学号：
课程设计
题目单相半控桥式晶闸管整流电路的设计
（带续流二极管）（阻感负载）
学院自动化
专业自动化
班级100...班
姓名
指导教师许湘莲
2012 年12 月29 日
一课程设计的性质和目的
性质：是电气信息专业的必修实践性环节。
目的：
1、培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力；
2、加深理解《电力电子技术》课程的基本理论；
3、初步掌握电力电子电路的设计方法。
二课程设计的内容:
单相半控桥式晶闸管整流电路的设计（带续流二极管）（阻感负载）
设计条件：
1、电源电压：交流100V/50Hz
2、输出功率：500W
3、移相范围0o~180o
三课程设计基本要求
1、两人一个题目，按学号组合；
2、根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路、控制电路；
3、用MATLAB/Simulink对设计的电路进行仿真；
4、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，说明仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料；
5、通过答辩。
电力电子技术课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。本次课程设计要完成单相桥式半控整流电路的设计，对电阻负载供电，并使输出电压在0到180伏之间连续可调，由于是半控电路，因此会用到晶闸管与电力二极管。此外，还要用MATLAB对设计的电路进行建模并仿真，得到电压与电流波形，对结果进行分析。
关键词：半控整流晶闸管
1 设计的基本要求 (1)
1.1设计的主要参数及要求： (1)
1.2 设计的主要功能 (1)
2总体系统 (2)
2.1主电路结构及其工作原理 (2)
2.2 参数计算 (2)
3硬件电路 (4)
3.1 系统总体原理框图 (4)
3.2 驱动电路 (4)
3.2.1 驱动电路方案 (4)
3.2.2 驱动电路的设计 (5)
3.3 保护电路 (7)
3.3.1 变压器二次侧熔断器 (7)
3.3.2 晶闸管保护电流 (8)
3.4 触发电路 (8)
4 元器件的选择 (9)
4.1 晶闸管 (9)
4.1.1 晶闸管的结构与工作原理 (10)
4.1.2 晶闸管的选择 (11)
4.2 电力二极管 (12)
5 MATLAB建模与仿真 (13)
6 心得体会 (16)
参考文献 (17)
1 设计的基本要求
1.1设计的主要参数及要求：
设计条件：1、电源电压：交流100V/50Hz
2、输出功率：500W
3、移相范围0o~180o
1.2 设计的主要功能
单相桥式半控整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。单相桥式整流电路在感性负载电流连续时，当相控角α<90°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流；在α>90°时，可实现将直流电返送至交流电网的有源逆变。在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以确保不发生换相（换流）失败事故。
不含续流二极管的电路具有自续流能力，但一旦出现异常，会导致：一只晶闸管与两只二极管之间轮流导电，其输出电压失去控制，这种情况称之为“失控”。失控时的的输出电压相当于单相半波不可控整流时的电压波形。在失控情况下工作的晶闸管由于连续导通很容易因过载而损坏。因为半导体本身具有续流作用，半控电路只能将交流电能转变为直流电能，而直流电能不能返回到交流电能中去，即能量只能单方向传递。
含续流二极管的电路具有电路简单、调整方便、使用元件少等优点，而且不会导致失控显现，续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。
2总体系统
2.1主电路结构及其工作原理
单相桥式半控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少等优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。其使用的电路图如下图2.1所示。
图2.1 主体电路结构原理图
在交流输入电压u2的正半周（a 端为正）时，Th1和D1承受正向电压。这时如对晶闸管Th1引入触发信号，则Th1和D1导通电流的通路为u2+→Th1→R →D1→u2-。 这时Th2和D1都因承受反向电压而截至。同样，在电压u2的负半周时，Th2和D2承受正向电压。这时，如对晶闸管Th2引入触发信号，则Th2和D2导通，电流的通路为：u2-→Th2→R →D2→u2+。
这时Th1和D1处于截至状态。显然，与单相半波整流相比较，桥式整流电路的输出电压的平均值要大一倍。
2.2 参数计算
输出电压的平均值： 1
221cos 1cos 2sin ()0.922
d U U U td t U π
α
αα
ωωπ
π++=
=
=? （2-1）
α=0时，U d =U d0=0.9U ；α=1800时，U d =0。可见，α角的移相范围为1800。
向负载输出的直流电流平均值为 221cos 1cos 0.922
d d U U U I R R R αα
π++=
== （2-2） 输出电压平均值： U d =0.9U 22
cos 1α
+ （2-3）
输出电流平均值： d I = U d /R （2-4）
流过晶闸管电流有效值： I VT = d I /2 （2-5） 波形系数： K f = I VT /d I =2/2 （2-6） 交流侧相电流的有效值: I 2=
π
α
π-·I d （2-7） 续流管电流有效值： I VD =
π
α
·I d （2-8）
20
1
Im
I (Imsin )2t d t π
ωωπ
=
=
?
（2-9）
1
2
I Imsin Im
d td t π
ωωππ
=
=
?
（2-10）
Im/22Im/22f K π
π=
=
（2-11）
1.57T f d
I K I = （2-12）
2.51.57
f d T K I I A
∴=
= （2-13）
令0=?0时，U 2=220V,P 出=50V ×10A=500W 。U d =0.9U 2(1+?cos )/2=198V I d =P 出/U d =10.8A ，K f =I VT / I d =2/2=0.707，
晶闸管的额定电流为：I T = K f I d /1.57=2.5A,取2倍电流安全储备，并考虑晶闸管元件额定电流系列取5A 。
晶闸管元件额定电压2U 2=2100=141.4V ，取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列取300V 。 令π=?时，I VT =π?
I d =I d =10.8A 时，
此时流过续流二极管的电流最大为10.8A ，取2倍电流安全储备，并考虑晶闸管元件额定电流系列取20A 。
续流二极管两端的最大电压为U d =220V, 取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列去220V 。所以选择续流二极管额定电压为220V,额定电流为20A 的晶闸管和二极管，电感取无穷大，L=150H ，R=20Ω。
3硬件电路
3.1 系统总体原理框图
单相半控桥式整流电路的设计，我们首先对电路原理进行分析，通过分析，结合具体的性能指标求出相应的参数，然后在Matlab仿真软件中建立仿真模型，仿真模型采用交流输入电源，使用晶闸管和二极管作为整流器件，通过不断仿真、调试、不断修改参数，知道符合正确的参数要求。其系统原理框图如下图3.1
图 3.1 系统原理框图
其对应波形原理图如图3.2所示
图 3.2 波形原理图
3.2 驱动电路
3.2.1 驱动电路方案
方案一：采用专用集成芯片产生驱动信号。专用集成芯片对于整个系统来说非常好：集成度高，不易产生各种干扰；产生的驱动信号精确度高，更便于系统的精确度：简单、省事，易于实现。但是，专用集成芯片的价格比较昂贵且不易购买；对于锻炼个人能力用专用芯片业很难达到效果。
方案二：采用LM339、ICL8083等构成的驱动电路虽然效果不是很好，但是它完全是硬件驱动，能更好的锻炼人的知识运用和能力的开发。
两个方案相比较而言我选择方案二。
3.2.2 驱动电路的设计
晶闸管门极触发信号由触发电路提供，由于晶闸管电路种类很多，如整流、逆变、交流调压、变频等；所带负载的性质也不相同，如电阻性负载、电阻—电感性负载、反电势负载等。尽管不同情况对触发电路的要求也不同，但是其基本的要求却是相同的，具体如下
（a）触发信号应有足够的功率
这些指标在产品样本中均已标明，由于晶闸管元件门极参数分散性大，且触发电压、电流手温度影响会发生变化。例如元件温度为1000C时触发电流、电压值比在室温时低2—3倍；元件温度为-400C时触发电流、电压值比在室温时高2—3倍；为了使元件在各种工作条件下都能可靠的触发，可参考元件出厂的实验数据或产品目录，设计触发电路的输出电压、电流值，并留有一定的裕量。一般可取两倍左右的触发电流裕量，而触发电压按触发电流的大小来决定，但是应注意不要超过晶闸管门极允许的峰值功率和平均功率极限值。
（b）触发脉冲信号应有一定的宽度
普通晶闸管的导通时间一般为6us，故触发脉冲的宽度至少应有6us以上，对于电感性负载，由于电感会抑制电流的上升，触发脉冲的宽度应该更大些，通常为0.5ms—1ms，否则在脉冲终止时主电路电流还未上升到晶闸管的擎住电流时，此时将使晶闸管无法导通而重新恢复关断状态。
单结晶体管原理单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。其符号和等效电如下图3.3所示。
图 3.3 单结晶体管的符号和等效电路图
结晶体管的特性
从图（a）可以看出，两基极b1和b2之间的电阻称为基极电阻。
Rb b=rb1+rb2
式中：Rb1——第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流i e而变化，rb2为第二
基极与发射结之间的电阻，其数值与i e无关；发射结是PN结，与二极管等效。
若在两面三刀基极b2，b1间加上正电压Vb b，则A点电压为：
V A=[rb1/（rb1+rb2）]vb b=（rb1/rb b）vb b=ηVb b
式中：η——称为分压比，其值一般在0.3—0.85之间，如果发射极电压V E由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图3.4
图 3.4 单结晶体管的伏安特性
（1）当V e〈ηVbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流I ceo。（2）当V e≥ηVbb+VD VD为二极管正向压降（约为0.7V），PN结正向导通，I e显著增加，rb1阻值迅速减小，V e相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，与其对应的发射极电压和电流，分别称为峰点电压I p和峰点电流I p。I p是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然V p=ηVbb。
（3）随着发射极电流I e的不断上升，V e不断下降，降到V点后，V e不再下降了，这点V 称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压V v和谷点电流I v。
（4）过了V后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以u c继续增加时，i e便缓慢的上升，显然V v是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果V e〈V v，管子重新截止。
单结晶体管的主要参数
（1）基极间电阻Rb b发射极开路时，基极b1，b2之间的电阻，一般为2-10千欧，其数值随温度的上升而增大。
（2）分压比η由管子内部结构决定的参数，一般为0.3--0.85。
（3）eb1间反向电压Vcb1 b2开路，在额定反向电压Vcb2下，基极b1与发射极e之间的反向耐压。
（4）反向电流I eo b1开路，在额定反向电压Vcb2下，eb2间的反向电流。
（5）发射极饱和压降V eo在最大发射极额定电流时，eb1间的压降。
（6）峰点电流I p单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极电流。
单结晶体管电路如下图3.5所示，波形图如图3.6所示
图 3.5 单结晶体管触发电路图
图 3.6 触发信号波形
3.3 保护电路
3.3.1 变压器二次侧熔断器
采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广泛的一种过电流保护措施。在选择快速熔断时应考虑：
（1）电压等级应根据熔断后快速熔断实际承受的电压来确定。
（2）电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联接形式确定。快速熔断一般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串联于阀侧交流母线或直流母线中。
I2值应小于被保护器件的允许t I2值。
（3）快速熔断t
（4）为保护熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。
因为晶闸管的额定电流为10A，快速熔断器电流大于1.5倍的晶闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为15A。
3.3.2 晶闸管保护电流
过流保护：当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或高低；均能引起装置或其它元件的电流超过正常的工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过流保护。其保护原理图如下图3.7所示。
过压保护：设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行过程中以及非正常运行中也有过电压出现。因此，必须对电力电子装置进行适当的过压保护。其保护原理图如下图3.8所示。
图 3.7 过流保护原理图
图 3.8 过压保护原理图
3.4 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有如下要求。
第一，触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
第二，触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
由晶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I
、门极触发电压U是指该型号的所有合格器件都
gt
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以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。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。
第三，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。
第四，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。
第五，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。
4 元器件的选择
4.1 晶闸管
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流（SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。自20世纪80年代以来，晶闸管开始被性能更好的全控型器件取代。晶闸管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。
4.1.1 晶闸管的结构与工作原理
1）晶闸管的外形与结构
图4-2所示为晶闸管的外形、结构、电器图形符号和模块外形。从外形上来看，晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构，均引出阳极A、阴极K和门极G三个连接端。
晶闸管内部是PNPN四层半导体结构，分别命名为P
1、N
1
、P
2
、N
2
四个区。P
1
区引出阳
极A，N
2区引出阴极K，P
2
区引出门极G。四个区形成J
1
、J
2
、J
3
三个PN结。如果正向电压
加到器件上，则J
2
处于反向偏置状态，器件A、K两端之间处于阻断状态，只能流过很小
的漏电流；如果反向电压加到器件上，则J
1和J
3
反偏，该器件也处于阻断状态，仅有极小
的反向漏电流通过。
2）晶闸管的工作原理
晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释，如图4-3所示。如在器件上取一
倾斜的截面，则晶闸管可以看作由P
1N
1
P
2
和N
1
P
2
N
2
构成的两个晶体管V
1
、V
2
组合而成。如果
外电路向门极注入电流I
G ，也就是注入驱动电流，则I
G
流入晶体管V
2
的基极。即产生集电
极电流I
c2，它构成晶体管V
1
的基极电流，放大成集电极电流I
c1
，又进一步增大V
2
的基极
电流，如此形成强烈的正反馈，最后V
1和V
2
进入完全饱和状态，即晶闸管导通。此时如果
撤掉外电路注入门极的电流I
G
，晶闸管由于内部已形成了强烈的正反馈会仍然维持导通状
态。而若要使晶闸管关断，必须去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加反压，或者设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下，晶闸管才能关断。所以，对晶闸
管的驱动过程更多的是成为触发，产生注入门极的触发电流I
G
的电路称为门极触发电路。也正是由于通过其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。
晶闸管在以下几种情况下也可能被触发导通：阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩
效应；阳极电压上升率d
u /d
t
过高；结温较高；光直接照射硅片，即光触发。这些情况除了
由于光触发可以保证电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备之外，其他都因不易控制而难以应用于实践。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。
图4.2 晶闸管的外形、结构、电气图形符号和模块外形 a)晶闸管外形 b)内部结构 c)电气图形符号 d)模块外形
图4.3 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
4.1.2 晶闸管的选择
由于设计要求单相桥式半控整流电路输出电压范围为0～180伏连续可调，即
1cos 00.91802d U U
α
+≤=≤ （4-1） 化简得 400
1cos 1U α-≤≤- （4-2） 取U=200V ，则1cos 1α-≤≤，正好满足cos α的范围。即输出电压的0～180伏对应着α角的1800～0。
输出平均电流的最大值为 max max 180
1810
d d U I V R =
== （4-3） 晶闸管承受的最大反向电压为 22002282.8U V V == （4-4） 流过每个晶闸管的最大电流的有效值为max
max 12.7A 2
d VT I I =
= (4-5)
故晶闸管的额定电压为 ()23282.8565.6848.4N U V =?= (4-6) 晶闸管的额定电流为 ()1.5212.7/1.5712.116.1N I A =?= (4-7)
4.2 电力二极管
电力二极管（Power Diode ）自20世纪50年代初期就获得应用，虽然是不可控器件，但其原理和结构简单，工作可靠，所以直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN 结和两端引线以及封装组成的。
当PN 结外加正向电压（正向偏置），即外加电压的正端接P 区、负端接N 区时，外加电场与PN 结自建电场方向相反，使得多子的扩散运动大于少子的漂移运动，形成扩散电流，在内部造成空间电荷区变窄，而在外电路上则形成自P 区流入而从N 区流出的电流，称为正向电流I F 。当外加电压升高时，自建电场将进一步被削弱，扩散电流进一步增加。这就是PN 结的正向导通状态。
当PN 结外加反向电压时（反向偏置），外加电场与PN 结自建电场方向相同，使得少子的漂移运动大于多子的扩散运动，形成漂移电流，在内部造成空间电荷区变窄，而在外电路上则形成自N 区流入而从P 区流出的电流，称为反向电流I R 。但是少子的浓度很小，在温度一定时漂移电流的数值趋于恒定，被称为反向饱和电流I s ，一般仅为微安数量级，因此反向偏置的PN 结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。
这就是PN 结的单向导电性，二极管的基本原理就在于PN 结的单向导电性这个主要特征。
由于在单相桥式半控整流电路中，电力二极管所承受的电压和流经的电流与晶闸管相同，因此电力二极管参数的选定与晶闸管相同。
5 MATLAB建模与仿真
启动MATLAB，打开Simulink，新建文件，根据单相桥式半控整流电路所需的元器件添加相应的控件并连线，完成仿真图的绘制。绘制完成后的仿真图如图5-1所示。
图5-1 单相桥式半控整流电路的MATLAB仿真图
由前面的计算我们已经知道，当控制角α从0连续变化到1800时，对应的直流输出电压从180V连续变化到0。图5-2、5-3、5-4、5-5分别给出了控制角α为0、450、900、1800时的仿真波形图。
从上到下的分别是电源电压U、晶闸管VT1的触发脉冲P1、晶闸管VT3的触发脉冲P2、
流经晶闸管VT1的电流I
d1、流经晶闸管VT3的电流I
d2
、输出电压U
d
的波形。
图5-2 控制角α=0时的仿真波形
图5-3 控制角α=450时的仿真波形
图5-4 控制角α=900时的仿真波形
图5-5 控制角α=1800时的仿真波形
6 心得体会
这次的课程设计让我对电力电子的理论知识有了很深的认识，尤其是在书本中介绍不完全的知识。要完成这次课程设计，仅仅靠书本上的知识是远远不够的，我查阅了一些关于电力电子的书籍，也通过网络查了很多电力电子的知识。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。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。设计过程中，我明白了整流电路，尤其是单相桥式半控整流电路的重要性以及整流电路设计方法的多样性。
总之，这次课程设计不仅增加了我的知识积累，为将来的毕业设计打下了基础，还让我懂得自主学习的重要性，还有做什么事情都要有恒心，有信心，动脑子去想，就一定有所收获。在此还要感谢老师对我不厌其烦的指导，使我能够顺利完成此次课程设计。
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。
单相桥式全控整流电路 M a t l a b仿真 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
目录（ （ （3 4 6 8 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 电路结构 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图(截图) 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==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=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=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，==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
1 单相桥式全控整流电路的功能要求及设计方案介绍 1.1 单相桥式全控整流电路设计方案 1.1.1 设计方案 图1设计方案 1.1.2 整流电路的设计 主电路原理图及其工作波形 图2 主电路原理图及工作波形
主电路原理说明： （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。 （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。
2 触发电路的设计 2.1 晶闸管触发电路 触发电路在变流装置中所起的基本作用是向晶闸管提供门极电压和门极电流，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。，开始启动A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。 2.1.1 晶闸管触发电路的要求 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）。 (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。 (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。 (5)、为使并联晶闸管能同时导通，触发电路应能产生强触发脉冲。强触发电流幅值为出发电流的３～５倍左右，脉冲前沿的陡度取为１～２ 晶闸管触发电路应满足下列要求 （1）触发脉冲的宽度应该保证晶闸管的可靠导通，对感性和反电动势负载的变流器采用宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的启动，双星型带平衡电抗器电路的触发脉冲应该宽于30°，三相全控桥式电路应小于60°或采用相隔60°的双窄脉冲。 （2）脉冲触发应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3—5倍，脉冲前沿的陡度也要增加。一般需达1-2A/us （3）所提供的触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和额定功率，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。 （4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及主电路的电气隔离。
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
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、
1 单相桥式整流电路设计 单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。 单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：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。而单相全控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。 单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。 根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。 1.1 元器件的选择 1.1.1 晶闸管的介绍 晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silico n Con trolled 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。 晶闸管有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便
电气工程学院 电力电子课程设计 设计题目：单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载）学号： 姓名： 同组人： 指导教师： 设计时间： 设计地点：
电力电子课程设计成绩评定表 指导教师签字： 年月日
电力电子课程设计任务书 学生姓名：指导教师： 一、课程设计题目： 单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载） 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果； 4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案； 5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。 三、进度安排 2．执行要求 课程设计共5个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。
摘要 本次课程设计的题目为：单相半控桥式晶闸管整流电路，其中负载为纯电阻负载。电路设计的主要参数及要求：1、电源电压：交流100V/50Hz；2、输出功率：500W；3、移相范围：0o-180o。 对于单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载），其电路设计的主要功能为：单相桥式半控整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。 单相桥式半控整流电路在纯电阻负载电流连续时，当相控角α<180°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流，同时，调节触发电路，可改变触发角进行调压；在α>180°时，由于二极管的单相导电性，电路无法实现逆变，输出电压为零。 关键词：单相半控桥式晶闸管整流电路、纯电阻负载、相控角调节 Abstract ABSTRACT：Curriculum design topics: single-phase half-controlled bridge thyristor rectifier circuit, where the load is purely resistive load. The main parameters and requirements of the circuit design: 1, the power supply voltage: AC 100V/50Hz, output power: 500W; 2; 3, the phase shift range: 0 o ~180 o. For the single phase half controlled bridge thyristor rectifier circuit (resistive load), the main function of the circuit design: Characteristics of single phase bridge half controlled rectifier circuit is triggered thyristor turn-on, and rectifier diode is higher than that of cathode voltage in the anode voltage natural conduction. Single phase bridge half controlled rectifier circuit load current is continuous in the pure resistance, while the mouldings α <180 °, c an realize the phase control rectifier, AC power into DC power at the same time, adjusting trigger circuit, which can change the trigger angle regulator; when α >180 °, because the phase conductivity diode, the circuit can not be achieved inverter, output voltage to zero. KEYWORDS：S ingle phase half controlled bridge thyristor rectifier circuit, pure resistive load, adjust phase mouldings
电力电子技术课程设计说明书单相半波晶闸管整流电路 院部：电气与信息工程学院 学生姓名：李忠 指导教师：王翠职称副教授 专业：自动化 班级：自本1001班 完成时间：2013年5月20日
摘要 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 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。 由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好课程设计，因而我们进行了此次课程设计。因为整流电路非常重要，所以我此次课程设计做的是单相半波整流电路。 关键字电子学；整流器；开关器件
ABSTRACT Power electronics, and power electronics (Power Electronics). It is mainly on the various power electronic devices, and is composed , and is composed of the power electronic devices of every kind of circuit or device, to complete the transfer and control of electric power. It is not only in power electronics (high voltage, high current) to a branch or electrical engineering, and electrical engineering in a weak (low voltage, low current) to a branch or electronic field, or is a new scientific power combining. Power electronics is across the "electronic", "power" and "control" three areas of an emerging engineering discipline. With the development of science and technology, people on the circuit is also more and more high, due to the need of DC power supply with adjustable size in the actual production, and phase controlled rectifier circuit is simple in structure, convenient control, stable performance, it can be easily obtained in large and medium-sized, small capacity of various DC power, is currently the main method of DC electric energy, has been widely applied. Because the power electronic technology is the technology of power electronic technology and control technology into the traditional, composed of a variety of power conversion circuits to achieve energy and transform and control using semiconductor power switch device, consisting of an integrated discipline. The learning method and electronic technology and control technology has many similarities, so to learn this course we must do a good job in curriculum design, we carried out the curriculum design. Because the rectifier circuit is very important, so I designed a single-phase half-wave rectifier circuit this curriculum. Keywords electronics; rectifier; switching device
基础知识 整流和滤波电路 导入：1、什么电子设备需要用到直流电？ 电脑功放 手机数码相机 2、如何得到直流电 提问导入： 什么电子 设备需要 用到直流 电？激发 兴趣 提问：如何 得到直流 电
手机锂电笔记本电脑锂电 数码相机锂电 手机充电器电脑电源直流稳压电源结合演示讲解
㈠单相桥式整流电路 将交流电变换为直流电（脉动）的过程称为整流，利用二极管的单向导 电性可以实现整流。 整流电路单相整流电路三相整流电路，根据整流电路的形式还可分为半 波、全波和桥式整流电路。 ⒈电路结构 单相桥式整流电路如图1-7所示。在电路中，4只整流二极管连接成电 桥形式，称为桥式整流电路。 常有如图1-7所示的几种形式的画法，其中图（c）为单相桥式整流电 路最常用的简单画法。 图1-7 单相桥式整流电路 ⒉工作原理 在交流电压u2的正半周（即0～t1）时，整流二极管VD1、VD3正偏导通， VD2、VD4反偏截止，产生电流i L通过负载电阻R L，并在负载电阻R L上形成 输出电压u L，如图1-8(a)所示。 在交流电压u2的负半周（即t1～t2）时，整流二极管VD2、VD4正偏导 通，VD1、VD3反偏截止，产生电流i L同样通过负载电阻R L，并在负载电阻 R L 上形成输出电压u L，如图1-10(b)所示。 输出信号的波形如图1-10(c)所示。 结合演示 讲解
图1-8 单相桥式整流电路工作原理 在交流电压u 2 的一个周期（正、负各半周），都有相同一方向的电流流过RL，4只整流二极管中，两只导通时另两只截止，轮流导通工作，并以周期性地重复工作过程。在负载R L上得到大小随时间t改变但方向不变的全波脉动直流输出电流i L和输出电压u L，所以这种整流电路属于全波整流类型。 单相桥式整流电路的特点是：整流效率高（电源利用率高），而且输出信号脉动小，因此应用最为广泛。 在实际应用中经常用到的全桥整流堆是将4只整流二极管集中制作成一体，其部电路和外形如图1-9所示。 图1-9 全桥整流堆实物展示
单相半控桥式整流电路 设计 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
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。整流的基础是整流电路。由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。整流电路的应用十分广泛。广泛的应用于直流电动机、电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源灯。 本设计研究了单相半控桥式整流电路，对整流电路的原理及特点进行了分析，对整流元件进行了参数计算并选择出了合适的器件。本设计选择KJ004集成触发器做为晶闸管的触发电路，详细的介绍了KJ004的工作原理。本设计还设计了合理的保护电路。最后利用simulink搭建仿真模型。 关键词：半控整流，驱动电路，保护电路，simulink仿真 单相半控桥式整流电路设计 1 主电路的设计 设计目的 (1)、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全 综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。 (2)、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技 能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。 (3)、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手 册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。 整流电路的选择 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。20
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、
电力电子课程设计 班级： 学号： 姓名： 指导老师：
目录 摘要 (1) 1单相双半波晶闸管整流电路主电路设计 (2) 1.1晶闸管的介绍 (2) 1.1.1晶闸管的结构 (2) 1.1.2晶闸管的工作原理 (2) 1.1.3晶闸管的伏安特性 (4) 1.2总电路的设计 (5) 1.2.1 总电路的原理框图 (5) 1.2.2 主电路原理图 (6) 1.3 相控触发电路设计 (7) 1.3.1 相控触发电路工作原理 (7) 1.3.2相控触发芯片的选择 (8) 1.4保护电路设计 (9) 2电路参数及元件选择 (10) 2.1主电路电路参数计算 (10) 2.2电路元件的选择 (11) 2.2.1整流元件的选择 (11) 2.2.2保护元件的选择 (11) 3 MATLAB仿真 (12) 3.1 MATLAB软件介绍 (12) 3.2系统建模及电路仿真 (12) 3.3系统仿真结果及分析 (15) 4设计总结 (16) 参考文献 (17)
摘要 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。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。 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。 整流电路按组成的器件不同，可分为不可控、半控与全控三种，利用晶闸管半导体器件构成的主要有半控和全控整流电路；按电路接线方式可分为桥式和零式整流电路；按交流输入相数又可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。正是因为整流电路有着如此广泛的应用，因此整流电路的研究无论在是从经济角度，还是从科学研究角度上来讲都是很有价值的。本设计正是结合了Matlab仿真软件对单相双半波晶闸管整流电路在阻感负载下进行分析。 关键词：晶闸管，整流电路，Matlab,仿真，阻感负载，相控方式 1
学号： 课程设计 题目单相半控桥式晶闸管整流电路设计 （带续流二极管）（阻感负载） 学院自动化 专业自动化 班级100...班 姓名 指引教师许湘莲 年12 月29 日
一课程设计性质和目 性质：是电气信息专业必修实践性环节。 目： 1、培养学生综合运用知识解决问题能力与实际动手能力； 2、加深理解《电力电子技术》课程基本理论； 3、初步掌握电力电子电路设计办法。 二课程设计内容: 单相半控桥式晶闸管整流电路设计（带续流二极管）（阻感负载） 设计条件： 1、电源电压：交流100V/50Hz 2、输出功率：500W 3、移相范畴0o~180o 三课程设计基本规定 1、两人一种题目，按学号组合； 2、依照课程设计题目，收集有关资料、设计主电路、控制电路； 3、用MATLAB/Simulink对设计电路进行仿真； 4、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，阐明主电路工作原理、选取元器件参数，阐明控制电路工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，阐明仿真过程中遇到问题和解决问题办法，附参照资料； 5、通过答辩。
电力电子技术课程设计是在教学及实验基本上，对课程所学理论知识深化和提高。本次课程设计要完毕单相桥式半控整流电路设计，对电阻负载供电，并使输出电压在0到180伏之间持续可调，由于是半控电路，因而会用到晶闸管与电力二极管。此外，还要用MATLAB 对设计电路进行建模并仿真，得到电压与电流波形，对成果进行分析。 核心词：半控整流晶闸管
1 设计基本规定 (1) 1.1设计重要参数及规定：........................................................................................ 错误!未定义书签。 1.2 设计重要功能 (1) 2总体系统 (2) 2.1主电路构造及其工作原理 (2) 2.2 参数计算 (2) 3硬件电路 (4) 3.1 系统总体原理框图 (4) 3.2 驱动电路 (5) 3.2.1 驱动电路方案 (5) 3.2.2 驱动电路设计 (5) 3.3 保护电路 (8) 3.3.1 变压器二次侧熔断器 (8) 3.3.2 晶闸管保护电流 (9) 3.4 触发电路 (10) 4 元器件选取 (11) 4.1 晶闸管 (11) 4.1.1 晶闸管构造与工作原理 (11) 4.1.2 晶闸管选取 (13) 4.2 电力二极管 (13) 5 MATLAB建模与仿真 (14) 6 心得体会 (18) 参照文献 (19)
课程名称：电力电子技术指导老师：成绩： 实验名称：单相桥式半控整流电路实验实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.加深单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性、反电势负载时工作情况的理解 2.了解续流二极管在单相器哦啊是半控整流电路中的作用；学会对实验中出现的问题加以分析和解决 3.进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法 二、实验内容和原理 1.实验内容 （1）锯齿同步触发电路的调试 （2）单相桥式半控整流电路带电阻性负载 （3）单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载 （4）单相桥式半控整流电路带反电势负载 2.实验原理 （1）单相桥式半控整流电路实验原理 实验电路图如下图所示 由2组锯齿波同步移相触发电路给共阴极的2个晶闸管提供触发脉冲，整流电路的负载可根据要求选择电阻性、电阻电感性负载。 在电源电压正半周时，VT1导通，VT2关断电源，通过VT1和VD4供电。电压过零时，因为电感作用，VT1继续导通，VD3续流 在电源电压负半周时，VT2导通，VT1关断，电源通过VT2和VT3供电。电压过零时，因为电感作用，VT2继续导通，VD4续流。 （2）锯齿波同步移相出发电路实验原理 锯齿波同步移相触发电路的电路图如下图所示
它是由同步检测和锯齿波形成环节、移相控制环节、脉冲形成和放大环节、强触发环节、双窄脉冲形成电路环节组成。 同步锯齿波环节如下图所示： 负半周下降段，VD1导通，C1充电，上负下正，O点接地，R负电位，Q也负电位，VT2反偏截止。 负半周上升段，经过R1给C1充电，上升速度比R点同步电压慢，所以VD1截止，Q点电位1.4V，VT2导通，UQ钳制在1.4V。 VT2截止时，IC1对C2充电，UC线性增长，为锯齿波上升段。 VT2饱和导通，R4较小，C2通过R4、VT2很快放电，形成锯齿波下降段 移相控制环节如下图所示： 利用叠加原理，UT锯齿波电压、UK控制电压、UP初始调整电压如上图所示。 UP的作用就是改变VT4开始导通的时刻，UK的作用就是可以改变输出脉冲相位。
1 引言 电力电子技术是利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。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。 要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流的基础是整流电路。整流电路（Rectifier）是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。典型的单相可控整流电路包括单相半波可控整流电路、单相整流电路、单相全波可控整流电路及单相桥式半控整流电路等。单相可控整流电路的交流侧接单相电源。 这次课程设计我设计的是单相桥式全控整流电路电阻性负载，与单相半波可控整流电路相比，桥式全控的电源利用率更高一些，应用范围更广泛一些。 2 单相桥式全控整流电路 2.1 单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况分析 单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如图2-1： 图2.1 单相桥式全控整流电路原理图
在单相桥式全控整流电路，闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。在触发角a 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u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。在u2负半周，仍在触发角a 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u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。 在u2负半周，仍在触发延迟角a 处触发VT2和VT3（VT2和VT3的a=0处为ωt=Π），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u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。 整流电压平均值为： ?+=+==παααπωωπ2 cos 19.02cos 122)(d sin 21 222U U t t U U d 向负载输出的直流平均电流为： 2 cos 19.02cos 12222ααπ+=+==R U R U R U I d d 晶闸管VT 1、VT 4 和 VT 2、VT 3 轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即 2 cos 145.0212α+==R U I I d dT b c) d u V 图2.2单相桥式全控整流电路波形
工业应用技术学院 课程设计任务书 题目单相半控桥式晶闸管整流电路的设计 专业、班级学号 主要容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要容 （1）电源电压：交流220V/50Hz （2）输出电压围：20V-50V （3）最大输出电流：10A （4）电源效率不低于70% 二、基本要求 1、主要技术指标 （1）具有过流保护功能，动作电流为12A； （2）具有稳压功能。 2、设计要求 （1）合理选择晶闸管型号； （2）完成电路理论设计、绘制电路图、电路图典型波形并进行模拟仿真。 二、主要参考资料 [1] 王兆安，黄俊，电力电子技术（第4版）[M]，北京：机械工业，2000. [2] 王兆安，明勋，电力电子设备设计和应用手册（第2版）[M]，北京：机械工业，2005. [4] 康华光，大钦，电子技术基础-模拟部分（第5版）[M]，北京：高等教育，2005. [4] 治明，电力电子器件基础[M]，北京：机械工业，2005. [5] 吴丙申，模拟电路基础[M]，北京：北京理工大学，2007.
[6] 马建国，孟宪元，电力设计自动化技术基础[M]，北京：清华大学，2004. 完成期限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 年月日
1.设计的基本要求 1.1 设计的主要参数及要求： 设计要求：1、电源电压：交流220V/50Hz 2、输出电压围：20V-50V 3、最大输出电流：10A 4、具有过流保护功能，动作电流：12A 5、具有稳压功能 6、电源效率不低于70% 1.2 设计的主要功能 单相桥式半控整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。单相桥式整流电路在感性负载电流连续时，当相控角α<90°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流；在α>90°时，可实现将直流电返送至交流电网的有源逆变。在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以确保不发生换相（换流）失败事故。 2.总体系统的设计 2.1 主电路方案论证 方案1：单相半控桥式整流电路（含续流二极管） 单相桥式半控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少等优点，而且不会导致失控显现，续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。 方案2：单相半控桥式整流二极管（不含续流二极管） 不含续流二极管的电路具有自续流能力，但一旦出现异常，会导致：一只晶闸管与两只二极管之间轮流导电，其输出电压失去控制，这种情况称之为“失控”。失控时的的输出电压相当于单相半波不可控整流时的电压波形。在失控情况下工作的晶闸管由于连续导通很容易因过载而损坏。因为半导体本身具有续流作用，半控电路只能将交流电能转变为直流电能，而直流电能不能返回到交流电能中去，即能量只能单方向传递。 经过比较本设计选择方案一含续流二极管的单相半控桥式整流电路能更好的达到设计要求。 2.2 主电路结构及其工作原理