基于SIMULINK晶闸管调压电路仿真及分析
基于SIMULINK晶闸管调压电路仿真及分析
摘要：依据晶闸管调压电路原理与特点，使用SIMULINK软件包构建了晶闸管调压电路模型，并分析了谐波消除回路的设计方法和作用。仿真结果不仅验证了晶闸管的调压控制原理与方法，而且也证实了采用谐波消除回路之后，晶闸管调压电路能够满足国标对总谐波畸变率的要求。
关键词：晶闸管；调压电路；SIMULINK；谐波消除
中图分类 ：TM423 文献标识码：A 文章编 ：1007-9416(2017)07-0108-03
1 引言
晶闸管(thyristor)，又称为可控硅，它由P-N-P-N四层半导体结构形成阳极、阴极和门极等三个极，具有硅整流器件的优良特性[1-3]。能在高压、大电流情况下工作，且其工作过程可以控制，因而被广泛应用于整流、调压、电子开关、变频等电路之中。它的基本工作原理为：当晶闸管承受正向阳极电压且门极也承受正向电压时，晶闸管正向导通，一旦导通，不论门极电压，只要有一定的正向阳极电压，晶闸管均处于导通状态，导通之后，晶闸管的管压将会很小。需要注意的是，门极所加正向触发脉冲的脉宽，应能使阳极电流达到维持导通状态所需要的最小阳极电流。
2 晶闸管调压电路的SIMULINK仿真实现
2.1 仿真建模
仿真模型中选用晶闸管(Thyristor)模块2个，交流电压源(AC voltage source)模块1个，串联电阻、电容和电感分支(Series RLC branch，分别在选择菜单中设置为为电阻、电容和电感)模块4个，电压测量(Voltage measurement)模块3个，常数(constant)模块2个，合成六脉冲产生器(Synchronized 6-pulse generater)模块1个，示波器(Scope)模块2个，增益(Gain)模块1个，多路分接(Demux)模块1个。
2.2 仿真参数设置
(1)求解参数：选择ode23tb算法，仿真停止时间依需要而定，其他默认。
(2)电压源参数：峰值 220*sqrt(2)，频率50，采样时间0，其他默认。
(3)晶闸管参数：Snubber resistance为500e3， 其他均为默认。Thyristor1门极与Demux的第6路输出连接，Thyristor2门极与Demux的第3路输出连接。
(4)串联电阻、电容和电感分支参数：①电容参数：1.5e-7，②电感参数：4200e-3，③负载电阻R0参数：3.5e3，④电阻R参数：50e3。
(5)常数参数：Constant1 为0，Constant2根据需要进行调整。
(6)合成六脉冲发生器：频率50，脉冲宽度100。
3 仿真结果与分析
3.1 调压结果
通过调整常数模块Constant2中控制角α的大小，可实现对负载R0两端电压波形的调整。图3和图4是控制角α为30°和60°时的各支路电压，第1行为电源电压，第2、3行分别为晶闸管模块Thyristor1和Thyristor2的门极触发脉冲波形，第4行为晶闸管支路两端的电压波形，第5行为负载R0的电压波形。
根据图3和图4可知，当电源电压不为0且晶闸管门极触发电压大于门限电压时，晶闸管导通，此时负载两端有电流流过，晶闸管两端的分压为0；反之，当电源电压非常接近0和门极触发电压为0时，晶闸管处于断开状态其两端的分压非常大，因而导致负载两端没有电流流过。通过改变控制角α的大小可有效调整负载端的电压波形，以灯光调节为例，随着α的增加，负载端的电压将随之下降，灯的亮度也会随之变暗，因而可通过控制α的大小来实现对灯光强弱调节的目的。
3.2 谐波消除
对于调压电路而言，当α=0时，功率因数为1，随着α的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，功率因数也逐渐降低，此时将会产生更为严重的谐波影响，将会对电路造成谐波污染。特别地，电路中的高次谐
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