单相桥式整流电路仿真平台的设计

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摘 要：在对单相桥式整流电路建模的基础上，应用Matlab GUI进行图形界面设计，帮助学习者建立了一个直观易用的整流电路仿真学习平台。通过在该平台上操作，如改变相关参数就可以实现不同的仿真显示。

关键词：Simulink GUI 整流电路 仿真

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0105-01

整流电路作为电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备，不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。因此，学习与研究整流电路具有重要的意义。随着计算机技术的迅速发展，使得人们可以使用计算机进行电路的分析和设计，极大地激发人们探索和研究整流电路分析和设计的理论和方法[1]。本文以Matlab/Simulink仿真软件为基础，利用Power System 工具箱完成整流电路的建模与仿真，同时利用Matlab的图形用户界面（GUI）设计了整流电路的分析界面，借助此界面对Simulink模型进行操作，可以方便地实现对模型参数的设置和修改、模型的查看和修正、仿真的显示及相关的辅助操作[2]。

1 单相桥式全控整流电路建模

单相桥式全控整流电路电路由交流电源u1、整流变压器T、晶闸管VT1～VT4、负载电阻R以及触发电路组成。在变压器次级电压u2的正半周触发晶闸管VT1和VT3；在u2的负半周触发晶闸管VT2和VT4，则负载上可以得到方向不变的直流电，改变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。根据单相桥式全控整流电路原理图，在Simulink的Power System工具箱里提取交流电源、晶闸管、RLC串联电路、脉冲发生器、变压器、示波器等元器件。在Simulink操作平台上连接这些模块，即可构成单相桥式全控整流电路模型，图略。

2 GUI界面及仿真实现

利用Matlab GUI功能建立了整流电路的仿真界面，该界面集参数设置、电路说明、模型修改、模型查看、仿真操作、结果显示和结果显示辅助工具等为一体，大大减化了仿真操作流程，极大提高仿真测试效率。

整流电路仿真界面分为电路原理图显示区、参数设置区、波形显示区、功能按钮区，点击“单相桥式全控整流电路原理图”，即会在电路原理图显示区中显示单相桥式全控整流电路原理图。要进行参数设置，可以直接在对应的方框中输入数值，然后点击按钮“仿真开始”，则会在右边的波形显示区中显示相应的波形。点击右下角的“电路模型”后则会显示Simulink下单相桥式全控整流电路的仿真电路。在仿真界面上，既可以改变参数的值来得到不同的波形，也可以直接进入电路的Simulink模型中进行修改。

该软件平台的技术要点主要包括：（1）MATLAB GUI中对SIMULINK模型的调用；（2）SIMULINK模型中仿真算法的选择；（3）如何将SIMULINK中仿真输出的波形和数据在GUI界面中直观的显示。

在单相桥式整流电路仿真中，将交流电源电压设置为100 V，相位角为0 °，频率为50 Hz，设置仿真结束时间为0.16 s，脉冲宽度为10，取R=20，L=20，C取20，仿真得到的结果如下图所示。

当学习者改变电路参数，如改变负载、信号源、触发角等，输出波形会发生明显的变化情况，从而可以更好地帮助他们理解电路的功能。

3 结论

计算机辅助设计方法已经进入电子设计的领域并广泛应用，仿真软件的应用大大有助于提升教学的效率。此次设计以Matlab2009a为软件平台，利用Power System工具箱完成整流电路的建模与仿真，同时利用Matlab的图形用户界面（GUI）搭建整流电路的分析界面，借助此界面对Simulink模型进行操作，能帮助学习者轻松获取不同的仿真波形，具有很强的教学意义。

参考文献

[1] 齐惠娟，李敏.基于MATLAB GUI实现随机信号的分析与处理[J].电子设计工程，2011，19（12）：11-14.

[2] 王洁丽.MATLAB软件在信号与系统辅助教学中的应用[J].现代电子技术，2008，31（6）：123-125.