基于Matlab GUI的整流電路仿真設計

0 引言
整流電路是電力電子電路中出現最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設備，整流電路的應用十分廣泛。在整流電路的設計過(guò)程中，需要對設計電路及有關(guān)參數選擇是否合理、效果好壞進(jìn)行驗證。如果通過(guò)實(shí)驗來(lái)驗證，需要經(jīng)過(guò)反復多次的元件安裝、調試、重新設計等步驟，這樣使得設計耗資大，效率低，周期長(cháng)?，F代計算機仿真技術(shù)為電力電子電路的設計和分析提供了嶄新的方法，可以使復雜的電力電子電路、系統的分析和設計變得更加容易和有效。Matlab是一種計算機仿真軟件，它是以矩陣為基礎的交互式程序計算語(yǔ)言。Simulink是基于框圖的仿真平臺，它掛接在Matlab環(huán)境上，以Matlab的強大計算功能為基礎，用直觀(guān)的模塊框圖進(jìn)行仿真和計算。其中的電力系統(Power System)工具箱是專(zhuān)用于RLC電路、電力電子電路、電機傳動(dòng)控制系統和電力系統仿真用的模型庫。它具有豐富的器件模型和齊全的分析功能，且操作方便。隨著(zhù)對仿真和程序設計通用性及可視化需求的日益增加，Matlab的圖形用戶(hù)界面(GUI)應用也越來(lái)越廣泛，功能越來(lái)越強大。以Matlab 7．1為設計平臺，利用Simulink中的Power System工具箱來(lái)搭建整流電路仿真模型，并通過(guò)Matlab GUI設計整流電路的分析界面。

1 整流電路仿真模型
整流電路又稱(chēng)交一直流變流器，在整流的同時(shí)還對直流電壓電流進(jìn)行調整，以符合用電設備的要求。按不同的分類(lèi)方式，整流電路的種類(lèi)非常多，其中單相橋式全控整流電路和三相橋式全控整流電路最為典型。以單相橋式全控整流電路為例，說(shuō)明其仿真模型的建立。
1．1 單相橋式全控整流電路構成
單相橋式全控整流電路(純電阻負載)如圖1所示，電路由交流電源u1、整流變壓器T、晶閘管VT1～VT4、負載電阻R以及觸發(fā)電路組成。在變壓器次級電壓u2的正半周觸發(fā)晶閘管VT1和VT3；在u2的負半周觸發(fā)晶閘管VT2和VT4，則負載上可以得到方向不變的直流電，改變晶閘管的控制角可以調節輸出直流電壓和電路的大小。

1．2 單相橋式全控整流電路模型建立
根據單相橋式全控整流電路原理圖，在Simulink的Power System工具箱里提取交流電源、晶閘管、RLC串聯(lián)電路、脈沖發(fā)生器、變壓器、示波器等元器件。在Simulink操作平臺上連接這些模塊，構成單相橋式全控整流電路模型，如圖2所示。

1．3 模型參數設置
雙擊仿真模型中的各個(gè)模塊彈出參數設置對話(huà)框，就可進(jìn)行參數設置。在整流電路中，改變晶閘管觸發(fā)角α，輸出直流電壓和電流的大小就得到改變。因此觸發(fā)角α的設置是電路參數中的重要一項。晶閘管的觸發(fā)采用脈沖觸發(fā)器(Pulse Generator)產(chǎn)生，脈沖發(fā)生器的脈沖周期Td必須和交流電源u2同步，晶閘管的控制角α以脈沖的延遲時(shí)間t來(lái)表示，t=αTd／360°。其中，Td=1／f，f為交流電源頻率。仿真算法選擇ODE23TB算法，當電路帶阻感性負載時(shí)，應保證觸發(fā)脈沖具有足夠的寬度。

2 整流電路GUI界面開(kāi)發(fā)
整流電路仿真模型參數的選擇十分關(guān)鍵，它直接影響到仿真結果和仿真質(zhì)量，從而進(jìn)一步影響到整流電路的設計。為了滿(mǎn)足整流電路更高的性能指標，在仿真過(guò)程中，就需要不斷地修改和設置參數而花費大量時(shí)間。另外，還需要反復地打開(kāi)示波器察看仿真結果，不僅過(guò)程繁瑣，且效率很低。因此，本文借助Matlab GUI建立了一個(gè)整流電路仿真界面，通過(guò)此界面，用戶(hù)可以很方便地在中文名稱(chēng)環(huán)境下來(lái)設置參數，選擇模型等，仿真結果也會(huì )直接在界面上顯示出來(lái)，不僅方便快捷，且大大提高了仿真效率。