电子技术课程设计任务书
2012/2013 学年第一学期
学院：信息与通信工程学院
专业：电气工程及其自动化
学生姓名：XX 学号：XXXXXXXX
课程设计题目：单相桥式半控整流电路设计
起迄日期: 12月24日~ 01月4 日
课程设计地点:电气工程系软件实验室
指导教师:XXX
系主任：XXX
下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日
课程设计任务书
1．设计目的：
1.加深理解《电力电子技术》课程的基本理论
2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力
3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
设计条件：1.电源电压：交流100V/50Hz
2.输出功率：500W
α
3.触发角
30
=
4.阻感负载
根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的工作原理、计算选择元器件参数。设计内容包括：1.整流变压器额定参数的计算
2.晶闸管电流、电压额定参数选择
3.触发电路的设计
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
1.根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，
设计电路原理图；
2.利用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。
3.用示波器模块观察和记录电源电压、触发信号、晶闸管电流和电压，负载电流和电
压的波形图。
课程设计任务书
4．主要参考文献：
[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009
[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005
[3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006
[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010
5．设计成果形式及要求：
1.电路原理图及各器件参数计算
2. MATLAB仿真
3.编写课程设计报告。
6．工作计划及进度：
2012年12月24日~ 12月25日设计电路，计算参数
12月26日~ 12月31日对设计的电路进行MATLAB仿真
2013年01月01日~ 01月04日编写课程设计说明书，答辩或成绩考核
系主任审查意见：
签字：
年月日
目录
1. .......................................................................................................................... 绪
论 (2)
2. 单相半控桥式整流电路电路设计 (2)
2.1电路原理图 (2)
2.2单相桥式半控整流电路的计算公式 (3)
2.3带阻感负载时的工作情况 (3)
3. MATLUB仿真 (4)
3.1 MATLUB仿真图 (4)
3.2 元器件参数设置 (4)
3.2.1设置晶闸管参数 (4)
3.2.2设置交流电源参数 (5)
3.2.3设置负载参数 (5)
3.2.4设置脉冲参数 (6)
3.3 仿真结果展示 (7)
4. 结论 (8)
参考文献 (9)
1. 绪论
电力电子技术是以电力、电能为研究对象的电子技术，又称电力电子学（Power Electronics ）。它主要研究各种电力电子半导体器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或设置，以完成对电能的变换和控制。电力电子学是横跨“电子”“电力”“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
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的变换和控制，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的相似之处。
单相桥式整流电路是一种相对重要的整流电路，把交流电能转换成直流电能的一种桥式整流电路。它可以应用到很多的地方，在许多的元器件中都有用到，范围广泛。
本课程设计内容是设计一个单相桥式半控整流电路为PL 负载提供直流电源。本文需要研究的是设计一个主电路、控制电路组成的总电路，以及要进行MATLAB 仿真实验。其中主电路是要设计一个单相半控桥式整流电路，控制电路是要同步信号为锯齿波的触发电路。
2. 单相半控桥式整流电路电路设计
单相半控桥式整流电路总体设计框图如图所示
2.1 电路原理图
100V 交流输入
桥式整流电路
脉冲宽度调节
输出直流电源
实验电路如图所示。
U1U2Ud +
-
T
VT3
VT1
a
b
R
VD2VD4
L
UR
UL
IT3
ID4
I2
IT1
ID2
图中的VT1和VT2为触发脉冲互差180°的晶闸管，VD1和VD2为整流二极管。由这四个管子组成桥式电路。因为只有共阴极的VT1和VT2可控，而共阳极的VD1和VD2不可控，所以称为桥式半控整流电路。电阻Rp和电感Ld为负载，若假定电感Ld足够大，即Ld>>Rp，由于电感中电流不能突变，则可认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值。由于桥式结构的特点，只要晶匣管导通，负载端总要加上正向电压，而负载电流始终是单方向流动，因此桥式半控整流电路只能工作在第一象限，因为Ld>>Rp，所以不论控制角α为何值，负载电流Id波形的变化很小。
2.2单相桥式半控整流电路的计算公式：
输出电压平均值：
值为83.97V
负载电阻值：
值为14.1Ω
输出电流的平均值为：
值为5.96A
流经晶闸管的电流有效值：
π
α
π
α
π
ω
ω
π
π
α
-
+
=
=?2
sin
2
1
2
)
(
)
sin
2
2
(
2
1
2
2
R
U
t
d
t
R
U
I
VT值为1.86A
流经晶闸管的电流额定值：
取值为6A
流经晶闸管的电压额定值：
取值为300V
2. 3 带阻感负载时的工作情况
1）在输入电压的正半周，触发角α处给晶匣管VT1加触发脉冲，电压经VT1和VD2向负载供电。电压过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因此时有电位的高低，使得电流从VD2转移至VD1， VD2关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是VT1和VD1续流。
2）在输入电压的负半周触发角α时刻触发VT2导通，则向VT1加反压使之关断，电压经VT2和VD1向负载供电。电压过零变正时，VD2导通，VD1关断。VT2和VD2续流，电压又为零。
3）重复以上步骤。
3. MATLUB仿真
3.1 MATLUB仿真图
3.2 元器件参数设置
3.2.1设置晶闸管参数(取默认值)
Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8V,Rs=500Ω,Cs=250e-9
U=142V（有效值）,f=50Hz
R=14.1Ω,L=1H
3.2.4 设置时的脉冲参数
触发信号1初相位为0.0017，触发信号2初相位为0.0117
课题单相桥式整流电路执教者教学时间40×2分钟 教学方法启发讲授、项目示范、练习巩固教学用具黑板/粉笔，投影，二极管整流电路示范装置，交流电源调节器，通用双踪示波器，万用表 教学目的通过对单相桥式整流电路原理的理解，能够正确的使用和安装单向桥式整流电路或桥堆（1）根据二极管的单向导电性正确判断桥中二极管的导通、截止状态，并用波形表示；（2）使用示波器分析工作中电路的波形，正确判断桥及桥中二极管的工作情况是否正常；（3）使用万用表对桥的输入、输出电压进行测量、监控，掌握桥的输入、输出关系；（4）根据要求正确地选择二极管或集成的桥堆； （5）正确安装整流桥并接入电路，注意好的职业习惯的培养； 教学重点单向桥式整流电路原理的理解及电路安装 教学难点（1）桥中各桥臂二极管的工作情况分析；（2）整流桥中二极管参数的选择； （3）二极管在整流电路安装时的操作要点。 教学过程 项目内容备注 导入：8min 1、二极管的单向导电性； 2、单向半波、全波整流电路的优劣特点 使用万用表和示波器 对相关内容进行复习。
教学过程( 续) 新 课： 65 min 单相桥式 整流电路 原理 (35min) 1、用不同颜色的发光二极管代替普通的整流二极管组成桥式整流电路，正确接入电 路，演示二极管整流过程。 2、将双踪示波器分别接入相邻、相对两桥臂，观察其变化过程。(1、2共18min) 3、使用万用表对其输入、输出电压进一步跟踪，调节输入电压的大小，测量输出电 压，发现它们之间的数量关系。（14min） 4、师生对上述过程进行分析，探究上述现象形成的原因。(3min) 运用模块式任务导向 教学原理，展开教学， 以突出重点、分化难 点。 器件的选 择与电路 安装 (30min) 1、根据上述原理分析，获得二极管桥式整流电路中二极管上承受最大反压、流过二 极管整流电流值与整流桥交流侧输入电压的关系，从而理解该电路在选择二极管时 所采用的经验式。 2、示范练习并指导学生根据需要选择二极管，并将其正确接入电路。 注意事项 电路安装时，一定要认准交流侧“阴阳-阴阳”串联，直流侧“阴阴-阳阳”并联； 测试桥式整流电路输入、输出电压时要注意万用表使用安全； 测试信号波形时，因测试探头“公共接地”端在测试中的作用，在测试时为了分析方便，当测试扫描一旦确 定，在进行输出、管压降测试时，不要再次调节该参数。 课堂总结及作 业布置(5min) 总结本教学单元的重点，巧妙设置问题考查学生的掌握程度，同时提出思考，为进入滤波电路学习做好铺垫。课堂答疑（2 min）针对本教学单元内的相关问题，课堂上回答学生的疑问，并对比较集中的、非常规性的问题在全班进行解释。教学反思（附后） 2
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
目录 1初始条件 (1) 2主要任务 (1) 3设计方案 (1) 3.1主电路设计 (1) 3.2主电路原理说明 (2) 3.3触发电路的设计 (5) 3.4触发电路原理说明 (6) 3.5保护电路的设计 (7) 3.5.1 过电压保护 (7) 3.5.2 过电流保护 (9) 3.6参数计算 (11) 3.6.1 负载的参数计算 (11) 3.6.2 晶闸管的选择 (12) 3.6.3 变压器的选择 (12) 4心得体会 (13) 参考文献 (14)
三相桥式半控整流电路的设计 1初始条件 设计一个三相桥式半控整流电路，直流电动机负载，电机技术数据如下：V U nom 220= ，A I nom 308=，min 1000r n nom =，r V C e min 196.0=，Ω=18.0a R 。 2主要任务 (1) 设计方案 (2) 完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择 (3) 触发电路、保护电路的设计 (4) 绘制主电路及触发电路（采用集成元件）电气原理图 (5) 撰写设计说明书 3设计方案 首先，技术要求设计一个三相桥式整流电路，这个在课本中讲过，可以通过三相变压器、六个晶闸管、负载构成，而对于半控桥式电路，只需把其中的三个晶闸管换成二极管即可。对于直流电动机负载，在这里我们将其简化，用电阻、电感和反电动势代替之。 3.1主电路设计 三相半控整流电路与三相全控整流电路类似，只是将全控桥中的共阳极组的三个晶闸管用二极管替换，从而简化了整个电路。图中的三个晶闸管为共阴极连接，一般习惯上按图中VT1——VT3——VT5的顺序导通晶闸管。 其原理图如图1所示。
半波整流电路 ★工作原理 电路如右图所示，设 在u2的正半周，A点为正，B点为负，二极管外加正向电压， 因而处于导通状态。电流从A点流出，经过二极管D和负载 电阻流入B点，。 在u2的负半周，B点为正，A点为负，二极管外加反向电压，因而处于截止状态。。波形如下图所示。 ★主要参数 ◆输出电压的平均值：就是负载电阻上电压的平均值U O(A V)。 ◆负载电流的平均值 ◆整流输出电压的脉动系数S：为整流输出电压的基波峰值U OM与输出电压平均值U O(A V)之比，即 S愈大，脉动愈大。 半波整流电路的输出脉动很大。
★二极管的选择 二极管的正向平均电流等于负载电流平均值，即 二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压，即 允许电源电压波动±10％，最大整流平均电流I F 最高反向工作电压U R均应至少留有10%的余地， 单相半波整流的特点：电路简单、所用二极管少。输出电压低、交流分量大(即脉动大)，效率低。只适用于整流电流小，对脉动要求不高的场合。 单相桥式整流电路 ★工作原理 设变压器，U2为其有效值。 ◆当u2为正半周时，D1和D3管导通，D2和D4管 截止，电流由A点流出，方向如右图所示。 u O=u2，D2和D4管承受的反向电压为-u2。 ◆当u2为负半周时，D2和D4管导通，D1和D3 管截止，电流由B点流出，方向如右图所示。 u O=-u2，D1和D3管承受的反向电压为u2。 由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通， 致使负载电阻R L上在u2的整个周期内都有电 流通过，而且方向不变，输出电压 。如右图所示为其电压 和电流的波形，实现了全波整流。 ★输出电压平均值U O(A V)和输出电流平均值I O(A V) ◆输出电压平均值
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
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
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、
课程设计任务书 学生：专业班级：自动化0602班 指导教师：工作单位：自动化学院 题目：三相桥式全控整流电路的设计（带反电动势负载） 初始条件： 1．反电动势负载，E=60V，电阻R=10Ω，电感L无穷大使负载电流连续； 2．U2=220V，晶闸管触发角α=30°； 3．其他器件如晶闸管自己选取。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作得及其技术要求，以及说明书撰写待具体要求） 1.主电路的设计及原理说明； 2.触发电路设计，每个开关器件触发次序及相位分析； 3.保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理分析； 4.各参数的计算（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）； 5.应用举例； 6.心得小结。 时间安排： 7月6日查阅资料 7月7日方案设计 7月8日- 9日馔写电力电子课程设计报告 7月10日提交报告，答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 整流电路就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。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（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。 关键词：整流，变压，触发，过电压，保护电路。
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。
学号 控制系统仿真 单相桥式全控整流电路（电阻性负载） 在MATLAB中的仿真真 在MATLAB软件中的仿真应用 学生姓名 班级 成绩 控制与机械工程学院 2015年6 月19 日
绪论 Matlab以矩阵运算为基础,把计算可视化程序设计融合到了一个交互的工作环境中,可实现工程计算、算法研究、建模和仿真、数据分析及可视化、科学和工程绘图、应用程序开发等功能.Simulink是Mat2lab 所提供的用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成环境,是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具.Matlab5.3与以前的MA TLAB版本的最大区别就是增加了电力系统模块库(PowerSystemBlockset),能快速而准确地对电路及电力系统进行仿真。 1990年MathWorks软件公司为Matlab提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink.作为对Matlab语言运算环境的扩展,在保持Matlab的一般性能基础上,Simulink又增加了许多功能.它与Matlab及其工具箱结合使用,可以完全对连续系统、离散系统、连续和离散混合系统的动态性能进行仿真与分析. Simulink与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点.Simulink 提供了8个子模型库:Continuous(持续环节)、Discrete(离散系统)、Function&Tables(函数及图表)、Math(数学计算)、Nonlinear(非线形环节)、Signals&System(信号及系统)、Sink(输出方式)、Source(输入源).在以上每个子模型库中还包含有相应的功能模块,如Source子模块中包含有SineWave(正弦波)、PulseGenerator(脉冲信号)、Step(阶跃信号)等,Sink子模块中包含有scope(示波器)、To Workspace(传送到工作空间)、XYGraph(X-Y图表)等. Simulink提供了动态系统建模、分析和仿真的交互环境,能够实现交互建模、交互仿真,并允许用户扩展仿真环境等功能.Simulink的专用模型库(Blocksets)提供了一些专用元件集,使得Simulink的功能进一步扩展。
单相桥式半控整流电路 1.带电阻负载的工作情况 在单向桥式半控整流电路中，VT1和VD4组成一对桥臂，VD2和VT3组成另一对桥臂。在u 正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4个管子均不导通，负载电流id 为零，ud 也为零，VT1、VD4串联承受电压u ，设VT1和VD4的漏电阻相等，则各承受u 的一半。若在触发角处给VT1加触发脉冲，VT1和VD4即导通，电流从电源a 端经VT1、R 、VD4流回电源b 端。当u 过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VD4关断。 在u 负半周，仍在触发延迟角处触发VD2和VT3，VD2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R 、VD2流回电源a 端。到u 过零时，电流又降为零，VD2和VT3关断。此后又是VT1和VD4导通，如此循环地工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。 整流电压平均值为 α=0时， Ud =Ud0=0.9 U2。 α =180°时， Ud = 0。可见，α角的移相范围为0--180°。θ 的范围为0--180. 向负载输出的直流电流平均值为： 晶体管VT1和VD4，VD2和VT3轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即： 流过晶闸管的电流有效值为:
变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为 2.带RL负载的工作情况 先不考虑(续流二极管VDR ） 1.每一个导电回路由 1个晶闸管和1个二极管 构成。 2.在u2正半周，处 触发VT1，u2经VT1和 VD4向负载供电。 3.u2过零变负时，因 电感作用使电流连续， VT1继续导通，但因a点 电位低于b点电位，电流 是由VT1和VD2续流， ud=0。 4.在u2负半周，处 触发触发VT3，向VT1加 反压使之关断，u2经VT3 和VD2向负载供电。 5.u2过零变正时， VD4导通，VD2关断。VT3 和VD4续流，ud又为零。 续流二极管VDR 1若无续流二极管，则 当α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ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud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，称为失控。 2有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。 3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。 整流电压平均值为
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
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 1.1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。 1.2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。可以从各种角度对整流电路进行分类。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。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双拍电路。单相桥式整流电路可分为单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们有不同的工作特点。下面分析两种单相桥式整流电路的优缺点。 1.2.1 单相全控桥式整流电路 单相桥式全控整流电路带阻感负载电路图如图1所示：
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。
课程设计 题目：单相桥式半控整流电路2 学生：余青林 学号：201306010425 院（系）：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 指导教师：陈景文 2015年 12 月 25日
目录 1 课程设计的目的与要求 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 课程设计的目的 (1) 1.3 课程设计的内容和要求 (1) 2 课程设计方案选择 (1) 2.1 整流电路 (1) 2.2 元器件的选择 (3) 2.2.1 晶闸管 (3) 3 单相桥式半控整流电路设计 (6) 3.1 电路结构与工作原理 (6) 3.1.1 电路结构 (6) 3.1.2 工作原理 (6) 3.2 两种PISM图及不同负载时的波形图 (7) 3.2.1 电感较大（100000H）的PISM图 (7) 3.2.2 电感较小（0.010H）的PISM图 (10) 3.3 基本数量关系及计算 (13) 4 结果分析 (14) 5 心得体会 (14) 参考文献 (16)
1 课程设计的目的与要求 1.1 引言 电力电子技术是弱电控制强电的方法和手段，是当代高新技术发展的重要内容，也是支持电力系统技术革命发展的重要基础，并节能降耗、增产节约提高生产效能的重要技术手段。微电子技术、计算机技术以及大功率电力电子技术的快速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。 电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大道几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。 电力电子技术在电力系统中的应用也有长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著而改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行力。 1.2 课程设计的目的 “电力电子技术”课程设计是在教学和实验的基础上，结合课程中所学理论知识，得到深化和提高。因此，通过电力电子技术课程设计以达到以下目的： 1） 培养综合应用所学的知识，并设计处具有电压可调功能的直流电源系统的能力； 2） 较全面的巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握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。 1.3 课程设计的内容和要求 在理解单相桥式半控整流电路（二极管在一个桥臂）电路工作原理的基础上，设计出单相桥式半控整流电路带电阻和电感（取较大和较小电感各一个）负载时的电路原理图，使用PSIM 软件对所设计的电路带不同负载的情况下晶闸管取不同的触发角（要求α=90? 和<90? 各取一个角度）进行仿真，分别获得 I I I U U VD VT VT 、、、、、2 d d I 的波形，并对所给出的角度计算上述数值。 2 课程设计方案选择 2.1 整流电路
《电力电子技术》课程设计说明书 单相半控桥式晶闸管整流电路设计 院、部：电气及信息工程学院 学生姓名：刘波 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23日
前言 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。在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。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。 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。又因为整流电路应用非常广泛，而单相半控桥式晶闸管整流电路又有利于夯实基础，故我们将单结晶体管触发的单相晶闸管半控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。
摘要 单向桥式半控整流电路实际上是由单相桥式全控电路简化而来的。在单相桥式全控整流电路中，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。但实际上为了对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管就行了，另一个晶闸管可以用二级管代替，从而得到单向半控桥式整流电路。 除了用二极管代替晶闸管以外，该电路在实际应用中需加设续流二极管RVD，以避免可能发生的失控现象。实际运行中，若无续流二极管，则当突然增大至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du成为正弦半波，即半周期du为正弦，另外半周期du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，称为失控。有续流二极管RVD时，续流过程由RVD完成，在续流阶段晶闸管关断，这就避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。总的来说，单相桥式半控整流电路具有电路简单、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。 关键字：单相，半控，续流二极管