单相桥式可控整流电路的设计
电力电子技术课程设计报告单相桥式可控整流电路的设计
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单相桥式可控整流电路设计
一.引言
整流电路（Rectifier）尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，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。因此对单相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。
随着电力电子技术的不断发展,可控整流电路在直流电动机控制、可变直流电源、高压直流输电、电化学加工处理方面得到广泛的应用。本课题基于Matlab语言,建立了单相桥式可控整流电路、三相桥式可控整流电路以及大功率双反星型整流电路的动态仿真模型,给出了仿真实例,验证了模型的正确性,并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列优点,从而为电力电子电路的教学及设计提供了一个有效的辅助工具。
二．设计任务
（1）了解单相桥式可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作情况。
（2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。
（3）熟悉单相桥式整流电路和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析电路原理及其应用。
三．设计方案及论证
可控整流电路的一般结构系统框图如下：
1-电源（工频电网）；2-整流主电路；3-滤波电路；4-负载；5-控制电路及保护电路
整流主电路的选择
整流主电路的选择，应根据用户的要求、用户所提供的电源以及装置容量来决定。一般情况下，装置容量在5KW以下，多采用单相整流电路，对于有逆变桥要求的宜采用单相全控无续流的整流电路；而大于５KW，额定直流电压又较高时，多采用三相整流电路，对于有可逆变要求的，宜采用全控桥，而要求纹波系统小，提供电压低、大电流宜采用带平衡电抗器六相双反星形晶闸管整流电路，总之，选择整流主电路的主要原则有：
（１）整流器开关器件的电流容量和电压容量必须得到充分利用；
（２）整流器直流输出电压波纹系统越小越好，以减小整流直流电压的脉动分量，从而完全省去或减小平波电抗；
（３）应减少整流器的交流侧的谐波分量，从而减小整流设备给电网带来的谐波污染，以保证整流器有较高的功率因数和减小对电网和弱电系统的干扰；
（４）应充分利用整流变压器的容量，使变压器的等值容量S尽可能接近于直流容量P，避免产生磁通直流分量。
主电路电路图如下
四、总体电路设计
VT2
单相桥式全控整流电路原理
五、各功能模块电路设计
VT1、VT2为触发脉冲相位互差180?的晶闸管，VD1和VD2为整流二极管，由这四个器件组成单相桥式半控整流电路。电阻R和电感L为负载，若假定电感L足够大，即WL≥R，
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（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。 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
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、
什么是整流电路 整流电路（Rectifying circuit）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。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。可以从各种角度进行分类，主要分类方法有：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流舒服相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次电流的方向是单相或双向，又分为单拍电路和双拍电路。 整流电路的发展与应用 力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作用，因此不管是整流器还是电力电子技术的发展都是以电力电子器件的发展为纲的，1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一次革命；1957年美国通用公司研制了第一个晶体管，标志着电力电子技术的诞生；70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应管（power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表的符合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。另外，采用全控型器件的电路的主要控制方式为PWM脉宽调制式，后来，又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC），随着全控型电力电子器件的发展，电力电子电路的工作频率也不断提高。同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术便应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）把电力电子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。 说主要任务 本次设计的主题是设计一个单相桥式电路。确定设计方案，通过方案来设计各个单元电路，如触发电路、保护电路等。根据要求计算参数，包括触发角的选择，输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析，器件戈定参数确定等。完成这些后，将各个单元电路衔接起来，并完成主电路的设计。然后再用MATLAB软件仿真，如有错误进行修改，最后将仿真图形保存下来。 课程设计的总体要求 （1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。 （2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。 （3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。 （4）按时参加课程设计指导，定期汇报课程设计进展情况。 （5）广泛收集相关技术资料。 （6）独立思考，刻苦钻研，严禁抄袭。 （7）按时完成课程设计任务，认真、正确地书写课程设计报告。 （8）培养实事求是、严谨的工作态度和认真的工作作风。
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
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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
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
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、
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
湖南工学院 课程设计说明书 课题: 单相桥式整流电路的设计 专业: 电气自动化 班级: 电气0601班 姓名: 陈澍 学号：401060704 指导老师：肖文英
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 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实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于夯实基础，故我们单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。
1. 设计任务说明…………………………………………………………1. 2. 方案选择 (2) 2.1器件的介绍 (2) 2.2整流电路的比较 (5) 3. 辅助电路的设计 (7) 3.1 驱动电路的设计 (7) 3.2 保护电路的设计 (11) 3.3 过压保护 (12) 3.4 电流上升率、电压上升率的抑制保护 (13) 4. 主体电路的设计 (14) 4.1 主要电路原理及说明 (14) 4.2 感性负载可控整流电路 (15) 4.3 主电路的设计 (17) 4.5 主要元器件的说明 (18) 4.5 性能指标分析 (20) 4.6 元器件清单 (20) 5. 设计总结 (22) 6. 参考文献 (23) 7. 鸣谢 (24)
单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路 一.单相全波可控整流电路 单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又称单相双半波可控整流电路。 图1 单相全波可控整流电路及波形 单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。单相全波与单相全控桥的区别是：单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应的，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。因此，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用 1.电路结构 图2.单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形 单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路（先不考虑VDR）。单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路图如2所示，四个晶间管组成整流桥，其中vTl、vT4组成一对桥臂，vT 2、vT3组成另一对桥臂，vTl和vT3两只晶闸管接成共阴极，VT2和VT 4两只品间管接成共阳极，变压器二次电压比接在a、b两点，u2=1.414U2sin(wt) 2.电阻负载 半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。其工作过程如下： a)在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。 b) u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。 c)在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。 d)u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，u d又为零。 3.续流二极管的作用 1)避免可能发生的失控现象。2)若无续流二极管，则当a突然增大至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u d成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。3)有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。4)续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。 4.单相桥式半控整流电路的另一种接法
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 -
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
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
学科电子班级13电1日期2012-5-26授课 李英教师 题目单相桥式整流电路课时数1课时 形式讲授法、实验法、 课型新授手段演示法、讨论法 1．知识和技能 教学目标 知道单相桥式整流电路的组成和特点，会分析单相桥式整流电路的工作原理，并能画出相应的输出电压、电流的波形，会分析计算单相桥式整流电路中输出电压、电流及晶体二极管的选择。 2．过程与方法 通过电路构成、工作波形图和系列问题的讨论，使学生获得工程技术和问题探究过程的体验，并在过程中感悟、掌握科学研究与技术研究的方法，培养学生的创造性思维能力。 3．情感态度与价值观 通过师生互动和生生互动，激发学生积极思维、勇于创新的兴趣和 动机；通过对电子电路的分析与探讨，培养学生的学习热情和学习兴趣，勇于发现、主动探索的科学精神，并学会与人协作，发扬团队精神。 教学1、桥式整流电路工作原理的分析。 重点 2、桥式整流电路的计算。 教学1、桥式整流电路工作原理的分析。 难点 2、桥式整流电路中元件的选择。 教具黑板、粉笔、桥式整流电路实验板、示波器 内容、方法、步骤设计意图
序言： 本次课承接了上次课的内容，并为后续课程“滤波电路” 的学习奠定了基础，起“承上启下”的作用。 Ⅰ、复习、导入新课： 教 提问：上节课讲了半波整流电路，同学回忆并完成以下问 学题： （1）整流是利用二极管的什么特性来实现整流的？ 过 （2）画出半波整流电路的输出波形 程 该电路存在哪些缺点？如何改进？自然引入新课 ---《单相桥式整流电路》 Ⅱ、新授课 单相桥式整流电路 一、单相桥式整流电路的组成复习提问既让学生对所学过的知识有更深的印象，同时为新课的电路分析和参数估算作知识准备 将电路直接呈现给学生，并让学生与相关课程《电工基础》中
单相桥式可控整流电路的设计
电力电子技术课程设计报告单相桥式可控整流电路的设计 姓名 学号 年级 专业 系（院） 指导教师
单相桥式可控整流电路设计 一.引言 整流电路（Rectifier）尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，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。因此对单相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。 随着电力电子技术的不断发展,可控整流电路在直流电动机控制、可变直流电源、高压直流输电、电化学加工处理方面得到广泛的应用。本课题基于Matlab语言,建立了单相桥式可控整流电路、三相桥式可控整流电路以及大功率双反星型整流电路的动态仿真模型,给出了仿真实例,验证了模型的正确性,并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列优点,从而为电力电子电路的教学及设计提供了一个有效的辅助工具。 二．设计任务 （1）了解单相桥式可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作情况。 （2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。 （3）熟悉单相桥式整流电路和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析电路原理及其应用。 三．设计方案及论证 可控整流电路的一般结构系统框图如下：
1-电源（工频电网）；2-整流主电路；3-滤波电路；4-负载；5-控制电路及保护电路 整流主电路的选择 整流主电路的选择，应根据用户的要求、用户所提供的电源以及装置容量来决定。一般情况下，装置容量在5KW以下，多采用单相整流电路，对于有逆变桥要求的宜采用单相全控无续流的整流电路；而大于５KW，额定直流电压又较高时，多采用三相整流电路，对于有可逆变要求的，宜采用全控桥，而要求纹波系统小，提供电压低、大电流宜采用带平衡电抗器六相双反星形晶闸管整流电路，总之，选择整流主电路的主要原则有： （１）整流器开关器件的电流容量和电压容量必须得到充分利用； （２）整流器直流输出电压波纹系统越小越好，以减小整流直流电压的脉动分量，从而完全省去或减小平波电抗； （３）应减少整流器的交流侧的谐波分量，从而减小整流设备给电网带来的谐波污染，以保证整流器有较高的功率因数和减小对电网和弱电系统的干扰； （４）应充分利用整流变压器的容量，使变压器的等值容量S尽可能接近于直流容量P，避免产生磁通直流分量。 主电路电路图如下
目录 单相桥式全控整流电路仿真建模分析............................... 错误!未定义书签。（一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)......................... 错误!未定义书签。 1.电路的结构与工作原理 ........................................................ 错误!未定义书签。 2.建模 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 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 ........................................................................................ 错误!未定义书签。（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 ........................................................ 错误!未定义书签。 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 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：