题目：整流电路，输入电压220V，50HZ；输出电压310V DC，输出
功率：1KW
问题1：仿真分析，单相整流电路，带大电容滤波。比较分析不控整
流、相控整流和PWM整流电路的输入电流THD和输入功率因数。 (a) 单相整流电路： 1) 电路原理图：
D1ACD3CRD2D4
2) 理论分析：
当电源电压为正半周时，D1承受正向电压导通，D2承受反向电压截止；电源电压为负半周时正好相反。 3) 仿真模型：
参数选择：输入电压为标准正弦波交流电310cos(ωt),f=50Hz;负载电阻为96.1Ω，滤波电容为1F。
利用MATLAB/SIMULINK对单相桥式不控整流电路进行仿真分析，仿真结果如下：
30020010000.4309.1309.053090.81.21.62
图1 输出电压波形与纹波分析
4002000-200-40000.20.40.60.81
图2 输入电压与电流波形
Fundamental (50Hz) = 6.613 , THD= 439.21%Mag (% of Fundamental)10080604020010002000Frequency (Hz)300040005000 图3输入电流波形频谱与THD
由图2知，输入电流的基波分量与输入电压相位差为0，因此
cosψ=1。
由图3可知THD=439.21% 而i11 2iNTHD1因此，C=1F时，μ=0.222
改变滤波电容大小，即可得到不同滤波电容下的功率因数大小如下表1：
THD 功率因数 C=5F 278.39% 0.338 C=1F 439.21% 0.222 C=0.1F 439.40% 0.222 C=0.05F 433.76% 0.2246 C=0.01F 355.83% 0.271 C=5mF 300.99% 0.3162 C=1mF 191.23% 0.4634 4) 结论
单相桥式不控整流电路，在输出仅仅使用大电容滤波时，其输入功率因数与滤波电容取值有关。由表1可知，输入滤波电容越大，功率因数的降低，同时电容值得加大也会带来电容体积的加大。因此，在应用这类电路时，要充分考虑输出电压与输入功率因数之间的矛盾，综合考虑来设计滤波电容的值数。 (b) 相控整流电路： 1) 电路原理图：
T1T3ACCRT2T4
2) 理论分析：
由于大电容的存在，负载端电压一直保持在310V左右。因此，
只有在输入电压大于负载端电压时，控制晶闸管的开通关断才能工作在可控区域。 3) 仿真模型：
参数选择：输入电压为标准正弦波交流电310cos(ωt),f=50Hz;负载电阻为96.1Ω，滤波电容为0.5F。
利用MATLAB/SIMULINK对单相桥式不控整流电路进行仿真分析，仿真结果如下：
400312200310308012345
图4 输出电压波形与纹波分析
4002000-200-40000.51
图5 输入电压与电流波形
Fundamental (50Hz) = 8.622 , THD= 551.79%Mag (% of Fundamental)1008060402000200040006000Frequency (Hz)800010000 图6 输入电流波形频谱与THD
由图5知，输入电流的基波分量与输入电压相位差为0，因此cosψ=1。
由图3可知THD=551.79%，而因此，C=0.5F时，μ=0. 178
改变滤波电容大小，即可得到不同滤波电容下的功率因数大小如下表2：
THD 功率因数 C=6F 199.00% 0.449 C=3F 272.71% 0.344 C=0.5F 551.79% 0.178 C=0.15F 605.96% 0.163 C=0.08F 1.10% 0.154 C=0.04F 719.01% 0.138 C=0.01F 1148.46% 0.0.087 i11 2iNTHD1
4) 结论
由表2和图5可以看出，相控整流电路和不控整流电路正好相反，输出滤波电容越大，功率因数反而越高。 (c) PWM波整流： 1) 电路原理图：
D1D3V1ACV3CRD2D4V2V4
2) 理论分析：
利用电压滞环控制的方式使得输出电压稳定在参考值，控制方法如下图所示。下面通过仿真来考察其整流特性。 3) 仿真模型：
参数选择：输入交流电压幅值为438V，f=50Hz。输入电压为标准正弦波交流电310cos(ωt),f=50Hz;负载电阻为96.1Ω，滤波电容为0.1F。
利用MATLAB/SIMULINK对PWM波整流电路进行仿真分析，仿真结果如下：
300200100309.7310.1309.90246810
图4 输出电压波形与纹波分析
8004000-400-8000.10.20.30.40.5
图5 输入电压与电流波形
Mag (% of Fundamental)Fundamental (50Hz) = 5.886 , THD= 675.48%6040200200040006000Frequency (Hz)800010000 图6 输入电流波形频谱与THD
由图5知，输入电流的基波分量与输入电压相位差为0，因此cosψ=1。
由图3可知THD=675.48%，而因此，μ=0. 146
改变滤波电容大小，即可得到不同滤波电容下的功率因数大小如下表3：
THD 功率因数 C=1F 675.55% 0.146 C=0.5F 675.51% 0.146 C=0.1F 675.48% 0.146 C=0.01F 675.51% 0.146 C=0.001F 673．27% 0.146 i11 2iNTHD14) 结论
由表3可以看出，与相控整流电路和不控整流电路相比，PWM整流电路的功率因数与电容大小没有关系。改变电容大小时，功率因数不会发生改变。
问题2：仿真分析，单相不控整流电路，比较分析带大电容滤波和LC
滤波电路下的功率因数 1. 电路原理图：
D1ACD3CRACD1D3LCRD2D4D2D4
2. 理论分析：
由于整流输出谐波电压的频率不高，，因此要有较好的滤波效果就需要LC很大，滤波电感的体积相对电容来说要大的多，一次通常取较小的电感和较大的电容组成LC滤波器，甚至完全不用电感只用电容滤波，现在，我们分析一下电感电容滤波与电容滤波其整流特性。 3. 仿真模型：
参数选择：输入交流电压幅值为220V，f=50Hz。输入电压为标准正弦波交流电310cos(ωt),f=50Hz;负载电阻为96.1Ω。 利用MATLAB/SIMULINK对PWM波整流电路进行仿真分析，仿真结果如下：
4003003082003061003040051015
LC滤波输出电压波形与纹波分析
3003102003081003060051015
C滤波输出电压波形与纹波分析
4002000-200-4001.21.241.281.321.361.4
LC滤波输入电压与电流波形
4002000-200-4001.21.241.281.321.361.4
C滤波输入电压与电流波形
Fundamental (50Hz) = 6.449 , THD= 149.51%100Mag (% of Fundamental)806040200050010001500200025003000Frequency (Hz)3500400045005000 LC滤波输入电流波形频谱与THD
Fundamental (50Hz) = 6.41 , THD= 355.83%Mag (% of Fundamental)100806040200010002000Frequency (Hz)300040005000 C滤波输入电流波形频谱与THD
因为负载电阻阻值远远大于电感电抗，由图知，输入电流的基波分量与输入电压相位差为0，因此cosψ=1。 由图可知LC滤波：THD=149.51%，而
i11=0.56 2iNTHD1 C滤波：THD=335.83%，而i11=0.286 2iNTHD1则LC滤波和C滤波的功率因数分别为0.56和0.286。 5) 结论
可以看出，LC滤波显然比C滤波的效果明显，功率因数较C滤波也较大，但是LC滤波由于电感较大，会使体积和成本的增加。因此，在选择电感电容滤波或电容滤波时，要结合电路设计要求综合考虑。