例8.1有一电阻性负载要求0～24V连续可调的直流电压，其最大负载电流
，若由交流电网220V供电与用整流变压器降至60V供电，都采用单相
半波可控整流电路，是否都能满足要求？并比较两种方案所选晶闸管的导通角、额定电压、额定电流值以及电源和变压器二次侧的功率因数和对电源的容量要求等有何不同、两种方案哪种更合理（考虑2倍裕量）？
解（1）采用220V电源直接供电，当时
采用整流变压器降至60V供电，当时
所以只要适当调节角，上述两种方案都能满足输出0～24V直流电压的要求。
（2）采用220V电源直接供电，因为，其中在输出最大
时，，，则计算得，
晶闸管承受的最大电压为
考虑2倍裕量，晶闸管额定电压
由式（8.20）知流过晶闸管的电流有效值是
，其中，，
则
考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为
因此，所选晶闸管的额定电压要大于622V，额定电流要大于107A。
电源提供的有功功率
电源的视在功率
电源侧功率因数
（3）采用整流变压器降至60V供电，已知，，由公式
可解得
晶闸管承受的最大电压为
考虑２倍裕量，则晶闸管额定电压
流过晶闸管的最大电流有效值是
考虑２倍裕量，则晶闸管额定电流应为
因此，所选晶闸管的额定电压要大于169.8V，额定电流要大于65.5A。
电源提供的有功功率
电源的视在功率
则变压器侧的功率因数
例8.2单相桥式全控整流电路带大电感负载，，，计算当时，输出电压、电流的平均值以及流过晶闸管的电流平均值和有效值
以及流过晶闸管的电流平均值和有效值。若负载两端并接续流二极管，如图8.15所示，则输出电压、电流的平均值又是多少？流过晶闸管和续流二极管的平均值和有效值又是多少？并画出这两种情况下的电压、电流波形。
解（1）不接续流二极管时的电压、电流波形如图8.16（a）所示，由于是大电感负载，故由式（8.36）和式（8.27）可得
因负载电流是由两组晶闸管轮流导通提供的，故由式（8.38）知，流过晶闸管的电流平均值和有效值为
图8.16 单相桥式全控整流有续流二极管的电感性负载波形
（a）没有续流二极管波形图（b）有续流二极管波形图
（2）加接续流二极管后的电压、电流波形如图8.16（b）所示，由于此时没有负电压输出，电压波形和电路带电阻性负载时一样，所以输出电压平均值的计算可利用式（8.28）求得，即
输出电流的平均值为
负载电流是由两组晶闸管及所接续流二极管共同提供的，根据图8.16（b）
所示的波形可知，每只晶闸管的导通角均为，续流二极管的导通角为，所以通过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值分别为
例8.3有一反电动势负载，采用单相桥式串平波电抗器并加续流二极管的电路，其中平波电抗器的电感量足够大，电动势，负载的内阻，交流侧电压为220V，晶闸管的控制角，求流过晶闸管、整流二极管以及续流二极管的电流平均值和有效值。
解先求整流输出电压平均值
再来求流过负载的电流平均值，因串接的平波电抗器的电感量足够大，所以得到的电流波形为一直线。则
由图8.20（a）可见，晶闸管和整流二极管的导通相同都是，所以流过晶闸管及整流二极管的电流平均值和有效值为
而续流二极管在一个周期内导通了两次，其导通角为，因此，流过
续流二极管的电流平均值和有效值为
例8.4某龙门刨床工作台拖动采用V-M直流调速系统，其中直流电动机为
Z 2-93型，60kW，220V，350A，1000r/min，C
e
=0.2V·min/r；主回路总电阻R=0.18
Ω，要求D=20，S≤5%。开环调速系统能否满足要求？
解已知系统当电流连续时，在额定负载下的转速降落为
开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为
已远远超过了5%的要求，更何况满足调速范围最低转速的情况以及考虑电流断续时的情况呢？
如果要满足D=20，S≤5%的要求，额定负载下的转速降落可以根据式（8.8）求得为
例8.5对于例8.4所示的开环系统，采用转速负反馈构成单闭环系统，且已知晶闸管整流器与触发装置的电压放大系统K
s
=30，转速反馈系数
，为了满足给定的要求，计算放大器的电压放大系数K
p
。
解由例8.4知，系统的开环速降，满足指标要求的速降为
，则由式（8.71）可以求得闭环系统的开环放大系数为
由，可以求得放大器的放大系数为
例8.6对于例8.4的V-M系统，按例8.5要求构成转速反馈单闭环调速系统，除了前述所有已知条件和性能要求外，又知道晶闸管整流装置采用三相桥式全控整流电路，电枢回路总电感为L=2.16mH，整个系统的飞轮惯量为
，试分析系统的稳定性。
解计算系统各时间常数
为保证系统稳定，根据式（8.93），系统的开环放大倍数应为
6脉冲、12脉冲可控硅整流器原理与区别 2007-2-8 10:36:00文/厂商稿出处：https://www.doczj.com/doc/ef2016724.html, 摘要：本文从理论推导、实测数据分析、谐波分析和改善对策、性能对比四个方面详细阐述6脉冲和12脉冲整流器的原理和区别。对大功率UPS的整流技术有一个深入全面的剖析。 一、理论推导 1、6脉冲整流器原理： 6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别控制，所以叫6脉冲整流。 当忽略三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，延迟触发角a为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为：
(1-1) 由公式（1-1）可得以下结论： 电流中含6K?1（k为正整数）次谐波，即5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 图1.1 计算机仿真的6脉冲A相的输入电压、电流波形2、12脉冲整流器原理： 12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端、增加移
相变压器后在增加一组6脉冲整流器，使直流母线电流由12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。 下图所示I和II两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。 12脉冲整流器示意图（由2个6脉冲并联组成） 桥1的网侧电流傅立叶级数展开为： (1-2) 桥II网侧线电压比桥I超前30?，因网侧线电流比桥I超前30? (1-3) 故合成的网侧线电流
(1-4) 可见，两个整流桥产生的5、7、17、19、...次谐波相互抵消，注入电网的只有12k?1（k为正整数）次谐波，即11、13、23、25等各次谐波，且其有效值与与谐波次数成反比，而与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 图1.2 计算机仿真的12脉冲UPS A相的输入电压、电流波形二、实测数据分析。 以上计算为理想状态，忽略了很多因数，如换相过程、直流侧电流脉动、触发延迟角，交流侧电抗等。因此实测值与计算值有一定出入。
桥式整流电路计算 桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。 桥式整流电路计算主要参数： 单相全波整流电路图 利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。从图中可见正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。 全波整流的特点： 输出电压V O高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用，效率较高。 主要参数： 桥式整流电路电感滤波原理 电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时,电感器L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，电感L有平波作用
桥式整流电路电感滤波优点：整流二极管的导电角大，峰值电流小，输出特性较平坦。 桥式整流电路电感滤波缺点：存在铁心，笨重、体积大，易引起电磁干扰,一般只适应于低电压、大电流的场合。 例10.1.1桥式整流器滤波电路如图所示，已知V1是220V交流电源，频率为50Hz，要求直流电压V L=30V，负载电流I L=50mA。试求电源变压器副边电压v2的有效值，选择整流二极管及滤波电容。
桥式整流电路电容滤波电路 图10.5分别是单相桥式整流电路图和整流滤波电路的部分波形。这里假设t<0时，电容器C已经充电到交流电压V2的最大值（如波形图所示）。 结论1：由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。
可控硅整流电路中的波形系数 某一电压(或电流)的有效值与其平均值之比，我们称之为波形系数。在可控硅整流电路中波形系数是个值得注意的问题。为说明这个问题，我们先按图1所示的可控硅半波整流电路做个实验，各元件的型号和参数仅供参考。 先将R值调至最大，接通电源，此时直流电压表指示为零，灯泡不亮。然后慢慢减小R值，电压表读数逐渐增大，灯泡逐渐增亮。我们会发现当直流电压表指示为10伏时，灯泡便达到正常亮度了，这就是说灯泡的功耗已达额定功率了，若再继续增高电压，灯泡就可能烧毁。为什么电压表的读数还远没有达到灯泡的额定电压36伏，而灯泡的功耗却已达到额定功率了呢? 灯光中流过的电流是单向脉动电流，灯泡两端的电压为单向脉动电压，其波形如图2中实线所示。直流电压表的读数是这种脉动电压的平均值，而刁；是它的有效值。其有效值却要比平均值大得多。 根据电工学知识，这种周期性的单向脉动电压的有效值U。乃是瞬时值的平方在一个周期内平均值的算术平方根(均方根值)，即
将不同的Q值代入式(3)，就得到相应的K值，如表一所示。由表一可以看出，当可控硅的移相角由零变到n时，波形系数K值逐渐增大，而且增大的速度越来越快，当。接近，I时，K值将急聚增加(而U和Uo都急聚下降。) 现在再来看看实验结果。据式(2)可算出，当直流电压表指示10伏即U。=10伏时，CO$n=-0．7979，波形系数K~3．57， Uo~35．7伏。Uo己相当接近灯泡的额定电压了，所以灯泡达到正常亮度。
根据同样的道理可算出，当G相同时，在电阻性负载的全波可控整流电路中，输出脉动电压(波形见图3中的实线)系数的1／／2倍。在上述计算中，均忽略了可控硅导通时的正向压降。对其他形式的整流电路以及负载呈电感性时输出电压的波形系数，本文不再赘述。 由上面的分析可知，在用可控硅进一行整流时，直流电压表(或电流表)上L的读数是输出电压(或电流)的平均1K值，不能将读数直接代入公式卜U2 L来计算负载上的功耗，这是因为式中U为负载R，上的电压有效值，即U=Uo。 如欲减小波形系数，使输出出电压有效值接近于平均值，有三条措施可取： (1)尽量减小可控硅的移相角，如Q：o时，则K=I．57(单相半波)： (2)当 负载额定电压比输入交流电压的有效值低得多时，先用变压器降压再进行整 流； (3)尽量采用单向可控整流或三相可控整流电路。如忽视波形系数的影 响，尽管电压表的读数还远未达到负载的额定电压，但仍有可能烧毁电器， 以致造成不应有的损失。这是必须注意的。
1主电路的原理 1.1主电路 其原理图如图1所示。 图1 三相桥式全控整理电路原理图 习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。 1.2主电路原理说明 整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图2所示。
图2 反电动势α=0o时波形 α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud = ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。 整流电路分类： 单向、三相与多项整流电路； 还可分为半波、全波、桥式整流电路； 又可分为可控与不可控；当全部或部分整流元件为可控硅（晶闸管）时称可控整流电路 （一）不可控整流电路 1、单向二极管半波整流电路 半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低；因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。 输出直流电压U=0.45U2 流过二极管平均电流I=U/RL=0.45U2/RL 二极管截止承受的最大反向电压是Um反=1.4U2 2、单向二极管全波整流电路 因此称为全波整流，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率（Usc＝0.9e2，比半波整流时大一倍） 另外，这种电路中，每只整流二极管承受的最大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用能承受较高电压的二极管。 输出直流电压U=0.9U2
流过二极管平均电流只是负载平均电流的一半,即流过负载的电流I=0.9U2/RL流过二极管电流I=0.45U2/RL 二极管截止时承受2.8U2的反向电压 因此选择二极管参数的依据与半波整流电路相比有所不同，由于交流正负两个半周均有电流流过负载，因此变压器的利用率比半波整流高。 二极管全波整流的另一种形式即桥式整流电路，是目前小功率整 流电路最常用的整流电路。 3、二极管全波整流的结论都适用于桥式整流电路，不同点仅是每个二 极管承受的反向电压比全波整流小了一半。 桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半！ U=0.9U2 流过负载电流I=0.9U2/RL 流过二极管电流I=0.45U2/RL 二极管截止承受反向电压U=1.4U2 另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。 图5-7 示出了二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半，三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时"，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R 一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大，R应选得越小。
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、
一、三相桥式全控整流电路分析 三相桥式全控整流电路原理图如图所示。三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。 其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π／3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π／3；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差π，给分析带来了方便；当α=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。
在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管VT1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VT1流向负载，再经VT6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VTl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VT2，电流即从b相换到c相，VT6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经VTl、负载、VT2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VT3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管VT2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。 仿真实验 “alpha_deg”是移相控制角信号输入端，通过设置输入信号给它的常数模块参数便可以得到不同的触发角α，从而产生给出间隔60度的双脉冲。 二、MATLAB仿真 （1）MATLAB simulink模型如图 （2）参数设置 电源参数设置：电压设置为380V，频率设为50Hz。注意初相角的设置，a相电压设为0，b相电压设为-120，a相电压设为-240。
上次课内容 1、集成功放及应用。（了解） 2、变压器耦合功放的分析。（理解） 3、功放管的散热。（了解） 4、功率放大器一章习题课。 本次课内容（2学时）（可视学时情况选择讲授或不讲） 第七章 直流电源 §7-1 可控硅及其伏安特性 7-1-1 可控硅的结构和符号 图1 可控硅的结构 全称是硅可控整流元件,又名晶闸管。外形有平面型、螺栓型,还有小型塑封型等几种。图1（a）是常见的螺栓型外形，有三个电极：阳极a、阴极k 和控制极g。图1（b）是可控硅的符号。图1（c）是内部结构示意图。 图1（c）:可控硅由、、、四层 半导体组成。从引出的是阳极a、从引出的 是阴极k、从引出的是控制极g；内部有三个结，分别用、和表示。 7-1-2 可控硅的工作原理 1P 122N P N 1P 2N 2P PN 1J 2J 3J 图2 可控硅工作特点的实验 演示电路如图2（a），阳极a 接电源正极、阴极k 接电源负极；开关S 断开，H 不亮，可控硅不导通。S 闭合，即控制极g 加正向电压，如图2（b），灯H 亮，可控硅导通。可控硅导通后，将S 断开，灯仍亮，如 图2（c），表明可 控硅仍导通，说明 可控硅一旦导通 后，控制极就失去 了控制作用。要关 断可控硅，可去掉正向电压或减小正向电流到可控硅难以维持导通,则可控硅关断。
如可控硅加反向电压，则无论是否加控制极电压，可控硅均不会导通。若控制极加反向电压，则无论可控硅阳极与阴极之间加正向还是反向电压，可控硅均不会导通。 可控硅的工作特点： 1、可控硅导通必须具备两个条件：一是可控硅阳极与阴极间必须接正向电压，二是控制极与阴极之间也要接正向电压； 2、可控硅一旦导通后，控制极即失去控制作用； 3、导通后的可控硅要关断，必须减小其阳极电流使其小于可控硅的维持电流。 H I 图3 可控硅工作原理分析 图3为可控硅的内部结构示意图: 可控硅可以看成由一只NPN 型三极管 与一只PNP 型三极管组成。如仅在阳 极a 和阴极k 之间加上正向电压，由 于三极管发射结无正偏电压而无 法导通。若a、k 间加上正向电压，并 在管的基极g 加上正向电压，使产生基极电流，此电流经管放 大以后，在集电极上产生2T 1T 1 T G I 1T 1T G I 1β的电流，又因为的集电极电流就是的基极电流，所以经过再次放大，在管的集电极电流就达到1T 2T 2T 2T G I 21ββ，而此电流又重新反馈到管作为的基极电流又一次被放大，如此反复下去，与两管之间因为有如此强烈的正反馈，使两只三极管迅速饱和导通，即可控硅阳极a 与阴极k 之间完全导通。以后由于基极上自动维持的正反馈电流，所以即使去掉基极g 上的正向电压，和仍能继续保持饱和导通状态。可控硅导通时，、饱和导通总压降约1V 左右，如果阳、阴极之间正向电压太低，使流过阳极的电流难以维持导通，、就截止，从而可控硅关断。 1T 1T 1T 1T 2T 1T 1T 1T 2T 1T 2T 1T 2T 可控硅控制极的电压、电流比较低（电压只有几伏，电流只有几十至几百毫安），但被控制的器件可以承担很大的电压和通过很大的电流（电压可达几千伏，电流可大到几百安以上）。可控硅是一种可控的单向导电开关，常用于以弱电控制强电的各类电路中。 7-1-3可控硅的主要参数 1、额定正向平均电流 在规定的环境温度和散热条件下，允许通过阳极和阴极之
一、半波整流电路 图１ 图1是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz组成。变压器把市电电压变换为所需要的交变电压e2，D 再把交流电变换为脉动直流电。 下面从图2的波形图上看看二极管是怎样整流的。 图２ 变压器次级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图2（a）所示。在0～π时间内，e2 为正半周即变压器上端为正下端为负。此时整流二极管承受正向电压而导通，e2 通过它加在负载电阻Rfz上，在π～2π时间内，e2 为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时D承受反向电压，不导通，Rfz上无电压。在2π～3π时间内，重复0～π时间的过程，而在3π～4π时间内，又重复π～2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被"削"掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，如图2（b）所示，达到了整流的目的，但是，负载电压Usc 。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。 这种除去半周、留下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc =0.45e2 ）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。 二、全波整流电路 如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图3是全波整流电路的电原理图。 图３ 全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a 、e2b ，构成e2a 、D1、Rfz与e2b 、D2 、Rfz ，两个通电回路。
桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。 桥式整流电路计算主要参数： 单相全波整流电路图 利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。从 图中可见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。 全波整流的特点： 输出电压V O高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充 分利用，效率较高。 主要参数：
桥式整流电路电感滤波原理 电感滤波电路利用 电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，当电源提供的电流增大（由电源电压增加引起）时,电感器L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，电感L有平波作用 桥式整流电路电感滤波优点：整流二极管的导电角大，峰值电流小，输出特性较平坦。 桥式整流电路电感滤波缺点：存在铁心，笨重、体积大，易引起电磁干扰, 只适应于低电压、大电流的场合。
例10.1.1桥式整流器滤波电路如图所示，已知V1是220V交流电源，频率为50Hz， 直流电压V L=30V，负载电流I L=50mA。试求电源变压器副边电压v2的有效值，选择整流二极管及滤波电容。
桥式整流电路电容滤波电路 图10.5分别是单相桥式整流电路图和整流滤波电路的部分波形。这里假设‘ 、 t<0时，电容器C已经充电到交流电压V2的最大值（如波形图所示）。 结论1：电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。
例8.1有一电阻性负载要求0～24V连续可调的直流电压，其最大负载电流，若由交流电网220V供电与用整流变压器降至60V供电，都采用单相 半波可控整流电路，是否都能满足要求？并比较两种方案所选晶闸管的导通角、额定电压、额定电流值以及电源和变压器二次侧的功率因数和对电源的容量要求等有何不同、两种方案哪种更合理（考虑2倍裕量）？ 解（1）采用220V电源直接供电，当时 采用整流变压器降至60V供电，当时 所以只要适当调节角，上述两种方案都能满足输出0～24V直流电压的要求。 （2）采用220V电源直接供电，因为，其中在输出最大 时，，，则计算得， 晶闸管承受的最大电压为 考虑2倍裕量，晶闸管额定电压 由式（8.20）知流过晶闸管的电流有效值是 ，其中，， 则 考虑2倍裕量，则晶闸管额定电流应为
因此，所选晶闸管的额定电压要大于622V，额定电流要大于107A。 电源提供的有功功率 电源的视在功率 电源侧功率因数 （3）采用整流变压器降至60V供电，已知，，由公式可解得 晶闸管承受的最大电压为 考虑２倍裕量，则晶闸管额定电压 流过晶闸管的最大电流有效值是 考虑２倍裕量，则晶闸管额定电流应为
因此，所选晶闸管的额定电压要大于169.8V，额定电流要大于65.5A。 电源提供的有功功率 电源的视在功率 则变压器侧的功率因数 例8.2单相桥式全控整流电路带大电感负载，，，计算当时，输出电压、电流的平均值以及流过晶闸管的电流平均值和有效值 以及流过晶闸管的电流平均值和有效值。若负载两端并接续流二极管，如图8.15所示，则输出电压、电流的平均值又是多少？流过晶闸管和续流二极管的平均值和有效值又是多少？并画出这两种情况下的电压、电流波形。 解（1）不接续流二极管时的电压、电流波形如图8.16（a）所示，由于是大电感负载，故由式（8.36）和式（8.27）可得 因负载电流是由两组晶闸管轮流导通提供的，故由式（8.38）知，流过晶闸管的电流平均值和有效值为
半波整流全波整流桥式整流的详细介绍适合入门者 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
半波整流、全波整流、桥式整流 整流，就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。 一、半波整流电路 图(1)是一种最简单的整流电路。它由 电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻 Rfz ，组成。变压器把市电电压（多为220 伏）变换为所需要的交变电压E2 ，D 再把 交流电变换为脉动直流电。 下面从右图(2)的波形图上看着二 极管是怎样整流的。 变压器砍级电压E2 ，是一 个方向和大小都随时间变化的正 弦波电压，它的波形如图(2)(a) 所示。在0～π时间内，E2 为正 半周即变压器上端为正下端为 负。此时二极管承受正向电压面 导通，E2 通过它加在负载电阻 Rfz上，在π～2π时间内，E2 为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时D 承受反向电压，不导通，Rfz，上无电压。在2π～3π时间内，重复0～π时间的过程，而在3π～4π时间内，又重复π～2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被"削"掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，如图5-2（b）所示，达到了整流的目的，但是，负载电压Usc 。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。 这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc = ）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。
整流电路将交流电压变换成单向脉动的电压，为了改善电压的脉动程度，得到较平直的直流电压，以满足电子设备的需要，常在整流电路输出端接上滤波电路。 滤波电路主要由电容、电感元件组成，从本篇的电容滤波电路开始，分三篇分别介绍这几种滤波电路。如下图所示，在桥式整流电路负载两端并联一个电容器C，利用电容C的充放电作用，可以使负载上得到的电压较为平直。 当输入电压u2u2正半周时，如果u2>u C u2>uC，二极管VD1、VD3导通（参看《二极管单相整流电路：桥式整流工作原理及桥式整流组件(硅堆)》的单相桥式整流电路图），电流流过负载R L RL的同时，也对电容C充电，忽略二极管的正向管压降，电容C两端的电压u C uC和输入电压u2u2相同，并充电到最大值2√u22u2，当u2u2按正弦规律连续下降时，在接负载R L RL的情况下，开始时u C uC也是按u2u2的规律下降；但是，由于u2u2的下降速度大于u C uC的下降速度，所以下降到u2u C|u2|>uC时，如上图，VD2、VD4开始导通，此时电容C放电停止，u2u2重新对电容充电，使u C uC按正弦规律充电到最大值2√u22u2，然后u2u2下降到|u2|单相半控桥式晶闸管整流电路的设计
单相半控桥式晶闸管整流 电路的设计 Prepared on 22 November 2020
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。
摘要 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
可控硅整流器的原理、结构及用途 发布日期：2012-06-08 浏览次数：459 核心提示：可控硅整流器，是一种以晶闸管(电力电子功率器件)为基础，以智能数字控 制电路为核心的电源功率控制电器。具有效率高、无机械 可控硅整流器，是一种以晶闸管(电力电子功率器件)为基础，以智能数字控制电路为核心的电源功率控制电器。具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。 晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器(Silicon Controll ed Rectifier——SCR)，以前被简称为可控硅。由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。 自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。 可控硅整流器的工作原理 可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic 2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G 的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 可控硅整流器的结构 ◆从外形上来看，可控硅整流器也主要有螺栓型和平板型两种封装结构。
1、桥式整流 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。 桥式整流电路如图Z0705所示，其中图（a）、（b）、（c）是它的 三种不同画法。它是由电源变压器、四只整流二极管D1~4 和负载 电阻R L组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。 桥式整流电路的工作原理如图Z0706所示。在u2的正半周，D1、 D3导通，D2、D4截止， 电流由T R次级上端经 D1→R L →D3回到 TR次级下端，在负载 RL上得到一半波整流 电压。 在u2的负半周，D1、 D3截止，D2、D4导通， 电流由Tr次级的下端 经D2→R L→D4回到 Tr次级上端，在负载RL 上得到另一半波整流 电压。 这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电 流的计算与全波整流相同，即 UL = 0.9U2 GS0709 I L = 0.9U2／R L GS0710 流过每个二极管的平均电流为 I D= I L／2 = 0.45 U2／R L 每个二极管所承受的最高反向电压为 2、半波整流电路 半波整流电路，由电源变压器Tr整流二极管D和负载电阻RL组成，如下图所示。电路的工作过程是：在u2的正半周（ωt=0~π），二极管因加正向偏压而导通，有电流iL流过负载电阻RL。由于将二极管看作理想器件，故RL上的电压uL与u2的正半周电压基本相同。
市电（交流电网）变为稳定的直流电需经过变压、整流、滤波和稳压四个过程。利用二极管的单向导电性，将大小和方向都随时间变化的工频交流电变换成单方向的脉动直流电的过程称为整流。有时将变压器、整流电路和滤波电路一起统称为整流器。 （1）正半周u2瞬时极性a(+)，b(-)，VD正偏导通，二极管和负载上有电流流过。若向压降UF忽略不计，则uo=u2。 （2）负半周u2瞬时极性a(-)，b(+)，VD反偏截止，IF≈0，uD=u2。
经验整流电路简单的计 算公式 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】
整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。 整流电路分类： 单向、三相与多项整流电路； 还可分为半波、全波、桥式整流电路； 又可分为可控与不可控；当全部或部分整流元件为可控硅（晶闸管）时称可控整流电路 （一）不可控整流电路 1、单向二极管半波整流电路 半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低；因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。 输出直流电压U= 流过二极管平均电流 I=U/RL=RL 二极管截止承受的最大反向电压是 Um反= 2、单向二极管全波整流电路 因此称为全波整流，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率（Usc＝，比半波整流时大一倍） 另外，这种电路中，每只整流二极管承受的最大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用能承受较高电压的二极管。 输出直流电压U=
流过二极管平均电流只是负载平均电流的一半,即流过负载的电流I=RL流过二极管电流I=RL 二极管截止时承受的反向电压 因此选择二极管参数的依据与半波整流电路相比有所不同，由于交流正负两个半周均有电流流过负载，因此变压器的利用率比半波整流高。 二极管全波整流的另一种形式即桥式整流电路，是目前小功率整 流电路最常用的整流电路。 3、二极管全波整流的结论都适用于桥式整流电路，不同点仅 是每个二极管承受的反向电压比全波整流小了一半。 桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半！ U= 流过负载电流I=RL 流过二极管电流I=RL 二极管截止承受反向电压U= 另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。 图5-7 示出了二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半，三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二
半导体变流技术与可控硅整流装置 一. 概述 半导体变流技术是近代工业发展到半导体时代最典型的技术之一，他不仅在发电机励磁系统方面得到广泛的应用，在冶金、化工、机械制造、交通运输等各方面都得到广泛的应用。可以说，现代生活、生产无处不存在变流技术。 半导体变流技术是现代励磁系统最基本的技术之一。在发电机励磁系统上他不仅取代了传统的直流励磁机，而且在励磁调节方面取代了传统的磁放大器、相复励变压器和整流器，甚至在灭磁方面也部分取代了磁场断路器和灭磁电阻的作用。现代发电机励磁系统中，从电源的变换到发电机励磁能量的提供，无处不存在变流技术的应用。 本课程主要就半导体变流技术的几种典型应用和具体电路进行分析，同时介绍能达公司生产的STR系列整流装置的基本性能和技术指标。另外还利用一定的篇幅根据整流装置在现场的应用介绍一些装置的故障判断和处理方法。希望通过本课程能够对本公司生产人员在变流技术方面提供一定的帮助。 二. 变流技术的种类 根据变流技术的应用和具体电路，我们将变流技术分成如下几类： 单相半波整流 单相全波整流不可控整流 单相桥式整流 单相整流 单相半波可控整流 单相桥式半控整流可控整流 单相桥式全控整流半导体变流 三相零式整流不可控整流 三相桥式整流三相整流 三相半控桥可控整流 三相全控桥
上面的分类只是按照应用最多的情况进行的分类，实际应用中远较上面的要多。比如六相整流、十二相整流等等。由于这些电路在励磁系统中应用的较少，我们在分类时就没有将他们列入。实际上，在早期的模拟式自动励磁调节器的电压测量回路中，为了保证测量电压的纹波系数，六相和十二相整流电路应用的还是很普遍的，只是现代微机励磁调节器采用交流电压采样方式以后，对测量电压的纹波要求相对降低了而不怎么采用了。 三. 单相整流电路 3.1单相半波整流电路 单相半波整流电路接线图及波形图见图一 单相半波整流是半导体变流技术中最基本的电路。他是利用半导体二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电最基本的方法。由于二极管的单向导电性，变压器二次电压只有正方向电流才能够通过二极管而施加到负载上，而负方向由于二极管的阻断作用而不能施加到负载上，因此，负载上获得的平均电压仅为变压器二次电压的一半。由于存在二极管导通压降和变压器二次绕组的压降，故电路中： 245.0U U d = 由于在电路的输出侧装有滤波电容器，负载上的最高电压将可以达到变压器二次电压的峰值电压，即22u u d = ；同时，由于电容器的放电作用，在变压器二次电压下降时，负载 上的电压并不随二次电压下降而下降，而是由电容器的放电曲线所决定。单相半波整流电路的波形图见图一（b ）。图中：兰色曲线为变压器二次电压，红色曲线为无滤波电容器时的整流输出电压，棕色曲线为有滤波电容器时负载上的电压。 当整流二极管换为可控硅，电路变化为可控单相整流电路时，负载上的平均整流电压由： 2 cos 145.0)(sin 221 2 2α ωωπ π α +== ?U t td U U d 决定。 ZB I 2 e 2 e 1 e 2 c I fz R fz U d ωt U d =0.45U 2 图一（a ）单相半波整流电路原理图 图一（b ）单相半波整流电路波形图 e 2、U d 2π
课程设计 题目单相全控桥式晶闸管整流电路设计学院 专业 班级 姓名 指导教师 2014 年 5 月19 日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 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