目录一设计目的 1
二设计任务 1
三设计内容与要求 1
四设计资料及有关规定
五设计成果要求
5.2课程设计方案的选择
5.2.1整流电路
5.3主电路的设计
5.3.1系统总设计框图
5.3.4晶闸管基本参数
5.3.4.1 动态特性
5.3.4.2晶闸管的主要参数说明
5.3.4.3晶闸管的选型
5.3.5变压器的选取
5.3.6 性能指标分析
5.4触发电路和保护电路的设计
5.4.1触发电路
5.4.2保护电路的设计
5.4.2.1 主电路的过电压保护电路设计
5.4.2.2主电路的过电流保护电路设计
5.4.2.3电流上升率、电压上升率的抑制保护5.6设计总结
单相全控晶闸管整流电路课程设计
一 设计目的
（1）培养综合应用所学知识，并设计出具有电压可调功能的直流电源系统的能力；
（2）较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。
（3）培养独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；
（4）培养分析、总结及撰写技术报告的能力。
二 设计任务
（1）进行设计方案的比较，并选定设计方案；
（2）课程设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明
主电路元器件的计算和选型，以及控制电路的设计；
（3）完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择；
（4）完成驱动电路的设计，保护电路的设计；
三 设计内容与要求
负载为电阻电感性负载：L=700mH,R=500欧姆
技术要求：电网供电电压为单相220V，50赫兹，输出电压为100V, 输出功率为1000W
设计技术要求：
（1）电源电压：交流100V/50Hz
（2）输出功率：500W；
（3）移相范围：0~90度。
。
四 设计资料及有关规定
使用的元器件要求为：负载为220V、305A的直流电机，采用三相整流电路，交流测由三相电源供电, 续流二极管,电感，电容，二极管，金属模电阻，三极管，触发电路KJ004，平波电抗器，运算放大器，功率电阻，220V和380V变压器。
五、设计成果要求
5.1 课程设计要求
1、单相桥式相控整流的设计要求为：
负载为感性负载,L=700mH,R=500欧姆.
2、技术要求:
1)、电源电压：交流100V/50Hz
2)、输出功率：100W
3)、移相范围0o~90o
5.2课程设计方案的选择
5.2.1整流电路
单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。而负载性质又分为带电阻性负载、电阻-电感性负载和反电动势负载时的工作情况。
单相桥式全控整流电路（电阻-电感性负载）
电路简图如下：
图2.1
此电路对每个导电回路进行控制，与单相桥式半控整流电路相比，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电
流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。
单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。
单相全控桥式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半，且功率因数提高了一半。
根据以上的分析，我选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为电阻-电感性负载）。
5.2.2元器件的选择
5. 2.2.1晶闸管
晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--
SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。
1）晶闸管的结构
晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。
2）晶闸管的工作原理图
晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结
J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极，如图1.2(左)所示。由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图2.3（右）所示的两个晶闸管
T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。
图2.3 晶闸管的内部结构和等效电路
3）晶闸管的门极触发条件
（1）: 晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；
（2）：晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通；
（3）：晶闸管一旦导通门极就失去控制作用；
（4）：要使晶闸管关断，只能使其电流小到零一下。
晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流ＩＧ的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。
只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。
5.2.2.2 可关断晶闸管
可关断晶闸管简称GTO
可关断晶闸管的工作原理
GTO的导通机理与SCR是完全一样的。 GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。 GTO在关断机理上与SCR是
不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。
晶闸管具有驱动简单
5.3主电路的设计
5.3.1系统总设计框图
系统原理方框图如3.1所示：
保护电路
负载电路
整流电路
驱动电路
单相电源输出
图3.1系统原理方框图
5.3.2系统主体电路原理及说明
图3.2阻感性负载电路（a）工作波形（b）
假设 ，工作于稳定状态，负载电流连续，近似为一平直的直线。
(1) 工作原理
在电源电压正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在时触
发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T二次侧形成回路，但
由于大电感的存在，过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2
继续导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VT1、VT2承受反相电压而
截止。输出电压的波形出现了负值部分。
在电源电压负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在时触发，VT3、VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从VT1、
VT2中换流至VT3、VT4中在时，电压过零，VT3、VT4因电感中的感应
电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT2导通时，VT3、VT4因加反
向电压才截止。值得注意的是，只有当时，负载电流才连续，当
时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种
电路控制角的移相范围是。
（1）输出电压平均值和输出电流平均值
(3-2-1)
(3-2-2)
（2）晶闸管的电流平均值和有效值
(3-2-3)
(3-2-4)
（3）输出电流有效值I和变压器二次电流有效值
(3-2-5)
（4）晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为
5.3.3原理图的分析
该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电路构成。输入的信号经变压器变压后通过过电保护电
路，保证电路出现过载或短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负
载。在电路中还加了防雷击的保护电路。然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。
在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护,而过压保护则采用RC电路。这部分的选择主要考虑到电路的简单性，所以才这样的保护电路部分。整流部分电路则是根据题目的要求，选择的我们学过的单相桥式整流电路。该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功能。触发电路是由设计题目而定的，题目要求了用单结晶体管直接触发电路。单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。
5.3.4晶闸管基本参数
5.3.4.1 动态特性
晶闸管常应用于低频的相控电力电子电路时，有时也在高频电力电子电路中得到应用，如逆变器等。在高频电路应用时，需要严格地考虑晶闸管的开关特性，即开通特性和关断特性。
（1）开通特性
晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。图1-12给出了晶闸管的开关特性。在晶闸管处在正向阻断的条件下突加门极触发电流，由于晶闸管内部正反馈过程及外电路电感的影响，阳极电流的增长需要一定的时间。从突加门极电流时刻到阳极电流上升到稳定值I T的10%所需的时间称为延迟时间t d，而阳极电流从10%I T上升到90%I T所需的时间称为上升时间t r，延迟时间与上升时间之和为晶闸管的开通时间 t gt=t d+t r，普通晶闸管的延迟时间为0.5～1.5μs，上升时间为0.5～3μs。延迟时间随门极电流的增大而减少，延迟时
间和上升时间随阳极电压上升而下降。
图6.7 晶闸管的开关特性
（2）关断特性
通常采用外加反压的方法将已导通的晶闸管关断。反压可利用电源、负载和辅助换流电路来提供。
要关断已导通的晶闸管，通常给晶闸管加反向阳极电压。晶闸管的关断，就是要使各层区内载流子消失，使元件对正向阳极电压恢复阻断能力。突加反向阳极电压后，由于外电路电感的存在，晶闸管阳极电流的下降会有一个过程，当阳极电流过零，也会出现反向恢复电流，反向电流达最大值I RM后，再朝反方向快速衰减接近于零，此时晶闸管恢复对反向电压的阻断能力。
5.3.4.2晶闸管的主要参数说明：
1、额定电压U Tn
通常取U DRM和U RRM中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍，以保证电路的工作安全。
晶闸管的额定电压
U Tn =（2～3）U TM
U TM ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
2、额定电流I T(AV)
I T(AV) 又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40°和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170°的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。
I Tn ：额定电流有效值，根据管子的I T(AV) 换算出，
I T(AV) 、I TM I Tn 三者之间的关系：
(5-2-1)
(5-2-2)
3、 维持电流I H
维持电流是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。
4、 掣住电流I L
晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号，此时要维持元件
导通所需的最小阳极电流称为掣住电流。一般掣住电流比维持电流大（2～4）倍。
5、通态平均管压降 U T(AV) 。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正
弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.4～1.2V。
6、门极触发电流I g 。在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导通所用
的门极电流，一般为毫安级。
7、 断态电压临界上升率du/dt。在额定结温和门极开路的情况下，不会导致
晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几十伏。
8、 通态电流临界上升率di/dt。在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电
流上升率。若晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。
9、波形系数：有直流分量的电流波形，其有效值与平均值之比称为该波形的波形系数，用K f表示。
(5-2-3)
额定状态下， 晶闸管的电流波形系数
(5-2-4) 5.3.4.3晶闸管的选型
该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。
时，不计控制角余量按计算
由 得 =111V
考虑2倍裕量：取222V
晶闸管的选择原则：
Ⅰ、所选晶闸管电流有效值大于元件 在电路中可能流过的最大电流有效值。
Ⅱ、 选择时考虑（1.5～2）倍的安全余量。即
当时，
晶闸管额定电流
考虑2倍裕量：取6.4A
所以在本次设计中我选用4个KP10-3的晶闸管。
5.3.5变压器的选取
根据参数计算可知:变压器应选变比为,
容量至少为。
5.3.6 性能指标分析：
整流电路的性能常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的用整流输出电压的平均值表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。
1)整流输出电压平均值
=== (5-3-1)
2)纹波系数
纹波系数用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即
（5-3-2）
5.4触发电路和保护电路的设计
5.4.1触发电路
晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：
① 触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
② 触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
由闸管的门极伏安特性曲线可知，同一型号的晶闸管的门极伏安特性的分散性很大，所以规定晶闸管元件的门极阻值在某高阻和低阻之间，才可能算是合格的产品。晶闸管器件出厂时，所标注的门极触发电流Igt、门极触发电压U是指该型号的所有合格器件都能被触发导通的最小门极电流、电压值，所以在接近坐标原点处以触发脉冲应一定的宽度且脉冲前沿应尽可能陡。由于晶闸管的触发是
有一个过程的，也就是晶闸管的导通需要一定的时间。只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的掣住电流以上时，晶闸管才能导通，所以触发信号应有足够的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠的导通，对于电感性负载，脉冲的宽度要宽些，一般为
0.5~1MS，相当于50HZ、18度电度角。为了可靠地、快速地触发大功率晶闸管，常常在 触发脉冲的前沿叠加上一个触发脉冲。
③ 触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
触发脉冲的宽度要能维持到晶闸管彻底导通后才能撤掉，晶闸管对触发脉冲的幅值要求是：在门极上施加的触发电压或触发电流应大于产品提出的数据，但也不能太大，以防止损坏其控制极，在有晶闸管串并联的场合，触发脉冲的前沿越陡越有利于晶闸管的同时触发导通。
④ 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。
例如单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，要求触发脉冲的移项范围是0度~180度，带大电感负载时，要求移项范围是0度~90度；三相半波可控整流电路电阻性负载时，要求移项范围是0度~90度。
⑤触发脉冲与主电路电源必须同步。
为了使晶闸管在每一个周期都以相同的控制角被触发导通，触发脉冲必须与电源同步，两者的频率应该相同，而且要有固定的相位关系，以使每一周期都能在同样的相位上触发。触发电路同时受控于电压uc与同步电压us控制。
5.4.2保护电路的设计
在电力电子器件电路中，除了电力电子器件参数要选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护，过电流保护，du/dt
保护和di/dt保护也是必不可少的。
5.4.2.1 主电路的过电压保护电路设计
所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压。
产生过电压的原因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器，以保护变压器本身的安全；而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过电压，一般发生在交流侧、直流侧和器件上，因而，下面介绍单相桥式全控整流主电路的电压保护方法。
1.交流侧过电压保护
过电压产生过程：电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切断，铁芯中的磁通在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时电压。
保护方法：阻容保护
2.直流侧过电压保护
过电压产生过程：当某一桥臂的晶闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器熔断时，由于直流住电路电感中储存能量的释放，会在电路的输出端产生过电压。
保护方法：阻容保护
图3.4主电路的过电压保护
5.4.2.2主电路的过电流保护电路设计
电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。过电流分载和短路两种情况。一般电力电子均同时采用几种过电压保护措施，怪提高保护的可靠性和合理性。在选择各种保护
措施时应注意相互协调。通常，电子电路作为第一保护措施，快速熔断器只作为短路时的部分区断的保护，直流快速断路器在电子电力动作之后实现保护，过电流继电器在过载时动作。
在选择快熔时应考虑：
1、电压等级应根据快熔熔断后实际承受的电压来确定。
2、电流容量应按照其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。快熔一般与电力半导体体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。
3、快熔的It值应小于被保护器件的允许It值。
4、为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。
快熔对器件的保护方式分为全保护和短保护两种。全保护是指无论过载还是短路均由快熔进行保护，此方式只适用于小功率装置或器件使用裕量较大的场合。短路保护方式是指快熔只要短路电流较大的区域内起保护作用，此方式需与其他过电流保护措施相配合。
熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以对元件的保护作用最好。
5.4.2.3电流上升率、电压上升率的抑制保护
电流上升率di/dt的抑制
晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，
必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如下图2.8所示:
图2.8串联电感抑制回路
电压上升率dv/dt的抑制
加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt
过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图2.9所示：
图2.9并联R-C阻容吸收回
5.6设计总结
这次课程设计让我明白了很多关于电力电子技术方面的知识，尤其是在课本中没有完全介绍的。要完成这次课程设计，关靠书本知识是远远不够的，所以我查阅了很多关于电力电子的书籍，并且也通过网络查到了很多相关的知识，为这次课程设计做了很多帮助。
对于课程设计的内容，首先要做的应是对设计内容的理论理解，在理论充分理解的基础上，才能做好课程设计，才能设计出性能良好的电路。整流电路中，基本元件的选择是最关键的，开关器
件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。
设计过程中，我明白了整流电路，尤其是单相全控桥式整流电路的重要性以及整流电路设计方法的多样性。
这次的课程设计是我设计时间最长的一次，也是收获最大的一次。虽然设计过程中遇到很多问题，尤其是保护电路的设计，因为课上没有讲到保护电路的内容，保护电路的理解不够全面，设计的时候是一头雾水，但还是在老师的帮助下，我一一解决了。
另外通过这次课程设计，我对文档的编排也有了一定的掌握，这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电力电子这门课程，把以前一些没弄懂的问题这次弄明白了一部分，当然没有全部。
整个课程设计过程中，由于理论知识的缺乏，以及对课程设计的不熟悉，课程设计还有很多不足之处，在以后的课程设计中，希望能有所改善。
八、参考书目
（1）浣喜明，姚为正 《电力电子技术》 高等教育出版社 2004
（2）黄俊 《半导体交流技术》 机械工业出版社 1980
（3）李传琦 《电力电子技术计算机仿真实验》 电子工业出版社 2006
（4）王兆安，刘进军 《电力电子技术》 机械工业出版社 2009
（5）李先允 《电力电子技术》 中国电力出版社 2010
[1]王兆安、黄俊,电力电子技术.北京：机械工业出版社，2008
[2]王维平,现代电力电子技术及应用.南京：东南大学出版社，1999
[3]叶斌,电力电子应用技术及装置.北京：铁道出版社，1999
[4]刘志刚主编.电力电子学.第一版.北京：清华大学出版社，2004年6月
[5]马建国,电子系统设计.北京：高等教育出版社,2004
[8] 童诗白，徐振英.现代电子学及应用.高等教育出版社，1994
[9] 何小艇等.电子系统设计.浙江大学出版社，2000
[11]彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社，1997.10
电力电子课程设计报告
目录 一、设计任务说明 (3) 二、设计方案的比较 (4) 三、单元电路的设计和主要元器件说明 (6) 四、主电路的原理分析 (9) 五、各主要元器件的选择： (12) 六、驱动电路设计 (14) 七、保护电路 (16) 八、元器件清单 (21) 九、设计总结 (22) 十、参考文献 (23)
一、设计任务说明 1.设计任务： 1)进行设计方案的比较，并选定设计方案； 2)完成单元电路的设计和主要元器件说明； 3)完成主电路的原理分析，各主要元件的选择； 4)驱动电路的设计，保护电路的设计； 5)利用仿真软件分析电路的工作过程； 2.设计要求： 1)单相桥式相控整流的设计要求为： 负载为感性负载，L=700mH，R=500Ω 2)技术要求： A.电网供电电压为单相220V； B.电网电压波动为5%——10%； C.输出电压为0——100V;
二、设计方案的比较 单相桥式整流电路有两种方式，一种是单相桥式全控整流电路，一种是单相桥式半控整流电路。主要方案有三种： 方案一： 采用单相桥式全控整流电路，电路图如下： 对于这个电路，每一个导电回路中有两个晶闸管，即用两个晶闸管同时导通以控制导电的回路，不需要续流二极管，不会出现失控现象，整流效果好，波形稳定。变压器二次绕组不含直流分量，不会出现变压器直流磁化的问题，变压器利用率高。 方案二： 采用单相桥式半控整流电路，电路图如下： 相较于单相桥式全控整流电路，对每个导电回路进行控制，只需一个晶闸管，而另一个用二极管代替，这样使电路连接简便，且
降低了成本，降低了损耗。但是若无续流二极管，当α突然增大到180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使d U成为正弦半波，级半周期d U为正弦波，另外半周期d U为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即失控现象。因此该电路在实际应用中需要加设续流二极管。 综上所述：单相桥式半控整流电路具有线路简单、调整方便的优点。但输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。因此选择方案一的单相桥式全控整流电路。
1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载） 1.1单相桥式全控整流电路电路结构（阻-感性负载） 单相桥式全控整流电路用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）电路图如图1所示 图1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载） 1.2单相桥式全控整流电路工作原理（阻-感性负载） 1）在u2正半波的（0~α）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。2）在u2正半波的ωt=α时刻及以后： 在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。 3）在u2负半波的（π~π+α）区间： 当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。
在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。 4）在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后： 在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。 1.3单相桥式全控整流电路仿真模型（阻-感性负载） 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）仿真电路图如图2所示： 图2 单相双半波可控整流电路仿真模型（阻-感性负载）
单相桥式全控整流电路的设计一、 1. 设计方案及原理 1.1 原理方框图 触发电路 驱动电路 整流主电路 负载 1.2 主电路的设计 电阻负载主电路主电路原理图如下： 1.3主电路原理说明 1.3.1电阻负载主电路原理 （1）在u2正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。 （2）在u2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。 （3）在u2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管 VT1、VT4承受反向电压也不导通。 （4）在u2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿 b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。
1.4整流电路参数的计算 电阻负载的参数计算如下： （1） 整流输出电压的平均值可按下式计算 U d=0.45U2（1+cos ） （1-1） 当α=0时，取得最大值，即= 0.9 ，取=100V则U d =90V，α=180o 时，=0。α角的移相范围为180o。 （2） 负载电流平均值为 I d=U d/R=0.45U2（1+cos ）/R (1-2) (3)负载电流有效值，即变压器二次侧绕组电流的有效值为 I2=U2/R (1-3) (4)流过晶闸管电流有效值为 IVT= I2/ （1-4） 二、元器件的选择 晶闸管的选取 晶闸管的主要参数如下： ①额定电压U TN 通常取和中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍， 以保证电路的工作安全。 晶闸管的额定电压 U TN=（2～3）U TM（2-1） U TM:工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
目录 完美篇 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 (1) （一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) (2) 1.电路的结构与工作原理 (2) 2.建模 (3) 3仿真结果与分析 (4) 4小结 (6) （二）单相桥式全控整流电路(阻-感性负载) (7) 1.电路的结构与工作原理 (7) 2.建模 (8) 3仿真结果与分析 (10) 4.小结 (12) （三）单相桥式全控整流电路(反电动势负载) (13) 1.电路的结构与工作原理 (13) 2.建模 (14) 3仿真结果与分析 (16) 4小结 (18) 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 一、实验目的 1、不同负载时，单相全控桥整流电路的结构、工作原理、波形分析。 2、在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真，并分析其波形。 二．实验内容
（一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) 1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构 U1U2Ud Id + - T VT3 VT1 VT2VT4 a b R 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图(截图) 1.2工作原理 用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。 （1）在u2正半波的（0~α）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲。四个晶闸管都不通。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则u T1.4= u T2.3=1/2 u2。 （2）在u2正半波的ωt=α时刻： 触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，负载上有电压（u d=u2）和电流输出，两者波形相位相同且u T1.4=0。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态，则u T2.3=1/2 u2。晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。 （3）在u2负半波的（π~π+α）区间： 晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。此时，u T2.3=u T1.4=1/2 u2。 （4）在u2负半波的ωt=π+α时刻： 触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（u d=-u2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、
单相半波整流电路的设计 摘要 本文主要进行了单相半波整流电路的设计。单相半波整流电流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次电流中含有直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。晶闸管不同于整流二极管，它的导通是可控的。可控整流电路的作用就是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。在充分理解单相半波整流电路工作原理的基础上，本文设计出了单相半波整流电路带电阻负载、电感负载、阻感负载时的电路原理图，并对其中的相关参数进行了计算，仿真波形对比发现结果正确。 关键词：晶闸管，整流，触发
目录 摘要 .................................................................... 1课题背景............................................... 错误！未指定书签。 1.1选题背景 (1) 1.2参数选择 (1) 2单相半波整流电路的设计................................. 错误！未指定书签。 2.1单相半波整流电路（电阻负载） ..................... 错误！未指定书签。 2.1.1工作原理和电路特点（电阻负载）.............. 错误！未指定书签。 2.1.2电路原理图（电阻负载）...................... 错误！未指定书签。 2.1.3参数计算（电阻负载）........................ 错误！未指定书签。 2.1.4仿真波形（电阻负载）........................ 错误！未指定书签。 2.1.5结论（电阻负载）............................ 错误！未指定书签。 2.2单相半波整流电路（电感负载） ..................... 错误！未指定书签。 2.2.1工作原理（电感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.2.3仿真波形（电感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.3单相半波整流电路（阻感负载） ..................... 错误！未指定书签。 2.3.1工作原理（阻感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.3.2电路原理图（阻感负载）...................... 错误！未指定书签。 2.3.3参数计算（阻感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.3.4仿真波形（阻感负载）........................ 错误！未指定书签。致谢 .................................................... 错误！未指定书签。参考文献 ................................................ 错误！未指定书签。
单相全波整流电路的设计 摘要 随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角α的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景。 电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。 关键词：电力电子，整流电路
目录 1设计任务 (4) 1.1设计目的 (4) 1.2设计内容 (4) 1.3 设计要求 (4) 2 设计内容 (5) 2.1 基本原理介绍 (5) 2.2电路设计的经济性论证 (6) 2.3主电路设计 (6) 2.3.1 触发电路 (6) 2.3.2 形成与脉冲放大环节 (8) 2.3.2 锯齿波形成与脉冲移相环节 (8) 2.3.3驱动电路 (9) 2.3.4保护电路 (9) 3参数设定 (12) 3.1180°调压 (12) 3.2 移相调压 (14) 4 参数计算 .............................................. 错误！未定义书签。 4.1 计算公式 (16) 4.2 参数选择： (16) 4.3计算：T=1/f=1/50=0.02s (17) 5仿真 (18) 5.1触发角为30度 (18) 5.2触发角为90度 (19) 5.3触发角为120度 (20) 6波形分析 (21) 心得体会 (22) 参考文献 (23)
实验一-单相桥式全控整流电路
实验一单相桥式全控整流电路 姓名：王栋 班级：15级自动化（2）班 学号：1520301081 一、实验目的 1.加深理解单相桥式全控整流电路的工作原理 2.研究单相桥式变流电路整流的全过程 3.掌握单相桥式全控整流电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。 二、预习内容要点 1. 单相桥式全控整流带电阻性负载的运行情况 2. 单相桥式全控整流带阻感性负载的运行情况 3. 单相桥式全控整流带具有反电动势负载的运行情况 三、实验仿真模型
图 1.1 单相桥式阻性负载整流电路 四、实验内容及步骤 1.对单相桥式全控整流带电阻性负载的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲延迟角时的波形（至少3组）。 以延迟角30°为例 （1）器件的查找 以下器件均是在MATLAB R2017b环境下查找的，其他版本类似。有些常 用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks、Sources 中查找；其他一些器件可以搜索查找 （2）连接说明 有时查找出来的器件属性并不是我们想要的例如：变压器可以双击变压器进入属性后，取消three windings transformer就是单相变压器。 （3）参数设置 1.双击交流电源把电压设置为311V，频率为50Hz；
2.双击脉冲把周期设为0.02s，占空比设为10％，延迟角设为30度，由于属性 里的单位为秒，故把其转换为秒即，30×0.02/360； 3.双击负载把电阻设为1Ω； 4.双击示波器把Number of axes设为7; 5.在“Power Electronics”库中选择‘Universal Bridge’模块，选择桥臂数为 2，器件为晶闸管，晶闸管参数保持默认即可 （4）仿真波形及分析 当α=30°时， 当α=60°时，
《电力电子技术》课程设计之 单相全波整流电路的设计 姓名 学号 年级 专业 系（院） 指导教师 2012/8/21
目录 第一章设计任务书 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (2) 1.3 设计内容 (2) 1.4设计题目 (2) 第二章设计内容 2.1 方案的论证与选择 (3) 2.1.1主电路的方案论证 (3) 2.2 主电路的设计 (5) 2.2.1 带阻感负载的单相桥式全控整流电路 (5) 2.2.2 原理图分析 (6) 2.3 电路方案说明 (7) 第三章触发电路 3.1 同步触发电路 (7) 3. 2 晶闸管的触发条件 (7) 3.3 晶闸管的分类 (13) 3.4 同步环节 (13) 3.5 脉冲形成环节 (14) 3.6双窄脉冲形成环节 (14) 3.7 同步变压器 (15) 第四章保护电路的设计 4.1 过电流保护 (16) 4.2 过电压保护 (17) 第五章元器件的选用 (20) 第六章参数的计算 (26) 第七章心得体会 (27)
第八章参考文献 (28) 第一章设计任务书 1.1 设计目的： 《电力电子技术》课程设计是配合交流电路理论教学，为自动化和电气工程及自动化专业开设的专业基础技术技能设计，是自动化和电气工程及自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。主要目的在于： 1：进一步掌握晶闸管相控整流电路的组成、结构、工作原理； 2：重点理解移相电路的功能、结构、工作原理； 3：理解同步变压器的功能。 1.2 设计要求： 1：根据课题正确选择电路形式； 2：绘制完整电气原理图（包括主要电气控制部分）； 3：详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值； 4：编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项； 说明：负载形式及参数可自行选择 1.3设计内容： 单相全波整流电路的设计。 1：主电路方案论证 2：电路方框图 3：整流电路方框图 4：电路方案说明 单相整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。 单相桥式全控整流电路应用广泛，只用四只晶闸管，一个电阻，一个电感，投资比较少，在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，整流电压波形脉动次数多于半波整流电路。变压器而次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率高。 单相桥式全控桥整流电路与半波整流电路相比较： （1）ａ的移相范围相等，均为0～180。 （2）输出电压平均值Ud是半波整流电路的2倍。 （3）相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半。 （4）功率因数提高了1.414倍。
信息科学与技术学院实验报告 课程名称： 电力电子应用技术 实验项目： 单相桥式可控整流电路 实验地点： 指导老师： 实验日期： 2014.12.11 实验类型： 专业： 电子信息科学与技术 班级： 姓名： 学号： 一、实验目的及要求 1.掌握锯齿波同步移相触发电路的调试步骤和方法。 2.掌握单相桥式可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况。 3.了解续流二极管的作用。 二、实验仪器、设备或软件 1. 电源控制屏 2. 晶闸管触发电路(含锯齿波同步触发电路模块) 3. 双踪示波器 4. 晶闸管主电路 5. 可调电阻，电感等 三、实验内容 1、电阻性负载 闸管VT1和VT4组成一对桥 臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u 2正半周，VT1和VT4串联承受正压，若未加触发脉冲，若4个晶闸管均不导通，i d =0,u d =0。在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a 端经VT1、R 、VT4流回电源b 端。当u 2变负时，VT1和VT4串联承受反压而关断。在u 2负半周，仍在触发角α处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R 、VT2流回电源a 端。到 u 2过零变正时，VT2和VT3串联承受反压而关断。
直流输出电压平均值为 2. 电感性负载(无续流二极管) 电感性负载的特点是感生电 动势总是阻碍电感中流过的电流使得流过电感的电流不发生突变。 在u 2正半周期,触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，u d =u 2。负载电感很大，i d 不能突变且波形近似为一条水平线。u 2过零变负时，由于电感产生感生电动势的作用,晶闸管VT1和VT4继续承受正压而导通。πα+=wt 时刻， 触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，u 2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断。u 2过零变正时，由于电感产生感生电动势的作用,晶闸管VT2和VT3继续承受正压而导通。α=wt 时刻，触发VT1和VT4，VT1和VT4导通，u 2通过 VT1和VT4分别向VT2和VT3施加反压使VT2和VT3关断。 3.反电动势负载 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看 成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。 ()2 cos 19.02cos 1π22d sin 2π1222d α αωωπα+=+==?U U t t U U ?+== = α πα α απ ωωπcos 9.0cos 2 2)(d sin 21 222d U U t t U U
电力电子技术课程设计报告题目：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计
目录 第1章绪论 (3) 1.1 电力电子技术的发展 (3) 1.2 电力电子技术的应用 (3) 1.3 电力电子技术课程中的整流电路 (4) 第2章系统方案及主电路设计 (5) 2.1 方案的选择 (5) 2.2 系统流程框图 (6) 2.3 主电路的设计 (7) 2.4 整流电路参数计算 (9) 2.5 晶闸管元件的选择 (10) 第3章驱动电路设计 (12) 3.1 触发电路简介 (12) 3.2 触发电路设计要求 (12) 3.3 集成触发电路TCA785 (13) 3.3.1 TCA785芯片介绍 (13) 3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路 (17) 第4章保护电路设计 (18) 4.1 过电压保护 (18) 4.2 过电流保护 (19) 4.3 电流上升率di/dt的抑制 (19) 4.4 电压上升率du/dt的抑制 (20) 第5章系统仿真 (21) 5.1 MATLAB主电路仿真 (21) 5.1.1 系统建模与参数设置 (21) 5.1.2 系统仿真结果及分析 (22) 5.2 proteus 触发电路仿真 (26) 设计体会 (28) 参考文献 (29) 附录A 实物图 (30) 附录B 元器件清单 (31)
第1章绪论 1.1 电力电子技术的发展 晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明时期。晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组。并且，其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为表的复合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了MOSFET和GTO。 1.2 电力电子技术的应用 电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。 在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、
单相半波整流电路教案 教材分析 在小功率整流电路中，单相半波整流电路凭借其电路结构简单的特点广泛应用于电工电子技术中。学好本节的内容将为后续课程内容单相全波整流电路、单相桥式整流电路、 教学重点和难点 单相半波整流电路的工作原理分析，输出电压极性和波形分析及负载直流电压电流的计算。 （一）：师生互动环节（教师展示手机充电器对锂电池充电过程） 师：同学们我们现在使用的手机锂电池的低压直流电能是从哪里得来的呢？ 生：是手机充电器供给的（学生异口同声的回答） 师：是的。充电器直接引入的是市电220V，50H Z的交流电能，而手机锂电池需要存储的是低压直流电能，那么请同学们思考下充电器是如何给锂电池充电的呢？ 生：先降压后变换（少数学生能回答） 换成脉动的低压直流电能--------单相半波整流电路（板书） （一）：单相半波整流电路的结构与工作原理（板书）（约43分钟） 教师提示：“单相”一词是指输入整流电路的交流电是单相交流电。而“半波”一词同学们可在下面讲授的半波整流原理中自己总结，到时老师请同学们回答。（任务驱动法教学可集中学生的听课注意力） 1：电路结构组成（板书） 2：工作原理（板书） 教师引导：输入整流电路的交流电压来自于电源变压器的二次绕组输出端，在分析整流原理时应将交流电压分成正、负半周两种情况来考虑。另外为了分析方便，变压器T应假设为无损耗的理想元件，整流二极管V应为理想二极管，负载为纯电阻性负载。 教师提问：①：上面分析了半波整流电路的工作原理，由此可以回答什么是半波整流。 （请学生回答） ②：若在上面图中把整流二极管V极性对调后整理电路的原理又怎样分析
电力电子技术实验报告 实验名称：单相桥式全控整流电路_______班级：自动化_________________ 组别：第组___________________分工： 金华职业技术学院信息工程学院 年月日 目录
一．单项全控整流电路电阻负载工作分 析..................................................- 1 - 1.电路的结构与工作原 理............................................................ ...............- 1 - 2.建 模…………….................................................. ...........................................- 3 - 3.仿真结果与分 析............................................................ ...........................- 5 - 4.小 结…………….................................................. ...........................................- 5 - 二．单项全控整流电路组感负载工作分 析..................................................- 6 - 1.电路的结构与工作原 理............................................................ ...............- 6 - 2.建 模…………….................................................. ............................................- 8 - 3.仿真结果与分 析............................................................ ..........................- 10- 4.小 结…………….................................................. ...........................................- 10 - 三．单项全控整流电路带反电动势阻感负载工作分 析...............................- 11 - 1.电路的结构与工作原 理............................................................ ...............- 11 - 2.建 模…………….................................................. ............................................- 13 - 3.仿真结果与分 析............................................................ ............................- 15 - 4.小 结…………….................................................. ............................................- 15 -
目录 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 0 （一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) (1) 1.电路的结构与工作原理 (1) 2.建模 (2) 3仿真结果与分析 (4) 4小结 (6) （二）单相桥式全控整流电路(阻-感性负载) (7) 1.电路的结构与工作原理 (7) 2.建模 (8) 3仿真结果与分析 (10) 4.小结 (11) （三）单相桥式全控整流电路(反电动势负载) (13) 1.电路的结构与工作原理 (12) 2.建模 (14) 3仿真结果与分析 (16) 4小结 (18) 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 一、实验目的 1、不同负载时，单相全控桥整流电路的结构、工作原理、波形分析。 2、在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真，并分析其波形。 二．实验内容
（一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) 1.电路的结构与工作原理 1.1电路结构 R 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图(截图) 1.2工作原理 用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。 （1）在u2正半波的（0~α）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲。四个晶闸管都不通。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则u T1.4= u T2.3=1/2 u2。 （2）在u2正半波的ωt=α时刻： 触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，负载上有电压（u d=u2）和电流输出，两者波形相位相同且u T1.4=0。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态，则u T2.3=1/2 u2。晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。 （3）在u2负半波的（π~π+α）区间： 晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。此时，u T2.3=u T1.4=1/2 u2。 （4）在u2负半波的ωt=π+α时刻： 触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（u d=-u2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、
单相全波整流电路中，若要求输出直流电压为18v，则整流电压器二次侧的输出电压时多少 1》要求整流输出直流电压为18v而没有电容器滤波时，变压器二次侧的输出电压：U交＝U直/0.9＝18/0.9＝20(V) 2》整流输出直流设置了电容器滤波后电压为18v时，变压器二次侧的输出电压：U交＝U直/0.9/1.41＝18/0.9/1.41≈14(V)
在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。 为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的 变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就 是在自然换相点触发换相时的情况。图1是电路接线图。 为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。 在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被 触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。 这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b 两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。 加在负载上的整流电压为 ud=ua-ub=uab 经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为 ud=ua-uc=uac 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为 ud=ub-uc=ubc 余相依此类推。 由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出： 1.三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。 2. 三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。 3.由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。 4. 三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。 5.由于电流断续后，能够使晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。为了达到这个目的，可以采取两种办法；一种是使每个脉冲的宽度大于60°（必须小于120°），一般取80°～100°，称为宽脉冲触发。另一种是在触发某一号晶闸管时，同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。这种方法称双脉冲触发。 6.整流输出的电压，也就是负载上的电压。整流输出的电压应该是两相电压相减后的波形，实际上都属于线电压，波头uab、uac、ubc、uba、uca、ucb均为线电压的一部分，是上述线电压的包络线。相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上，故线电压的交点同样是自然换相点，同时亦可看出，三相桥式全控的整流电压在一个周期内脉动六次，脉动频率为6 × 50=300赫，比三相半波时大一倍。 7．晶闸管所承受的电压。三相桥式整流电路在任何瞬间仅有二臂的元件导通，其余四臂的元件均承受变化着的反向电压。例如在第(1)段时期，KP1和KP6导通，此时KP3和KP4,承受反向线电压uba=ub-ua。KP2承受反向线电压
单相桥式全控整流电路仿真建模分析 一、单相桥式全控整流电路(电阻性负载) 1电路的结构与工作原理 1.1电路结构 R id 图 1 单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)的电路原理图 1.2 工作原理 在电源电压正半波，在wt ＜α时，晶闸管VT1，VT4承受正向电压，晶闸管VT2，VT3承受反向电压，此时4个晶闸管都不导通，且假设4个晶闸管的漏电阻相等，则ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=α时，晶闸管VT1，VT4满足晶闸管导通的两条件，晶闸管VT1，VT4导通，负载上的电压等于变压器两端的电压U2；在wt= π时，因电源电压过零，通过晶闸管VT1，VT4的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断；在电源负半波，在wt ＜α+π时，触发晶闸管VT2，VT3使其元件导通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（Ud=-U2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向施加到晶闸管VT1，VT4，使其承受反向电压而处于关断状态；在wt=2π时，因电源电压过零，通过晶闸管VT2，VT3的阳极电流小于维持晶闸管导通的条件下降为零，晶闸管关断。 2单相桥式全控整流电路建模 在MATLAB 新建一个Model ，同时模型建立如下图所示： 图2 单相桥式全控整流电路(电阻性负载)的MATLAB 仿真模型
2.1模型参数设置 在此电路中，输入电压的电压设置为220V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为1欧姆，电感设置为1e-3H，脉冲输入的电压设置为3V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角分别设置为20°，60°，90°，150°因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周期应相差180°。 晶闸管参数 脉冲参数
实验一、单相半波可控整流电路实验 王季诚（20101496） 一、实验目的 （1）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 （2）掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况。 （3）了解续流二极管的作用。 二、实验所需挂件及附件
5 D42 三相可调电阻 6 双踪示波器自备 7 万用表自备 三、实验线路及原理 单结晶体管触发电路的工作原理及线路图已在1-3节中作过介绍。将DJK03-1挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图中的R负载用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上，电感L d在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH 三档可供选择，本实验中选用700mH。直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。
图3-6单相半波可控整流电路 四、实验内容 （1）单结晶体管触发电路的调试。 （2）单结晶体管触发电路各点电压波形的观察并记录。 （3）单相半波整流电路带电阻性负载时U d/U2= f(α)特性的测定。 （4）单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。 五、预习要求 （1）阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。 （2）复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感性负载时的工作波形。 （3）掌握单相半波可控整流电路接不同负载时U d、I d的计算方法。 六、实验方法 （1）单结晶体管触发电路的调试 将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波
目录 1设计方案及原理 (1) 1.1原理方框图 (1) 1.2主电路的设计 (1) 1.3主电路原理说明 (2) 1.4整流电路参数的计算 (2) 2元器件的选择 (3) 2.1晶闸管的选取 (3) 2.2变压器的选取 (4) 3触发电路的设计 (4) 3.1对触发电路的要求 (4) 3.2 KJ004集成触发器 (4) 4保护电路的设计 (5) 4.1 过电压保护 (6) 4.1.1过电压保护 (6) 4.1.2过电流保护 (7) 4.1.3电流上升率di/dt的抑制 (7) 4.1.4电压上升率du/dt的抑制 (7) 5仿真分析与调试 (8) 5.1建立仿真模型 (8) 5.2仿真结果分析 (9) 心得体会 (11) 参考文献 (12) 附录....................................................... 错误！未定义书签。
单相桥式全控整流电路的设计1设计方案及原理 1.1原理方框图 系统原理方框图如1-1所示： 图1-1 系统原理方框图 1.2主电路的设计 主电路原理图如下图1-2所示：
图1-2 单相桥式全控整流电路原理图 1.3主电路原理说明 在电源电压u2正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在触发角α处给VT1、VT4加触发脉冲，VT1、VT4导通，电流从电源a 端经VT1、负载、VT4流回电源b 端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。 在电源电压u2负半周期间，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3， VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经过VT3、R 、VT2流回电源a 端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环的工作下去。该电路的移向范围是0―π。 另外，由于该整流电路带的是反电动势负载，因而不是正半轴的任意时刻都能开通晶闸管的，要开通晶闸管必须在交流电瞬时值大于E 的时候去触发。提前触发的话，晶闸管会在E 的作用下承受反向电压，无法导通。 1.4整流电路参数的计算 当| 2u |>E 时，晶闸管可以开通。 1）整流输出电压的平均值可按下式计算 d 2U 0.9U cos αα= = （1-1） 当α=0时，d U 取得最大值90V 即d U = 0.9 2U =90V 从而得出2U =100V ，α=180o 时， d U =0。α角的移相范围为90o 。 2）整流输出电压的有效值为 （2-2） 3）整流电流的平均值和有效值分别为 （2-3） d 2d U U I =0.9 R R cos E α -=