【带RL负载的全波桥式整流器】功能齐全的单相非控整流器附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

在电力电子技术领域，单相非控整流器是将交流电转换为直流电的基础设备，而带 RL 负载的全波桥式整流器作为其中的典型代表，凭借其结构简单、可靠性高、成本低廉等优势，在工业控制、民用电子设备等领域得到了广泛应用。它无需额外的控制电路即可实现整流功能，能够稳定地为含电阻和电感的负载提供直流电源，是一种功能齐全的电能转换装置。

基本组成结构

带 RL 负载的单相非控全波桥式整流器主要由四个二极管（VD1、VD2、VD3、VD4）组成的整流桥、交流电源（通常为单相 220V 或 380V 交流电）以及 RL 负载（电阻 R 和电感 L 串联组成）构成。

四个二极管按照一定的方式连接形成桥式结构：VD1 的阳极与 VD3 的阴极相连，作为整流桥的一个交流输入端；VD2 的阳极与 VD4 的阴极相连，作为另一个交流输入端；VD1 的阴极与 VD2 的阴极相连，作为整流桥的直流输出正极；VD3 的阳极与 VD4 的阳极相连，作为直流输出负极；RL 负载则连接在直流输出的正负极之间。这种结构能够保证在交流电源的正负半周内，都有电流通过负载，实现全波整流。

工作原理

波形分析

输入电压与输出电压波形

输入的单相交流电压波形为标准的正弦波，正负半周对称。经过全波桥式整流后，输出的直流电压波形为脉动的直流波形，它是将交流电压的负半周翻转到正半周后形成的，由两个半波组成一个周期，因此其脉动频率是输入交流电源频率的两倍（对于 50Hz 的交流电，输出电压脉动频率为 100Hz）。

与纯电阻负载相比，带 RL 负载时，由于电感的储能和释能作用，输出电压在过零点附近不会立即下降到零，而是会有一个逐渐衰减的过程，使得电压波形的连续性更好，脉动程度有所降低。

负载电流波形

负载电流的波形受电感 L 的影响较大。当 L 值较大时，电感的阻碍作用显著，电流的变化较为平缓，波形接近一条平稳的直线；当 L 值较小时，电流波形的脉动程度会增大，但仍比纯电阻负载时的电流波形平滑。

在每个半周内，电流从初始值开始逐渐变化，在电压达到峰值时，电流也接近峰值；随着电压的降低，电流由于电感的作用不会迅速减小，而是缓慢下降。这种特性使得负载能够获得相对稳定的电流，有利于设备的正常运行。

性能参数

整流输出电压平均值（U₀）

整流输出电压平均值是衡量整流器输出直流电压大小的重要参数。对于带 RL 负载的单相非控全波桥式整流器，其输出电压平均值 U₀的计算公式为：U₀=2U₂ₘ/π≈0.9U₂，其中 U₂为交流输入电压的有效值。该值反映了整流器能够提供的平均直流电压水平。

整流输出电流平均值（I₀）

整流输出电流平均值 I₀与输出电压平均值 U₀和负载电阻 R 有关（在忽略电感直流电阻的情况下），其计算公式为：I₀=U₀/R≈0.9U₂/R。它表示通过负载的平均电流大小，是选择负载和整流器件的重要依据。

脉动系数（S）

脉动系数用于描述输出电压或电流的脉动程度，定义为输出电压（或电流）的基波分量有效值与平均值之比。对于带 RL 负载的全波桥式整流器，其脉动系数 S 较小，且随着电感 L 的增大而进一步减小，说明其输出的直流电质量较高，脉动程度较低。

二极管的工作参数

整流桥中的二极管在工作过程中需要承受一定的反向电压和通过一定的正向电流。每个二极管承受的最大反向电压为交流输入电压的最大值 U₂ₘ；通过二极管的平均电流为负载电流平均值的一半，即 I_D=I₀/2。在选择二极管时，需要确保其反向耐压和额定正向电流满足上述要求，以保证整流器的安全可靠运行。

应用场景

带 RL 负载的单相非控全波桥式整流器凭借其优良的性能，在多个领域有着广泛的应用：

• 工业控制领域：在小型电机驱动系统中，可作为直流电源为电机提供电能，利用其输出的平稳电流保证电机的稳定运转；在继电器、电磁阀等控制元件的供电电路中，能够提供可靠的直流电压，确保控制元件的正常工作。

• 民用电子设备：在充电器（如手机充电器、笔记本电脑充电器的前级整流部分）中，将市电转换为直流电，为后续的稳压电路提供输入；在电风扇、洗衣机等家用电器的电源电路中，为控制电路和电机提供直流电源。

• 仪器仪表领域：在各种测量仪器、检测设备中，作为直流电源的核心部分，为仪器内部的电路提供稳定的直流电压，保证仪器的测量精度和工作稳定性。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 黄江波.基于Matlab的三相桥式全控整流电路的仿真研究[J].现代电子技术, 2010, 33(8):3.DOI:10.3969/j.issn.1004-373X.2010.08.062.

[2] 肖松松,荣军,李翔,等.三相桥式全控整流电路的建模与仿真[J].电子技术（上海）, 2014(1):3.DOI:CNKI:SUN:DZJS.0.2014-01-006.

[3] 谢涛,荣军,何凯,等.单相桥式整流电路在MATLAB中的建模与仿真[J].电子技术(上海), 2014.

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