《单相桥式可控整流电路设计》
设计报告
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目录
第一章绪论 (3)
1.设计任务和要求： (3)
1.1设计任务： (3)
1.2设计基本要求： (3)
第二章总体设计方案 (3)
2.1设计思路及流程图 (3)
2.2主电路拓扑结构选择 (4)
方案一：单相桥式半控整流电路 (4)
方案二：单相桥式全控整流电路 (5)
方案三：单相半波可控整流电路： (5)
方案四：单相全波可控整流电路： (6)
第三章触发电路 (7)
3.1单结晶体管的特性 (8)
3.2单结晶体管自激震荡电路 (9)
3.3同步电源 (10)
3.4移相控制 (10)
第四章保护电路的设计 (10)
4.1过电流保护 (10)
4.2过压保护 (11)
4.3电流上升率、电压上升率的抑制保护 (12)
4.3.1电流上升率di/dt的抑制 (12)
4.3.2电压上升率dv/dt的抑制 (12)
第五章功率器件的计算与选择 (13)
5.1晶闸管 (13)
5.2变压器 (14)
5.3熔断器 (15)
5.4过压保护电容、电阻 (15)
5.5关断缓冲电路电容、电阻 (15)
5.6元器件清单： (16)
第六章设计总结 (17)
第七章参考文献 (18)
摘要
电能在各种形式的能源中有着不可取代的地位。如何使电能高效合理的被利用，在电力电子设计领域是一个永恒不变的话题。整流在现实生活中非常普遍，本课题介绍的是单相桥式可控整流电路。电网电压AC220V，50Hz，50Ω阻性负载，要求输出0~500W可调。本次课设分为五大部分：确定主电路的拓扑结构，触发电路设计，主要元件的计算与选择，整流变压器的容量选择，电路保护环节设计。电路保护环节分为：主干路过电流保护，晶闸管过电压保护，缓冲电路。最后，通过multisim仿真软件对电路进行仿真，以确定电路的正确性。
关键词：单相桥式；可控整流；触发；电路保护；仿真。
第一章绪论
1.设计任务和要求：
1.1设计任务：
1、确定电路的拓扑结构（要求对2-3个方案进行比较、论证，并确定最后选择的方案。）
2、功率器件的计算和选择（集体包括主电路中的主要元器件、如整流晶闸管、吸收阻容、整流变压器的计算选择）
3、整流变压器的容量选择
4、电路保护环节设计（主要是对变压器、整流晶闸管的保护，需要考虑过流、过压、短路、电流上升率、电压上升率等方面的保护。）
1.2设计基本要求：
1、负载为电阻性负载,R=500ohm;
2、电网电压AC 220V;
3、输出功率：0-500W;
第二章总体设计方案
2.1设计思路及流程图
2.2主电路拓扑结构选择
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几种方案：
方案一：单相桥式半控整流电路
电路简图如下：
图2.2.1
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！在电阻性负载时此电路与全控电路的工作情况相同。但是在阻感负载时须加续流二极管，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，会发生一个晶闸管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，另外半周期为ud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。
方案二：单相桥式全控整流电路
电路简图如下：
图2.2.2
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。
方案三：单相半波可控整流电路：
电路图如下：
图 2.2.3
此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VT的a 移相范围为180 。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。
方案四：单相全波可控整流电路：
电路简图如下：
图 2.2.4
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。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。
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（负载为电阻性负载）。
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。
所选电路拓扑结构：
单相桥式全控整流电路
晶闸管VT1和VT4，VT2和VT3分别组成一对臂桥。在正半周，若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1，VT4串联承受电压u2的一半。若在触发角施加脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源经VT1、R、VT4流回电源。当u2过零时，经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。
波形图：
第三章触发电路
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。其结构，符号和等效电如图3.1.1.1所示。
图1
3.1单结晶体管的特性
从图1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。9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2：
图2
（1）当V e〈ηVb b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≥ηVb b+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=ηVb b。
（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。
3.2单结晶体管自激震荡电路
利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。
从图3（a）可知，经D1-D2整流后的直流电源UZ一路径R2、R1加在单结晶体管两个基极b1、b2之间，另一路通过R4对电容C充电，发射极电压u e=u c按指数规律上升。U c刚冲点到大于峰点转折电压U p的瞬间，管子e-b1间的电阻突然变小，开始导通。电容C开始通过管子e-b1迅速向R1放电，由于放电回路电阻很小，故放电时间很短。随着电容C放电，电压U e小于一定值，管子BT又由导通转入截止，然后电源又重新对电容C充电，上述过程不断重复。在电容上形成锯齿波震荡电压，在R1上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲us，如图3（b）所示，其震荡频率为
f=1/T=1/R4CLn(1/1-η)
式中η=0.3～0.9是单结晶体管的分压比。即调节R e，可调节振荡频率。
触发电路：
图3（a）
仿真图:
3.3同步电源
同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压于主电压同相位、同频率。同步电压经桥式整流、稳压管D Z削波为梯形波u DZ,而削波后的最大值U Z既是同步信号,又是触发电路电源.当U DZ过零时,电容C经e-b1、R1迅速放电到零电压.这就是说,每半周开始,电容C都从零开始充电,进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻(即控制角α)一致,实现同步.
3.4移相控制
当R e增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压U p的时间增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即控制角α增大，实现了移相。
本课设选用TCA785触发芯片。
第四章保护电路的设计
4.1过电流保护
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过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。
采用快速熔断器作过电流保护，其接线图（见图4）。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，这里就应用这一方法快熔抑制过电流电路图如下图所示：
图4
快熔的额定电压URN不小于线路正常工作电压的均方根值；快熔的额定电流IRN应按它所保护的原件实际流过的电流的方均根值来选择，而不是根据元件型号上标出的额定电流IT来选择，一般小于被保护晶闸管的额定有效值1.57IT，
即1.57I Ta≥I KR≥I T.
所以快速熔断器的额定电流选为7A.
4.2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，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现，如换相过电压、关断过电压等等。过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。
4.3电流上升率、电压上升率的抑制保护
4.3.1电流上升率di/dt的抑制
晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。在每个桥臂上与晶闸管串联一个约几到几十微亨的小电感。在这取值10微亨。如下图5所示:
图5串联电感抑制回路
4.3.2电压上升率dv/dt的抑制
加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图6所示：
图6并联R-C阻容吸收回
电路图：
第五章功率器件的计算与选择5.1晶闸管
U d=1
π
2U2sinωtdωt
π
α
,α∈0,π;
540 =2U2
π
cosωtαπ
=0.45U21+cosα
I d=U d
=
0.45
U21+cosα
当α= 0时，U dmax, I dmax
U dmax= 0.9U2,I dmax= 0.018U2
根据后面变压器的选择，我们可以得到U2= 220V，所以，
U dmax= 0.9U2 =198V, I dmax= 0.018U2=3.96A
I=1
π
(2U2
R
sinωt)2d(ωt)
π
α
, α∈0,π
=2
U2
R
1
π
1?cos2ωt
2
π
α
d(ωt)
=
U2sin2α
+
π?α
U= IR=U2
sin2α
2π
+
π?α
π
当α= 0时，U max, I max
U max=U2,I max=U2
50
同理，
U max=U2=220V,I max=U2
50
=4.4A 由于P=UI,所以，
当α= 0时，P max=UI=U22
50
=968W
当α=π时，P max=UI=U22
50
×0=0W
I VTmax=max
2=
2
≈3.1A, I VT(AV)max≥I VTmax
1.57
=
1.57×2
≈2.0A
U m=2U2=2×220≈311V
U RRM≥ 1.5~2U FM=(1.5~2)×311≈622V, I VT(AV)≥(1.5~2)×I VT(AV)max
综上所述，取晶闸管的U RRM=800V,I VT(AV)≥4A, 所以，选择晶闸管型号：BTA06 (U RRM=800V，I VT(AV)=6A），由于仿真软件里无此元件，选择2N6399晶闸管替代（U RRM=800V，I VT(AV)=12A）。选取1000W，50Ω大功率瓷管电阻。
5.2变压器
已知P max=968W，2~3P max=1936~2904W,选3000W所以选变压器型号：BK-3000V A ，参数：220/220V，P
额
=3000W。
5.3熔断器
1.57I Ta≥I KR≥I T.
所以快速熔断器的额定电流选为7A.
5.4过压保护电容、电阻
C≥6i0%S U
2
2
R≥2.3U22U K%
S:变压器每相平均计算容量（V A）
U2:变压器复变相电压有效值（V）
i0%：变压器励磁电流半分值，10~1000KV A的变压器取10~4
U K%：变压器的短路电压半分值，10~1000KV A的变压器取5~10
电容C的交流耐压≥1.5U C,U C为正常工作时阻容两端交流电压的有效值。
晶闸管额定电流与R、C的经验数据
所以选用电容C=0.1μF，耐压值≥1.5U=1.5×220=330V，取400V。
电阻P R100Ω。
P R≥3~4I C2R
I C=2πf C U C×10?6
U C、I C为正常工作时阻容两端的交流电压、电流的有效值。
由计算得P R=1.44W。
5.5关断缓冲电路电容、电阻
C1= 2.5~5I T×10?3= 2.5~5×3.1×10?3=7.75×10?3~0.0155μF取0.02μF 电容C1的耐压值≥1.5U TM=1.5×311=466.5V取500V
R3=(2~4)U d I T=2~4×198
3.1
=127.74~255.48Ω取255Ω
P R=fC1U12×10?6=50×0.02×2202×10?6=0.0484W
5.6元器件清单：
第六章设计总结
通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我对电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。
整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不同的电路。其中单相全控桥式整流电路其负载我们用的多的主要是电阻型、带大电感型，接反电动势型。它们各自有自己的优点。
对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，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。
在这次课程设计过程中，碰到的难题就是保护电路的设计。因为保护电路的种类较多，因此要选择一个适合本课题的保护电路就比较难。后来经老师，还有同学的帮助，选择了一个较好的保护电路并计算了其参数。
感谢在这次课程设计过程中帮助我的老师和同学。
第七章参考文献
1.王兆安.电力电子技术【M】.北京：机械工业出版社，2009.
2.李序葆.电力电子器件及其应用【M】.北京：机械工业出版社，2005
3.林渭勋. 现代电力电子电路【M】.杭州：浙江大学出版社，2002
4.刘胜利. 现代高频开关电源实用技术【M】.北京：电子工业出版社，2001
5.有关期刊及网站
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。
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。
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、
电力电子技术—单相半波可 控整流电路 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
整流电路 1、单相半波可控整流电路 电阻负载： 注：电阻负载的特点是电压d u 与电流d i 成正比，两者波形相同。 g u ：触发脉冲；α：触发角；θ：导通角 1、直流输出电压平均值： ()()2 145.0122sin 221222ααπωωππαCOS U COS U t td U U d +=+==? 2、相控方式：通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式
阻感负载： 1、流过电感的电流变化时，在其两端产生感应电动势dt di L ，它的极性反过来阻止电流减小。L 的存在使d i 不能突变，d i 从0开始增加。 2、2u 由正变负的过零点处，d i 已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT 仍处于通态。 3、2t ω时刻，d i 降至零，VT 关断并立即承受反压。 4、由于电感的存在延迟了VT 的关断时刻，使d u 波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值d U 下降。 5、 ()22L R Z ω+=,R L ω?arctan =
6、若?为定值，ɑ角大，θ越小。若ɑ为定值，?越大，θ越大，且平均值 U d 越接近零。 阻感负载（带续流二极管）： i连续，且其波形接近一条水平线。 1、若L足够大， d 2、流过晶闸管的电流平均值IdT 和有效值IT 分别为： 续流二极管的电流平均值IdDR 和有效值IDR 分别为：
3、其移相范围为180°，其承受的最大正反向电压均为2u的峰值即 2U。续流 2 二极管承受的电压为-ud ，其最大反向电压为 2U，亦为u2 的峰值。 2
三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真及其故 障分析 摘要：设计一种以三相桥式全控整流电路的MATLAB仿真及其故障分析。以三相桥式全控整流电路为分析对象，利用Matlab/Simulink环境下的SimPowerSystems仿真采集功率器件在开路时的各种波形，根据输出波形分析整流器件发生故障的种类，判断故障发生类型，确定发生故障的晶闸管，实现进一步故障诊断。运用matlab中的电气系统库可以快速完成对三相整流电路故障仿真，通过分析可以对故障类型给予初步判断，对电力电子设备的开发、运用以及维修有极大的现实意义。 关键词：Matlab；三相整流桥；电力电子故障 Matlab Simulation and Trouble Analysis of the Three-Phase Full-Bridge Controlled Rectifier Zhang lu-xia College of Physics& Electronic Information Electrical Engineering &Automation No: 060544076 Tutor: Wu yan Abstract: the article introduces a design of Matlab Simulation and Trouble Analysis of the Three-Phase Full-Bridge Controlled Rectifier. using the three-phase full-bridge controlled rectifier circuit for analysis, the output waveform in each kind of fault can be simulated through the circuit with the SimPower Systems under the Matlab/Simulink surroundings, for sure the SCR of having troubles in order to fulfill further trouble diagnoses. it can finish Matlab Simulation ahout electrical system1quickly and fulfill further trouble diagnoses. it will play an important role in the field of electric power & electron on equipment exploration and maintenance.. key words: Matlab; three-phase rectifier bridge; power electronics trouble 目录 1 引言 (2)
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
电力电子技术课程设计说明书 三相桥式全控整流电路 系、部：电气与信息工程系 专业：自动化
目录 第1章绪论错误!未定义书签。 1. 电子技术的发展趋势错误!未定义书签。 2. 本人的主要工作错误!未定义书签。 第2章主电路的设计及原理错误!未定义书签。 1. 总体框图错误!未定义书签。 2. 主电路的设计原理错误!未定义书签。 带电阻负载时错误!未定义书签。 阻感负载时错误!未定义书签。 3. 触发电路错误!未定义书签。 4. 保护电路错误!未定义书签。 5. 参数计算错误!未定义书签。 整流变压器的选择错误!未定义书签。 晶闸管的选择错误!未定义书签。 输出的定量分析错误!未定义书签。 第3章MATLAB的仿真错误!未定义书签。 1. MATLAB仿真软件的简介错误!未定义书签。 2. 仿真模拟图错误!未定义书签。 3. 仿真结果错误!未定义书签。 第4章结束语错误!未定义书签。 参考文献错误!未定义书签。 第1章绪论 1. 电子技术的发展趋势 当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。 电力电子技术作为一门高技术学科，由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用，现在已广泛的应用于传统工业(例如：电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)和高新技术产业(例如：航天、现代化通信等)。下面着重讨论电力电子技术在电力系统中的一些应用。 在高压直流输电(HVDC)方面的应用 直流输电在技术方面有许多优点：(1)不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时，线路造价低;(6)调节速度快，运行可靠;(7)适宜于海下输电。随着大功率电子器件(如：可关断的晶闸管、MOS控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不断提高，新的大功率电力电子器件的出现和投入应用，高压直流输电设备的性能必将进一步得以改善，设备结构得以简化，从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。 在柔性交流输电系统(FACTS)中的应用 20世纪80年代中期，美国电力科学研究院(EPRI)博士首次提出柔性交流输电技术的概念。近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速，已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术(柔性输电技术、先进的控制中心技术和综合自动化技术)之一”。现代电力电子技术、控制理论和通讯技术的发展为FACTS的发展提供了条件。采用IGBT等可关断器件组成的FACTS元件可以快速、平滑地调节系统参数，从而灵活、迅速地改变系统的潮流分布。 在电力谐波治理方面的应用 有源滤波是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。有源滤波器的概念最早是在20世纪70年代初提出来的，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，从而实现实时补偿谐波电流的目的。随着中国电能质量治理工作的深入开展，使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。 在不间断电源(UPS)中的应用 UPS紧急供电系统是电力自动化系统安全可靠运行的根本保证，是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。现代UPS普遍采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,降低了电源的噪声,提高了效率和可靠性。 电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。毫无疑问，它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术拥有许多微电子技术所具有的特征，比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛，并且能与其它学科相互融合和相互发展。 2. 本人的主要工作 （1）设计一个三相桥式全控整流电路。
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）
单相半波可控整流电路仿真实验 一、实验目的和要求 1.掌握晶闸管触发电路的调试步骤与方法; 2.掌握单相半波可控整流电路在电阻负载和阻感负载时的工作; 3.掌握单相半波可控整流电路MATLAB的仿真方法, 会设置各个模块的参数。 二、原理图 单相半波可控整流电流( 电阻性负载) 原理图, 晶闸管作为开关元件, 变压器t器变换电压和隔离的作用, 用u1和u2分别表示一次和二次电压瞬时值, 二次电压u2为50hz正弦波波形如图所示, 其有效值为u2, 如图1-1。
图1-1 三、实验模型和参数设置 2.参数设置 仿真参数, 算法( solver) ode15s, 相对误差( relativetolerance) 1e-3, 开始时间0结束时间0.05s, 如图1-3。
图1-3 脉冲发生器: Amplitude=5, period=0.02, Pulse Width=2, 时相延迟( 1/50) x( n/360) s, 如图1-4
图1-4 电源参数, 频率50hz, 电压220v, 如图1-5
图1-5 晶闸管: Ron=1e-3,Lon=1e-5,Vf=0.8,Ic=0,Rs=500, Cs=250e-9如图1-6
图1-6 晶闸管: Ron=1e-3,Lon=1e-5,Vf=0.8,Ic=0,Rs=500, Cs=250e-9. 电源: Up=220, f=50Hz. 脉冲发生器: Amplitude=5, period=0.02, Pulse Width=2 情况一: R=1Ω,L=10mH; a=0°、30°、90°、120°、150°情况二: L=10mH; a=0°、30°、90°、120°、150°
图1 三相桥式全控整流电路 实验六：三相桥式全控整流电路 （一）实验目的 1.掌握实验电路的工作原理和关键波形； 2.分析不同参数设置对仿真结果的影响 （二）实验原理 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 =-= 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 =-= 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 =-= 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°。
单相半波可控整流电路实验
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
重庆三峡学院 实验报告 课程名称电力电子技术 实验名称单相半波可控整流电路实验 实验类型验证学时 2 系别电信学院专业电气工程及自动化 年级班别2015级2班开出学期2016-2017下期 学生姓名袁志军学号201507144228 实验教师谢辉成绩 2017 年 4 月 30 日
填写说明 1、基本内容 （1）实验序号、名称（实验一：xxx）；（2）实验目的；（3）实验原理；（4）主要仪器设备器件、药品、材料；（5）实验内容； （6）实验方法及步骤（7）数据处理或分析讨论 2、要求： （1）用钢笔书写（绘图用铅笔） （2）凡需用坐标纸作图的应使用坐标纸进行规范作图 实验三单相半波可控整流电路实验 一、实验目的 (1)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 (2)掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。 (3)了解续流二极管的作用。 二、实验所需挂件及附件 型号备注 序 号 1 DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个 模块。 2 DJK02 晶闸管主电路该挂件包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。 3 DJK03-1 晶闸管触发 该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。 电路 4 DJK06 给定及实验器 该挂件包含“二极管”等几个模块。 件 5 D42 三相可调电阻 6 双踪示波器自备 7 万用表自备 三、实验线路及原理 将DJK03-1挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图中的R负载用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上，电感L d在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH 三档可供选择，本实验中选用700mH。直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。 四、实验方法 (1)单结晶体管触发电路的调试 将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形。调节移相电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30°～170°范围内移动?
KP5 图1 三相桥式全控整流电路 实验六：三相桥式全控整流电路 （一）实验目的 1.掌握实验电路的工作原理和关键波形； 2.分析不同参数设置对仿真结果的影响 （二）实验原理 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 = - = 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 = - = 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 = - =
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、
辽宁工业大学 电力电子技术课程设计（论文）题目：220V／50A单相全波可控整流电路 院（系）：工程技术学院 专业班级：电气工程及其自动化 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：工程技术学院教研室：电气教研室
摘要 本设计采用单相全波可控整流，从而实现为1台额定电压220V、功率为10kW 的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这正变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。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。 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。整流电路的种类有很多，有单相半波整流电路、单相全波整流电路、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。本设计采用单相全波可控整流，以便于低压输出。 关键词：整流电路；变压器；晶闸管；触发电路；MATLAB。
目录 第1章绪论 (1) 1.1电力电子技术概括............................ 错误！未定义书签。 1.2本文研究内容 (2) 1.3方案论证 (3) 1.3.1 单相桥式全控整流电路 (3) 1.3.2 单相全波可控整流电路 (4) 第2章单相全波可控整流电路设计 (5) 2.1单相全波可控整流电路总体设计框图 (5) 2.2具体电路设计 (6) 2.2.1 单相全波可控整流电路设计 (6) 2.2.2 由KJ004构成的控制电路设计 (7) 2.2.3 保护电路的设计 (9) 2.3总电路原理图 (10) 2.4元器件型号选择 (11) 2.5MATLAB仿真实验 (12) 第3章课程设计总结 (15) 参考文献 (16)
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、
实验一、单相半波可控整流电路实验 王季诚（20101496） 一、实验目的 （1）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。 （2）掌握单相半波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、实验所需挂件及附件
三、实验线路及原理 单结晶体管触发电路的工作原理及线路图已在1-3节中作过介绍。将DJK03-1挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到 DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图中的R负载用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式。二极管VD1和开关S1均在DJK06挂件上，电感L d在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验中选用700mH。直流电压表及直流电流表从DJK02挂件上得到。
图3-6单相半波可控整流电路 四、实验内容 （1）单结晶体管触发电路的调试。 （2）单结晶体管触发电路各点电压波形的观察并记录。 （3）单相半波整流电路带电阻性负载时U d/U2= f(α)特性的测定。 （4）单相半波整流电路带电阻电感性负载时续流二极管作用的观察。 五、预习要求 （1）阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容，弄清单结晶体管触发电路的工作原理。 （2）复习单相半波可控整流电路的有关内容，掌握单相半波可控整流电路接电阻性负载和电阻电感性负载时的工作波形。 （3）掌握单相半波可控整流电路接不同负载时U d、I d的计算方法。 六、实验方法 （1）单结晶体管触发电路的调试 将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，用双踪示波器观察单结
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 -