1 设计课题任务及总体方案介绍
1.1 设计课题任务
课题：单相桥式全控整流电路设计（阻感性负载）
任务：单相桥式全控整流电路的设计要求为：
1电网供电电压为单相交流220V/50Hz；
2变压器二次侧电压为100V；
3输出电压连续可调，为0～100V；
4移相范围：0o~90o；
5输出功率：500W。
1.2 设计课题总体方案介绍
1.2.1 方案的选择
我们知道，单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。因此在做设计之前我们主要考虑了以下二种方案：
方案一：单相桥式全控整流电路
电路简图如下：
图1.1 单相桥式全控整流电路
对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当α突然增大至180°或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会
U成为正弦半波，即发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使
d
半周期为正弦，另外半周期为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。
方案：单相全波可控整流电路：
电路简图如下：
图1.2 单相桥式全控整流电路
此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，只要用2个可控器件，单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一个管压降，相应地，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。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作用。但是绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗比单相全控桥多，在当今世界上有色金属有限的情况下，这是很不利的，所以我们也放弃了这个方案。
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。
综上所述，针对他们的优缺点，我们采用方案二，即单相桥式全控整流电路（负载为阻感性负载）。
单相电源输
出
驱动电路
整流电路
负载电路
触发电路
保护电路
2 主电路及控制电路的设计
2.1 系统总设计框图
系统原理方框图如图2.1所示：
图 2.1 系统原理方框图
如图2.1所示，电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能。
2.2 系统主体电路原理
主电路原理图如下图2.2所示：
图 2.2 单相桥式全控整流电路原理图
假设L R ω>> ，工作于稳定状态，负载电流连续，近似为一平直的直线。 工作原理： 在电源电压2u 正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在αω=t 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，2u 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2u 负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在
απω+=t 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πω2=t 时，电压2u 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2/πα<时，负载电流d i 才连续，当2/πα>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2/~0π。
2.3 触发电路的设计
对于使用晶闸管的电路，在晶闸管阳极加正向电压后，还必须在门极与阴极之间加触发电压，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。
2.3.1 锯齿波的触发电路及触发原理
图 2.3 锯齿波的触发电路
电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。
三个基本环节
（1）脉冲形成环节
由晶体管V4、V5组成，V7、V8起脉冲放大作用。控制电压uco加在V4基极上。电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。
（2）锯齿波的形成和脉冲移相环节
锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等，本电路采用恒流源电路。恒流源电路方案由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路
（3）同步环节
触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关V2管来控制的，V2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波——锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时间常数R1C1。
2.3.2集成化晶闸管移相触发电路
集成化触发电路具有体积小、功耗小、性能稳定可靠、使用方便等优点。相控集成触发器主要有KC系列和KJ系列。KJ004晶闸管移相触发电路的工作原理和以上锯齿波触发电路原理相似。
图 2.4 锯齿波的触发电路
2.4 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。
2.4.1 过电压保护
电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压保护电路如图2.5所示。
图 2.5 过电压保护电路
2.4.2 过电流保护
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。
图 2.6 过电流保护电路
3 元器件的选取和参数计算
3.1 晶闸管
由于单相桥式全控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。
3.1.1 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。 当2100U =V 时
由20.9cos d U U α=，不计控制角余量按0o α=计算
20.9cos 90d U U α==V （3-1）
22/500/1005I P U === A （3-2）
晶闸管承受的最大正反相电压均为
22141.4TM U U ==V （3-3） 考虑2~3倍裕量
(2~3)339~509N TM U U ==V （3-4） 晶闸管的额定电流为()/1.57 3.18T AV d I I == A （3-5） 考虑1.5~2倍裕量()()(1.5~2)(4.77~6.36)d AV T AV I I == A （3-6） 所以在本次设计中我选用4个KP5A 的晶闸管，其额定电压500V ，额定电流5A 。其参数如表3-1下：
表3-1 KP5A 晶闸管参数表
3.2 快速熔断器的选择
快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，快熔的额定电流Ikr 是用有效值来表示的，一般可按下式选取：
1.57I
α≥Ikr≥Ik
T
Ik 是晶闸管的实际工作电流有效值；
I
α是晶闸管的额定电流。
T
α=1.57×300=471
1.57I
T
Ik=2×0.577×30.5=7.55
可选用RSF-1 500/10型号的。其额定电压500V，额定电流10A。
3.3 并联于晶闸管两端的电阻、电容
电容Cp=1μF,Rp=5Ω
=377～514 V
电容Cp的耐压值≥（1.1～1.5）U
1MA
电阻Rp的功率为10W
3.4 变压器的选取
由设计要求：
1电网供电电压为单相交流220V/50Hz；
2变压器二次侧电压为100V；
3输出功率：500W。
根据参数计算可知:
变压器应选变比为 K=U1/U2=220/100=2.2 ，故选择输入为交流220V，输出为100V ，额定功率为500W的变压器。
4 MATLAB系统仿真
4.1 MATLAB简介
MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用MATLAB产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力。
Simulink是基于MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车动力学系统等等，其中包括连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等等。Simulink提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面，而且Simulink还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合，利用Simulink几乎可以做到不书写一行代码完成整个动态系统的建模工作。
在MATLAB产品族中，自动化的代码生成工具主要有Real-Time Workshop （RTW）和Stateflow Coder，这两种代码生成工具可以直接将Simulink的模型框图和Stateflow的状态图转换成高效优化的程序代码。利用RTW生成的代码简洁、可靠、易读。目前RTW支持生成标准的C语言代码，并且具备了生成其他语言代码的能力。整个代码的生成、编译以及相应的目标下载过程都可以自动完成，用户需要做的仅仅使用鼠标点击几个按钮即可。MathWorks公司针对不同的实时或非实时操作系统平台，开发了相应的目标选项，配合不同的软硬件系统，可以完成快速控制原型（Rapid Control Prototype）开发、硬件在回路的实时仿真（Hardware-in-Loop）、产品代码生成等工作。
另外，MATLAB开放性的可扩充体系允许用户开发自定义的嵌入式系统目标，利用Real-Time Workshop Embedded Coder能够直接将Simulink的模型转变成效率优化的产品级代码。代码不仅可以是浮点的，还可以是定点的。
4.2建立仿真模型
这里的仿真主要是运用MATLAB软件中的simulink工具。先从simulink的元件库中找到需要用的元件，然后搭建相应的主电路，设置好参数后即可进行仿真。
仿真电路图如下图所示.
图 4.1 仿真电路图
4.3 仿真结果分析
1 当触发角0o α=时的仿真波形如下图所示
图 4.2 控制角0o α
=的波形
误差分析：负载100R =Ω，电感L 极大， 变压器二次侧的电压为100V
理论值：()220
1
2
sin
0.9cos090o d U U td t U π
ωωπ
=
==?
V
90
0.9100
d d U I R =
== A 测量值：0.87I =测A （最后一个通道为负载电流波形图） 误差为：%100% 3.3%d d
I I I I -=
?=测
2 当触发角30o α=时的仿真波形如下图所示
图 4.3 控制角30o α
=的波形
误差分析：理论值：()30
22
30
1
2sin 0.9cos3077.94o d U U td t U πωωπ
+=
==?
V
77.94
0.78100
d d U I R =
== A 测量值：0.75I =测 A 误差为：%100% 3.8%d d
I I I I -=
?=测
2 当触发角60o α=时的仿真波形如下图所示
图 4.4 控制角60o
α=的波形
误差分析：理论值：()60
22
60
1
2sin 0.9cos6045o d U U td t U πωωπ+=
==?
V
45
0.45100
d d U I R =
== A 测量值：0.43I =测 A 误差为：%100% 4.4%d d
I I I I -=
?=测
4 当触发角90o α=时的仿真波形如下图所示
控制角为90度
图 4.5 控制角90o α
=的波形
误差分析：理论值：()90
2290
1
2sin 0.9cos900o d U U td t U πωωπ
+=
==?
V
0d
d U I R
=
= A 测量值：0.1I =测 A
以上数据误差可能来源于电感L 并非无穷大、设置触发角α 的时间参数不是标准的30,60,90o o o 所致，但都还在误差允许范围之内，故仿真结果符合要求。
设计总结
电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节，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。
这次课程设计不仅增加了我的知识积累，让我有机会将课堂上所学的电力电子理论知识运用到实际中，了解了这些知识在电源上丰富而强大的用途，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。通过这次课程设计我比较熟练的掌握了MATLAB和Auto CAD这两个软件的使用。
最后，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。同时感谢陆秀令老师的悉心指导和同学们的帮助。
参考文献
[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]马建国.孟宪元.电子设计自动化技术基础.清华大学出版社,2004
[5]曲学基，于明扬..电力电子整流技术及应用.北京电子工业出版社，2008
[6]王锁萍.电子设计自动化教程.四川：电子科技大学出版社，2002
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
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
学号：2011551917 湘潭大学 课程设计 题目单相全控桥式晶闸管整流电路设计 学院信息工程学院 专业自动化专业 班级自动化4班 姓名严梦宇 指导教师兰志勇 2014 年 5 月19 日
课程设计任务书 学生姓名：严梦宇专业班级：自动化4班 指导教师：兰志勇工作单位：湘潭大学 题目: 初始条件：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计（阻感负载） 1、电源电压：交流100V、50Hz 2、输出功率：500w 3、移相范围0°~90° 摘要 本次课程设计只要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先对几种典型的整流电路的介绍，从而对比出桥式全控整流的优点，然后对单相全控桥式晶闸管整流电路的整体设计，包括主电路，触发电路，保护电路。主电路中包括电路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件选择，参数设计；保护电路包括过电压保护，过电流保护，电压上升率抑制，电流上升率抑制。之后就对整体 电路进行Matlab仿真，最后对仿真结果进行分析与总结。 关键词：单相全控桥、晶闸管、整流 单相桥式全控整流电路 电路简图如图： 单相桥式全控整流电路 此电路对每个导电回路进行控制，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。 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。相同的负载下流过晶闸管的平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，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。 系统流程框图 根据方案选择与设计任务要求，画出系统电路的流程框图如图1-5所示。整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，在此设计中采用单相桥式全控整流电路带阻感性负载。 系统流程框图 主电路的设计 主电路原理图如图1-6所示 主电路原理图 输入 过电流保护 整流主电路 过电压保护 驱动触发电路 输出
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、
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
单相桥式全控整流电路 一、原理 图1.1为单相桥式全控整流带电阻电感性负载，图中DJK03是装置上的晶闸管触发装置。假设电路已工作于稳态。 在u2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，ud=u2。负载中有电感存在时负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线，u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至ωt=π+α时刻，给VT3和VT2加触发脉冲，因VT3和VT2本已承受正电压，故两管导通。VT3和VT2导通后，u2通过VT3和VT2分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT3和VT2上，此过程成为换相，亦称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去，其平均值为Ud=0.9U2。 图1.2为单相桥式有源逆变电路实验原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。图中的电阻Rp、电抗Ld和触发电路与单相桥式整流电路相同。 产生有源逆变的条件如下： （1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。 （2）要求晶闸管的控制角α>π/2.，使Ud为负值。 两者必须同时具备才能实现有源逆变。 二、实验内容 （1）单相桥式全控整流电路带电阻性负载。 （2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载。 （3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。 （4）单相桥式整流、单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载时MATLAB的仿真。 三、实验仿真 1.带电阻电感性负载的仿真 启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图1.3所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
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
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。 。
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）
电子技术课程设计说明书 单相桥式全控整流电路设计 学生姓名：学号： 学院：计算机与控制工程学院---- 专业：电气工程及其自动化------ 指导教师：李静李郁峰--------- 2016年 1 月
目录 1引言 (1) 1.1整流电路 (1) 1.2整流电路的发展与应用 (1) 2 课程设计目的与要求 (1) 2.1课程设计目的 (1) 2.2课程设计的预备知识 (2) 2.3 课程设计要求 (2) 3元器件的选择 (2) 3.1晶闸管 (2) 3.1.1晶闸管的结构 (2) 3.1.2晶闸管的工作原理图 (2) 3.1.3晶闸管的门极触发条件 (3) 3.1.4晶闸管的主要参数说明 (3) 3.2 可关断晶闸管 (4) 4电路的结构与工作原理 (5) 4.1电路结构 (5) 4.2 工作原理 (5) 4.3基本数量关系 (5) 5 MATLAB仿真 (6) 5.1 MATLAB软件介绍 (6) 5.2 系统建模与参数设置 (6) 5.2.1 仿真图形 (6) 5.2.2模型参数设置 (7) 5.3 仿真结果与分析 (8) 6 结论 (9) 参考文献 (9) 致谢 (9)
1引言 1.1整流电路 整流电路是电力电子中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。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。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交流成分。变压器设置与否是具体情况而定。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。可以从各种角度对整流电路进行分类，主要的分类方法有：按组成的期间可分为不可控，半控，全控三种；按电路的结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入详述分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧的方向是单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路。 1.2整流电路的发展与应用 电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作用。1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命；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发展迅速，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起，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。 2 课程设计目的与要求 2.1课程设计目的 “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。因此，通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的： （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
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
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、
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)
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 -
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