｃ注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分，交流电源电压由晶闸管平衡，即晶闸管它们的导通规则压降为ｕＤＤ２。１，２采用共阳极接法，阴极电位（在ｕ为：ａ点和ｂ点电位）低的管子导通。２正半周，触发脉冲到来之Ｔ１管承受正向阳极电压，。前，管子截止且管压降为ｕ等效电路如图ｃ触发脉２，冲到来后，当ｕ因电感Ｔ１和Ｄ２导通。２过零变负时，由于此时ａ点电位低于ｂ点电作用，Ｔ１继续导通。位，负载电流不经过变压ＤＤ２反偏截止，１正偏导通，器。到Ｔ管压Ｔ２管触发导通后，１管承受反压而截止，降为ｕ电路切换为Ｔｕ２。２过零变正时，２和Ｄ２导通，直到触发脉冲到来才导通。Ｔ１管仍承受电压ｕ２，
ｂ图是大感性负载带续流二极管时的原理图及工作波形。并联续流二极管后，当电源电压降至零时，负载电流经续流二极管续流，晶闸管电流降至维持电流以下而关断，可以避免失控现象。
２．２ 三相可控整流电路
当负载容量较大，或者要求直流电压脉动较小应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供时，
电。三相可控整流电路中最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。
２．２．１ 三相半波可控整流电路
三相半波可控整流电路及波形如图３，这里以共阴极接法特点是阳极电压高的共阴极接法为例。
对管压降分析采用三段分析法：第１段，一相导通。
；第２段，ＴｕＴ１导通期间，Ｔ１＝０１关断后Ｔ２导通期
间，第３段，ｕＴｕＴ１＝ｕａ－ｕｂ＝ｕａｂ；３导通期间，Ｔ１＝
即晶闸管电压由一段管压降和两段线ｕａ－ｕｃ＝ｕａｃ。电压组成。但注意，当晶闸管全部关断时，管压降为它本身所在相相电压
。
）感性负载ａ）感性负载并接续流二极管ｂ）晶闸管全部截止时Ｔｃ１支路等效电路
图２
单相桥式半控整流电路及波形
）电阻性负载ａ）电感性负载ｂ
图３ 共阴极三相半波可控整流电路及波形
ａ图是三相半波相控整流电路带电阻性负载时
的原理及工作波形图。为负载电流连续和断０°α＝３续的临界状态，当α＜３时，负载电流连续，各管轮０°，流导通１每个管截止时压降为不同线电压的片２０°段。当α＞３时，负载电流断续，出现３个管子全部０°截止情况。这里以α＝６为例，０°ωｔ１时刻Ｔ１管触发其管压降为零；导通，ａ相电压过零变负时，Ｔ１管关断，ｂ相晶闸管承受正向电压但触发脉冲还未到，３个管子全关断，Ｔω１管压降为ｕａ；ｔ２时刻Ｔ２管触发导
通，Ｔｂ相电压过零变负时，Ｔ１管的压降为ｕａｂ；２管关断，３个管子全关断，Ｔω１管压降为ｕａ；ｔ３时刻Ｔ３管触发导通，Ｔｃ相电压过零变负时，Ｔ１管的压降为ｕａｃ；３管关断，３个管子全关断，Ｔω１管压降为ｕａ；ｔ４时刻Ｔ１管又触发导通，电路周期性重复工作。注意Ｔ１管正向电压只承受ｕ之后就是相电压ｕ故ａｃ一小部分，ａ，晶闸管正向电压峰值为变压器二次相电压峰值，反向电压峰值为变压器二次线电压峰值。
ｂ图是三相半波相控整流电路带电感性负载时
的原理及工作波形图。假定电感Ｌ感抗足够大，则整流电流ｉ由于电感作用，每ｄ连续且波形基本平直。，个周期各相晶闸管均导通１采用三段分析法，管２０°不出现相电压。压降为线电压片段，
这样加于负载上的共阳极组和共阴极组各有一个，
电压总是为某一线电压。当６个晶闸管全部截止时，要想直接从电路上分析每个管子的压降很困难。，如果把电路等效变换，变成图４即把三相桥式全ｂ控整流电路看成一个共阴极组三相半波整流电路和一个共阳极组三相半波整流电路的串联，当两组负载完全相同且触发角α一样时，两组负载电流相同，把零线去掉不影响电路工作
。
２．２．２ 三相桥式可控整流电路
三相桥式全控整流电路原理图如图４ａ所示。晶闸管的导通顺序为Ｔ１－Ｔ２－Ｔ３－Ｔ４－Ｔ５－Ｔ６，一个周期每隔６切换一个管子。管子导通时总是０°
图４ 三相桥式全控整流电路、等效电路及波形
可以采用三相半波可控整流电路分析方 这样，
法，当管子全部截止时，共阴极组每个管子承受的电共阳极组每个管子承受压即为它所在相的相电压，
的电压即为它所在相的相电压的反相电压。由于负对于阻性负载，只有线电压过零载为某一线电压，
时，管子才关断。负载电压的连续、断续的分界点为。时，共阴极组Ｔ０°０°ｕＴα＝６α≤６ｄ波形连续，１，３，
，共阳极组ＴＴ２０°ＴＴ５每周期各导通１２，４，６每周期。以Ｔ它导通时管压降为零，各导通１２０°１管为例，ＴＴ３管导通时管压降为ｕａｂ，５管导通时管压降为ｕａｃ。当α＞６后，负载电压断续，当负载电压为零时会出０°
管压降为该管所在相电压，共现全部管子关断情况，
阳极组管压降为它所在相的反相电压。对于感性负由于电感作用，负载电压波形连续，每周期每个载，
，管子均导通１不会出现管子全部关断的情况，因２０°此管压降只有线电压片段，与阻性负载α≤６时类０°似。
工作情况下的每个管子的管压降波形，而且简单易行。
３．１ 建模与仿真要点
在ＭＡＴＬＡＢ命令窗口键入ＳＩＭＵＬＩＮＫ命令
点击Ｓ便打开ＳＩＭＵＬＩＮＫ的库浏览窗口，ｉｍＰｏｗｅｒ－进入电力系统工具箱。电力系统工具箱包Ｓｓｔｅｍ，ｙ
电力电子、电机等电气工程学科中常用的括了电路、
４］
。元件模型，这些元件模型分布在７个模块库中［
利用这些库模块及其它库模块，可以方便、直观地建立各种系统模型并进行仿真。
利用ＭＡ构建系统模型，应注意ＴＬＡＢ仿真时，
对电路器件等效参数的正确考虑，这与搭建实际电路存在很大差别。仿真成功的关键是设置好仿真参这包括仿真的起始和终止时间，仿真算法，最大数，
相对误差和最大绝对误差，变步长或固定步长等。参数的设置要根据模型的性质和仿真的需要而定，尤其是仿真算法的选取，在很大程度上决定了仿真
５］
。的正确性和仿真时间［
３ 仿真分析法
现在用于电力电子电路的仿真软件已有多种，
［］
其中最具影响的当推ＰＳＰＩＣＥ和ＭＡＴＬＡＢ４。利
３．２ 典型仿真实例
下面以单相桥式半控整流电路和三相桥式可控整流电路为例，来说明利用ＭＡＴＬＡＢ仿真结果分
用仿真软件可以准确、直观地得到各种电路在不同
析晶闸管相控整流电路中晶闸管压降分析方法。
３．２．１ 单相桥式半控整流电路
打开新建模型窗口，将所需元件模块从模块库设定有关参数后将各中拖入新建模型窗口并改名，
。其中电源电压峰值模块连接组成仿真模型（图略），。触发脉冲频率为５相位角０设定为１００Ｖ，０Ｈｚ°，周期设定为０．０２ｓＴ１和Ｔ２的相位延迟分别设为“／”／”（）。和“即设定α＝６１３０００．０１＋１３０００°
），设定停止时间（为０．其它参数选Ｓｔｏｔｉｍｅ１ｓｐ 黑三角形）项可用默认值。然后点击启动仿真按钮（
即开始进行仿真，双击显示模块即可显示其信号波形，如图５所示，从上到下依次为ｕｕ２、Ｔ１和ｕＤ２波形，与图２ａ完全一致
。
）不加触发脉冲时电源、负载电压波形ａＴ１管、
图５ 单相桥式半控整流电路电源、Ｔ１管、Ｄ２管电压波形
３．２．２ 三相桥式全控整流电路
仿３．２．１步骤组成三相桥式相控整流电路仿真图略）。当不加触发脉冲，即６个晶闸管全模型（
部关断时的三相电源、负载电压波形如Ｔ１管压降、，可以看到Ｔ图６ａ１管的管压降就是ａ相相电压。带，时的波形如图６负载电压波形感性负载，０°ｂα＝９连续且正负面积相等，晶闸管ｕＴ１波形与利用电路分
２］
。析所得结果完全一致［
［４］
）感性负载α＝９时电源、负载电压波形ｂ０°Ｔ１管、
图６ 三相桥式相控整流电路仿真波形
参考文献：
［］王忠庆．电力电子技术［北京：中国林业１Ｍ］． 樊立萍，
出版社；北京大学出版社，２００６．
［］黄俊．电力电子技术［北京：机械工业出２Ｍ］． 王兆安，
版社，２０００．
［］半导体变流技术［北京：机械工业出版３Ｍ］． 莫正康．
社，１９９６．
［］电力电子和电力拖动控制系统的ＭＡ４Ｔ－ 洪乃刚．
北京：机械工业出版社，ＬＡＢ仿真［Ｍ］．２００６．［］何怡刚，龙佳乐．基于ＭＡ５ＴＬＡＢ整流电路 张建民，
的建模仿真方法研究［Ｃ］．２００６中国电工技术学会北京：科电力电子学会第十届学术年会论文摘要集．学出版社，２００６：１１３１１６．－
４ 结束语
综上所述，可以看出，利用电路分析法和仿真分析法的结果是完全一致的，它们各有千秋。利用仿／真环境ＭＡ波形准ＴＬＡＢＳＩＭＵＬＩＮＫ进行仿真，直观，且可以直接针对非常复杂的电路进行建模确、
而利用电路分析时物理意义更明确，但对于复仿真，
杂的电路，要进行等效变换。如果能将这两种方法结合使用，就能更准确的分析不同整流电路中晶闸管的管压降，进而更好地把握各种整流电路的工作以便于电路设计及电路工作状原理及其分析方法，态分析
。
（编校：李宗红）
，宝鸡文理学院学报（自然科学版）第３第１期，第４２卷，８５２页，２０１２年３月－
），Ｖ．４８ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｏｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅｓ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｏｌ．３２，Ｎｏ．１，５２，Ｍａｒ．２０１２ －ｐｐｊｙ ：：／ＣＮＫＩ６１－１２９０Ｎ．２０１２０３１３．０９１０．００２ＤＯＩ
：／／／／／ｈｔｔｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔｋｃｍｓｄｅｔａｉｌ６１．１２９０．Ｎ．２０１２０３１３．０９１０．００２．ｈｔｍｌｐ
晶闸管整流电路管压降分析方法研究
李小斌，欧卫斌，王亚云
（）宝鸡文理学院电子电气工程系，陕西宝鸡７２１０１６
＊
摘 要：目的 采用电路分析法和仿真分析法对晶闸管相控整流电路中晶闸管压降进行分析研究。方法 通过采用电路等效变换以及ＭＡＴ对不同种类、不同负载性质的整流电路中晶闸管管ＬＡＢ仿真，
压降进行了详细分析。结果／结论 实践表明，两种方法分析结果完全一致，而且电路等效变换和仿真更简单。技术的应用可以使晶闸管相控整流电路分析更快、
关键词：晶闸管压降；整流电路；波形；仿真ＭＡＴＬＡＢ；
（）中图分类号：ＴＭ４６１．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７１２６１２０１２０１００４８０５－－－
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅａｎａｌｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｒｉｓｔｏｒ ｙｙ
ｖｏｌｔａｅｄｒｏｏｒｔｈｅＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔ ｇｐｆ
，，ＷＡＮＧ ＬＩＸｉａｏｂｉｎＯＵ ＷｅｉｂｉｎＹａｕｎ －－－ｙ
（，，，）Ｄｅｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔ．Ｅｎｎ．ＢａｏｉＵｎｉｖ．Ａｒｔｓ＆Ｓｃｉ．Ｂａｏｉ７２１０１６，ＳｈａａｎｘｉＣｈｉｎａ ｐｇｊｊ
：ＡｂｓｔｒａｃｔＡｉｍ ＴｏａｎａｌｚｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｔｈｒｉｓｔｏｒｖｏｌｔａｅｄｒｏｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒ －ｙｙｇｐ
，，ｃｕｉｔｗｉｔｈｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｍｅｔｈｏｄｓｏｎｅｉｓｂａｓｅｄｏｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｂａｓｅｄｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｍｅｔｈｏｄｓ ｈｅｅｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ＇ｓｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｔｈｅＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｚｅｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｒｉｓ Ｔ －ｑｙｙｔｏｒｖｏｌｔａｅｄｒｏｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｏｆｌｏａｄｓ．ＲｅｓｕｌｔｓａｎｄＣｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｇｐｙｐ
，ｒａｃｔｉｃｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｍｌｅｔｅｌａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｎａｌｓｉｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ Ｐ ｐｙｙ ｔｈｅａｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅＳＣＲｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｂｅｍａｄｅｆａｓｔｅｒａｎｄｓｉｍｌｅｒｂｕｓｉｎｔｈｅｓｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆａ －ｙｐｙｇ ｎａｌｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ． ｙ
：；ＭＡＴＫｅｗｏｒｄｓｔｈｒｉｓｔｏｒｖｏｌｔａｅｄｒｏｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔＬＡＢ；ｗａｖｅｆｏｒｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｙｇｐ；ｙ １ 引言
晶闸管可控整流电路是电力电子电路中出现最它将交流电变为直流电，应用非常广泛，早的一种，
而且其电路形式多种多样，各具特色。要分析晶闸管整流电路的工作原理、基本数量关系、以及负载性质对整流电路的影响，往往离不开电路波形的分析。对于初次接触电力电子技术的人来讲，要准确把握晶闸管整流电路的波形分析，尤其是三相整流电路中管压降的波形分析，十分困难。这里针对几种常见整流电路，采用电路分析法和软件仿真法给出晶闸管管压降波形分析结果。
２ 电路分析法
对于管压降的分析，主要要抓住管子的工作状态：导通和截止。
２．１ 单相可控整流电路
晶闸管可控整流电路中，最简单、最基础的是单相半波可控整流电路，而单相桥式全控整流电路在中小功率场合应用较多。
２．１．１ 单相半波可控整流电路
１］
。交流侧接单相电路原理及波形如图１所示［
电源，变压器Ｔ其一ｒ起变换电压和电气隔离作用，次和二次电压瞬时值分别用ｕ直流输出１和ｕ２表示，
，，：修回日期：网络出版时间：２０１２０２１０２０１２０３０２２０１２０３１３９１０＊收稿日期：－－－－－－
）基金项目：宝鸡文理学院重点项目（ＺＫ１１１７０
，：＿作者简介：李小斌（男，陕西凤翔人，讲师，硕士，研究方向：电气传动．１９７２Ｅｍａｉｌｌｘｂ２００４２００４＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ－）
电压瞬时值为ｕ负载电流瞬时值ｉ晶闸管管压降ｄ，ｄ，。瞬时值ｕ触发脉冲ｕＴ，ｇ
）阻性负载ａ）感性负载ｂ
图１ 单相半波可控整流电路及波形
）感性负载带续流二极管ｃ
ａ图是单相半波可控整流电路带电阻性负载时
晶闸管承受正的原理及工作波形图。在ｕ２正半周，，在ω施加触发脉冲ｕ向阳极电压，ｔ＝α时刻，ｇ晶闸管从α时刻开始导通，导通后管压降为零；电压ｕ２过）时，零（电流下降至小于维持电流，晶闸管关ｔ＝πω断，当晶闸管关断时，负载上没有电流流过且负载电即管压降就是ｕ其压为零，ｕ２全部加在晶闸管上，２，波形与ｕ在ｕ晶闸管承受反向阳极２相同；２负半周，管压降仍是ｕ直到下个周期正半周触电压而关断，２，发脉冲到来才能导通。之后，电路周期性重复工作。
ｂ图是单相半波可控整流电路带电感性负载时的原理及工作波形图。与阻性负载不同的是，电压ｕ２过零时，由于电感释放能量，晶闸管并不立即关断，而是继续导通至电感中的能量释放完毕（ｉｄ＝０时
，刻）才开始承受反压关断，直到下周期正半周触发脉冲到来又重新导通。
ｃ图是大感性负载带续流二极管时的原理及工作波形图。在ｕ电路工作情况２正半周二极管截止，当ｕ续流与不接续流二极管时相同，２过零变负时，二极管承受正向电压而导通，为电感提供释放能量通路，迫使晶闸管关断。当带大电感时，续流二极管持续导通至ｕ晶闸２下个周期正半周触发脉冲到来，管才导通。
总之，对于单相半波可控整流电路，无论负载性质如何，只要晶闸管导通，按理想情况，管压降为零；只要晶闸管截止，管压降即为ｕ２。
２．１．２ 单相桥式半控整流电路
［２－３］
。单相桥式半控整流电路原理及波形如图２
假设为大电感。当ａ图为带感性负载工作情况，
负载上没有不加触发脉冲时，２个晶闸管全部截止，。电流流过，等效电路如图ｃ注意到二极管的特点：承受电压为正即导通。因此，二极管承受的电压不会出现正的部分，交流电源电压由晶闸管平衡，即晶闸管它们的导通规则压降为ｕＤＤ２。１，２采用共阳极接法，阴极电位（在ｕ为：ａ点和ｂ点电位）低的管子导通。２正半周，触发脉冲到来之Ｔ１管承受正向阳极电压，。前，管子截止且管压降为ｕ等效电路如图ｃ触发脉２，冲到来后，当ｕ因电感Ｔ１和Ｄ２导通。２过零变负时，由于此时ａ点电位低于ｂ点电作用，Ｔ１继续导通。位，负载电流不经过变压ＤＤ２反偏截止，１正偏导通，器。到Ｔ管压Ｔ２管触发导通后，１管承受反压而截止，降为ｕ电路切换为Ｔｕ２。２过零变正时，２和Ｄ２导通，直到触发脉冲到来才导通。Ｔ１管仍承受电压ｕ２，
ｂ图是大感性负载带续流二极管时的原理图及工作波形。并联续流二极管后，当电源电压降至零时，负载电流经续流二极管续流，晶闸管电流降至维持电流以下而关断，可以避免失控现象。
２．２ 三相可控整流电路
当负载容量较大，或者要求直流电压脉动较小应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供时，
电。三相可控整流电路中最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。
２．２．１ 三相半波可控整流电路
三相半波可控整流电路及波形如图３，这里以共阴极接法特点是阳极电压高的共阴极接法为例。
对管压降分析采用三段分析法：第１段，一相导通。
；第２段，ＴｕＴ１导通期间，Ｔ１＝０１关断后Ｔ２导通期
间，第３段，ｕＴｕＴ１＝ｕａ－ｕｂ＝ｕａｂ；３导通期间，Ｔ１＝
即晶闸管电压由一段管压降和两段线ｕａ－ｕｃ＝ｕａｃ。电压组成。但注意，当晶闸管全部关断时，管压降为它本身所在相相电压
。
）感性负载ａ）感性负载并接续流二极管ｂ）晶闸管全部截止时Ｔｃ１支路等效电路
图２
单相桥式半控整流电路及波形
）电阻性负载ａ）电感性负载ｂ
图３ 共阴极三相半波可控整流电路及波形
ａ图是三相半波相控整流电路带电阻性负载时
的原理及工作波形图。为负载电流连续和断０°α＝３续的临界状态，当α＜３时，负载电流连续，各管轮０°，流导通１每个管截止时压降为不同线电压的片２０°段。当α＞３时，负载电流断续，出现３个管子全部０°截止情况。这里以α＝６为例，０°ωｔ１时刻Ｔ１管触发其管压降为零；导通，ａ相电压过零变负时，Ｔ１管关断，ｂ相晶闸管承受正向电压但触发脉冲还未到，３个管子全关断，Ｔω１管压降为ｕａ；ｔ２时刻Ｔ２管触发导
通，Ｔｂ相电压过零变负时，Ｔ１管的压降为ｕａｂ；２管关断，３个管子全关断，Ｔω１管压降为ｕａ；ｔ３时刻Ｔ３管触发导通，Ｔｃ相电压过零变负时，Ｔ１管的压降为ｕａｃ；３管关断，３个管子全关断，Ｔω１管压降为ｕａ；ｔ４时刻Ｔ１管又触发导通，电路周期性重复工作。注意Ｔ１管正向电压只承受ｕ之后就是相电压ｕ故ａｃ一小部分，ａ，晶闸管正向电压峰值为变压器二次相电压峰值，反向电压峰值为变压器二次线电压峰值。
ｂ图是三相半波相控整流电路带电感性负载时
的原理及工作波形图。假定电感Ｌ感抗足够大，则整流电流ｉ由于电感作用，每ｄ连续且波形基本平直。，个周期各相晶闸管均导通１采用三段分析法，管２０°不出现相电压。压降为线电压片段，
这样加于负载上的共阳极组和共阴极组各有一个，
电压总是为某一线电压。当６个晶闸管全部截止时，要想直接从电路上分析每个管子的压降很困难。，如果把电路等效变换，变成图４即把三相桥式全ｂ控整流电路看成一个共阴极组三相半波整流电路和一个共阳极组三相半波整流电路的串联，当两组负载完全相同且触发角α一样时，两组负载电流相同，把零线去掉不影响电路工作
。
２．２．２ 三相桥式可控整流电路
三相桥式全控整流电路原理图如图４ａ所示。晶闸管的导通顺序为Ｔ１－Ｔ２－Ｔ３－Ｔ４－Ｔ５－Ｔ６，一个周期每隔６切换一个管子。管子导通时总是０°
图４ 三相桥式全控整流电路、等效电路及波形
可以采用三相半波可控整流电路分析方 这样，
法，当管子全部截止时，共阴极组每个管子承受的电共阳极组每个管子承受压即为它所在相的相电压，
的电压即为它所在相的相电压的反相电压。由于负对于阻性负载，只有线电压过零载为某一线电压，
时，管子才关断。负载电压的连续、断续的分界点为。时，共阴极组Ｔ０°０°ｕＴα＝６α≤６ｄ波形连续，１，３，
，共阳极组ＴＴ２０°ＴＴ５每周期各导通１２，４，６每周期。以Ｔ它导通时管压降为零，各导通１２０°１管为例，ＴＴ３管导通时管压降为ｕａｂ，５管导通时管压降为ｕａｃ。当α＞６后，负载电压断续，当负载电压为零时会出０°
管压降为该管所在相电压，共现全部管子关断情况，
阳极组管压降为它所在相的反相电压。对于感性负由于电感作用，负载电压波形连续，每周期每个载，
，管子均导通１不会出现管子全部关断的情况，因２０°此管压降只有线电压片段，与阻性负载α≤６时类０°似。
工作情况下的每个管子的管压降波形，而且简单易行。
３．１ 建模与仿真要点
在ＭＡＴＬＡＢ命令窗口键入ＳＩＭＵＬＩＮＫ命令
点击Ｓ便打开ＳＩＭＵＬＩＮＫ的库浏览窗口，ｉｍＰｏｗｅｒ－进入电力系统工具箱。电力系统工具箱包Ｓｓｔｅｍ，ｙ
电力电子、电机等电气工程学科中常用的括了电路、
４］
。元件模型，这些元件模型分布在７个模块库中［
利用这些库模块及其它库模块，可以方便、直观地建立各种系统模型并进行仿真。
利用ＭＡ构建系统模型，应注意ＴＬＡＢ仿真时，
对电路器件等效参数的正确考虑，这与搭建实际电路存在很大差别。仿真成功的关键是设置好仿真参这包括仿真的起始和终止时间，仿真算法，最大数，
相对误差和最大绝对误差，变步长或固定步长等。参数的设置要根据模型的性质和仿真的需要而定，尤其是仿真算法的选取，在很大程度上决定了仿真
５］
。的正确性和仿真时间［
３ 仿真分析法
现在用于电力电子电路的仿真软件已有多种，
［］
其中最具影响的当推ＰＳＰＩＣＥ和ＭＡＴＬＡＢ４。利
３．２ 典型仿真实例
下面以单相桥式半控整流电路和三相桥式可控整流电路为例，来说明利用ＭＡＴＬＡＢ仿真结果分
用仿真软件可以准确、直观地得到各种电路在不同
析晶闸管相控整流电路中晶闸管压降分析方法。
３．２．１ 单相桥式半控整流电路
打开新建模型窗口，将所需元件模块从模块库设定有关参数后将各中拖入新建模型窗口并改名，
。其中电源电压峰值模块连接组成仿真模型（图略），。触发脉冲频率为５相位角０设定为１００Ｖ，０Ｈｚ°，周期设定为０．０２ｓＴ１和Ｔ２的相位延迟分别设为“／”／”（）。和“即设定α＝６１３０００．０１＋１３０００°
），设定停止时间（为０．其它参数选Ｓｔｏｔｉｍｅ１ｓｐ 黑三角形）项可用默认值。然后点击启动仿真按钮（
即开始进行仿真，双击显示模块即可显示其信号波形，如图５所示，从上到下依次为ｕｕ２、Ｔ１和ｕＤ２波形，与图２ａ完全一致
。
）不加触发脉冲时电源、负载电压波形ａＴ１管、
图５ 单相桥式半控整流电路电源、Ｔ１管、Ｄ２管电压波形
３．２．２ 三相桥式全控整流电路
仿３．２．１步骤组成三相桥式相控整流电路仿真图略）。当不加触发脉冲，即６个晶闸管全模型（
部关断时的三相电源、负载电压波形如Ｔ１管压降、，可以看到Ｔ图６ａ１管的管压降就是ａ相相电压。带，时的波形如图６负载电压波形感性负载，０°ｂα＝９连续且正负面积相等，晶闸管ｕＴ１波形与利用电路分
２］
。析所得结果完全一致［
［４］
）感性负载α＝９时电源、负载电压波形ｂ０°Ｔ１管、
图６ 三相桥式相控整流电路仿真波形
参考文献：
［］王忠庆．电力电子技术［北京：中国林业１Ｍ］． 樊立萍，
出版社；北京大学出版社，２００６．
［］黄俊．电力电子技术［北京：机械工业出２Ｍ］． 王兆安，
版社，２０００．
［］半导体变流技术［北京：机械工业出版３Ｍ］． 莫正康．
社，１９９６．
［］电力电子和电力拖动控制系统的ＭＡ４Ｔ－ 洪乃刚．
北京：机械工业出版社，ＬＡＢ仿真［Ｍ］．２００６．［］何怡刚，龙佳乐．基于ＭＡ５ＴＬＡＢ整流电路 张建民，
的建模仿真方法研究［Ｃ］．２００６中国电工技术学会北京：科电力电子学会第十届学术年会论文摘要集．学出版社，２００６：１１３１１６．－
４ 结束语
综上所述，可以看出，利用电路分析法和仿真分析法的结果是完全一致的，它们各有千秋。利用仿／真环境ＭＡ波形准ＴＬＡＢＳＩＭＵＬＩＮＫ进行仿真，直观，且可以直接针对非常复杂的电路进行建模确、
而利用电路分析时物理意义更明确，但对于复仿真，
杂的电路，要进行等效变换。如果能将这两种方法结合使用，就能更准确的分析不同整流电路中晶闸管的管压降，进而更好地把握各种整流电路的工作以便于电路设计及电路工作状原理及其分析方法，态分析
。
（编校：李宗红）