《电力电子技术》课程设计任务书
一、设计课题一
单相桥式整流电路设计
二、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=500欧姆.
2、技术要求:
(1). 电网供电电压为单相220V；
(2). 电网电压波动为+5%－-10%；
(3). 输出电压为0～100V.
在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元
器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。
在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力
要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。
课题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，以及控制电路设计。报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图
电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
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。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。
任务书 (1)
前言 (2)
目录 (3)
第1章方案的选择 (4)
1.1元器件的选择 (4)
1.2整流电路 (6)
第2章辅助电路的设计 (9)
2.1驱动电路的设计 (9)
2.2保护电路的设计 (13)
2.3过压保护 (14)
2.4电流上升率、电压上升率的抑制保护 (15)
第3章主体电路的设计 (16)
3.1主要电路原理及说明 (16)
3.2感性负载可控整流电路 (16)
3.3主电路的设计 (18)
3.4主要元器件的说明 (18)
3.5性能指标分析 (20)
第 4章设计总结 (21)
参考文献 (22)
附录I单相全控桥式整流电路主电路原理图 (23)
附录II元器件清单 (23)
第1章方案的选择
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
平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间
内部结构:四层三个结如图1.1
图1.1 晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形
a)晶闸管外形b)内部结构c)电气图形符号d)模块外形
2)晶闸管的工作原理图
晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极，如图1.2(左)所示。由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图1.2（右）所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。
图1.2 晶闸管的内部结构和等效电路
晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流ＩＧ的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。
其他几种可能导通的情况：
①阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应
②阳极电压上升率du/dt过高
③结温较高
④光直接照射硅片，即光触发：光控晶闸管
只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。
1.1.2 可关断晶闸管
可关断晶闸管简称GTO。
可关断晶闸管的结构
GTO的内部结构与普通晶闸管相同，都是PNPN四层结构，外部引出阳极Ａ、阴极Ｋ和门极Ｇ如图1.3。和普通晶闸管不同，GTO是一种多元胞的功率集成器件，内部包含十个甚至数百个共阳极的小GTO元胞，这些GTO元胞的阴极和门极在器件内部并联在一起，使器件的功率可以到达相当大的数值。
图1.3 GTO的结构、等效电路和图形符号
1)可关断晶闸管的工作原理
GTO的导通机理与SCR是完全一样的。GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。GTO在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。
1.1.3 晶闸管的派生器件
在晶闸管的家族中，除了最常用的普通型晶闸管之外，根据不同的的实际需要，珩生出了一系列的派生器件，主要有快速晶闸管（FST）、双向晶闸管（TRIAL）、可关断晶闸管（GTO）、逆导晶闸管、（RCT）和光控晶闸管。
可关断晶闸管具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高，电流大等。同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下导通，在负脉冲电流触发下关断。故我们选择可关断晶闸管。
1.2整流电路
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1：单相桥式半控整流电路
电路简图如下：
图 1.4
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2：单相桥式全控整流电路
电路简图如下：
图 1.5
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3：单相半波可控整流电路：
电路简图如下：
图 1.6
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4：单相全波可控整流电路：
电路简图如下：
图1.7
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（负载为阻感性负载）。
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。
第2章辅助电路的设计
2.1驱动电路的设计
2.1.1触发电路的论证与选择
1)单结晶体管的工作原理
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2.1所示。
图2.1
2)单结晶体管的特性
从图一可以看出，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—0.85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2.2：
图2.2单结晶体管的伏安特性
（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。
单结晶体管的主要参数
①基极间电阻Rb b发射极开路时，基极b1，b2之间的电阻，一般为2-10千欧，其数值随温度的上升而增大。
②分压比η由管子内部结构决定的参数，一般为0.3--0.85。
③eb1间反向电压Vcb1 b2开路，在额定反向电压Vcb2下，基极b1与发射极e之间的反向耐压。
④反向电流I eo b1开路，在额定反向电压Vcb2下，eb2间的反向电流。
⑤发射极饱和压降V eo在最大发射极额定电流时，eb1间的压降。
⑥峰点电流I p单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极电流。
2.1.2触发电路
晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：
①触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
②触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
③触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
④触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。
1)单结晶体管触发电路
由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿徒等优点，在容量小的晶闸管装置中得到了广泛应用。他由自激震荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成，电路图如图2.3（a）所示。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2.3（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Re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2.3（b）所示，
图2.3单结晶体管触发电路及波形
其震荡频率为
f=1/T=1/R e CLn(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
2.1.3同步电源
步电压又变压器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.
2.1.4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。
2.1.5脉冲输出
触发脉冲u g由Ｒ1直接取出，这种方法简单、经济，但触发电路与主电路有1η
T
直接的电联系，不安全。对于晶闸管串联接法的全控桥电路无法工作。所以一般采用脉冲变压器输出。
2.2保护电路的设计
2.2.1 保护电路的论证与选择
电力电子系统在发生故障时可能会发生过流、过压，造成开关器件的永久性损坏。过流、过压保护包括器件保护和系统保护两个方面。检测开关器件的电流、电压，保护主电路中的开关器件，防止过流、过压损坏开关器件。检测系统电源输入、输出及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故。例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。
2.2.2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2.4）。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2.4 快速熔短器的接入方法
A型熔断器
特点：是熔断器与每一个元件串连，能可靠的保护每一个元件。
B型熔断器
特点：能在交流、直流和元件短路时起保护作用，其可靠性稍有降低
C型熔断器
特点：直流负载侧有故障时动作，元件内部短路时不能起保护作用
对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理图如2.9所示
图2.5 过流保护原理图
2.3 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。
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。见图2.5和图2.6
图2.5阻容三角抑制过电压图2.6 压敏电阻过压
过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。常见的电子保护原图如图2.7所示：
图2.7过电压保护电路
2.4 电流上升率、电压上升率的抑制保护
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。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如下图2.8所示:
图2.8串联电感抑制回路
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2.9所示：
图2.9并联R-C阻容吸收回
第3章主体电路的设计
3.1主要电路原理及说明
当负载由电阻和电感组成时称为阻感性负载。例如各种电机的励磁绕组,整流输出端接有平波电抗器的负载等等。单相桥式整流电路带阻感性负载的电路如图5.1所示。由于电感储能,而且储能不能突变因此电感中的电流不能突变,即电感具有阻碍电流变化的作用。当流过电感中的电流变化时,在电感两端将产生感应电动势,引起电压降U L
负载中电感量的大小不同，整流电路的工作情况及输出U d、i d的波形具有不同的特点。当负载电感量L较小（即负载阻抗角φ），控制角α〉φ时，负载上的电流不连续；当电感L增大时，负载上的电流不连续的可能性就会减小；当电感L很大，且ωL d﹥﹥R d示时，这种负载称为大电感负载。此时大电感阻止负载中电流的变化，负载电流连续，可看作一条水平直线。各电量的波形图如图3.1所示。
在电源电压u2正半周期间，晶闸管T1 、T2 承受正向电压，若在ωt=α时触发，T1 、T2 导通，电流经T1 、负载、T2 和T r二次形成回路，但由于大电感的存在，u2 过零变负时，电感上的感应电动势使T1 、T2 继续导通，直到T3、T4 被触发时，T1 、T2 承受反向电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。
在电源电压u2负半周期间，晶闸管T3、T4 承受正向电压，在ωt=α+π时触发，T3、T4 导通，T1 、T2 反向则制，负载电流从T1 、T2 中换流至T3、T4中。在ωt=2π时，电压u2过零，T3、T4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期T1 、T2 导通时，T3、T4因加反向电压才截止。
值得注意的是，只有当α〈=π/2时，负载电流才连续，当α〉π/2时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近于零，因此这种电路控制角的移相范围是0—π/2。
3.2电感负载可控整流电路
3.2.1 单相全控桥式整流电路
在生产实践中，除了电阻性负载外，最常见的负载还有电感性负载，如电动机的励磁绕组，整流电路中串入的滤波电抗器等。为了便于分析和计算，在电路图中将电阻和电感分开表示。
当整流电路带电感性负载时，整流工作的物理过程和电压、 电流波形都与带电阻性负载时不同。因为电感对电流的变化有阻碍作用，即电感元件中的电流
图 3.1 单相全控桥式整流电路电感性负载及其波形
(a)电路； (b) 电源电压； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压；
(e) 输出电流； (f) 晶闸管V -1 , V -4上的电流； (g) 晶闸管V -2 , V -3上的电流；(h) 变压器副边电流； (i) 晶闸管V -1 , V -4上的电压
不能突变，当电流变化时电感要产生感应电动势而阻碍其变化，所以，电路电流的变化总是滞后于电压的变化。
负载电流连续时，整流电压平均值可按下式计算：
输出电流波形因电感很大，平波效果很好而呈一条水平线。两组晶闸管轮流导电，一个周期中各导电180°， 且与α无关， 变压器二次绕组中电流i 2的波形是对称的正、负方波。负载电流的平均值I d 和有效值I 相等，其波形系数为1。在这种情况下：
α
απωωπαπαcos 9.0cos 22)(sin 21222U U t td U U d ===?+
当α=0°时，U d =0.9U 2；
当α=90°时，U d =0，其移相范围为90°。
晶闸管承受的最大正、反向电压都是。
流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别
3.3主电路的设计
3.3.1主电路原理图(见附录I )
3.3.2原理图分析
该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电路构成。输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。在电路中还加了防雷击的保护电路。然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。
在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护,而过压保护则采用RC 电路。这部分的选择主要考虑到电路的简单性，所以才这样的保护电路部分。整流部分电路则是根据题目的要求，选择的我们学过的单相桥式整流电路。该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功能。触发电路是由设计题目而定的，题目要求了用单结晶体管直接触发电路。单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。
3.4 主要元器件的说明
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。
3.4.1晶闸管的主要参数如下：
①额定电压U Tn
通常取U DRM 和U RRM 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 {}RRM DRM Tn U U U ,min =
U Tn ≥（2～3）U TM （3.4.1）
d
d d V V d
d d V dV I I I I I I I I 22
222122======πππθπππθ
U TM ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
②额定电流I T(AV)
I T(AV) 又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40°和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170°的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。
要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将非常大，可能会超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。
在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效值I TM ≤ I Tn ,散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。
I Tn ：额定电流有效值，根据管子的I T(A V) 换算出，
I T(AV) 、I TM I T n 三者之间的关系：
Im 5.02Im/)()sin (Im 2/102
===?πωωπt d t I Tn （3.4.2） Im 318.0Im/)(sin Im 2/10)(===?πωωππ
t td I AV T （3.4.3） 波形系数：有直流分量的电流波形，其有效值I 与平均值d I 之比称为该波形
的波形系数，用K f 表示。 d f I I K = （3.4.2）
额定状态下， 晶闸管的电流波形系数
57.12)(===πAV T Tn f I I K （3.4.6） 晶闸管承受最大电压为V V U U TM 236167222=?==考虑到2倍裕量，取500V .
晶闸管的选择原则：
Ⅰ、所选晶闸管电流有效值I Tn 大于元件 在电路中可能流过的最大电流有效值。
Ⅱ、 选择时考虑（1.5～2）倍的安全余量。即
I Tn ＝1.57 I T(AV) ＝（1.5～2）I TM
I T(AV)≥(1.5～2)57.1I TM
（3.4.7）
因为I T =I/2,则晶闸管的额定电流为()AV T I =12.5A(输出电流的有效值为最小值，所以该额定电流也为最小值)考虑到2倍裕量,取25A.即晶闸管的额定电流至少应大于25A.
在本次设计中我选用4个KP20-4的晶闸管.
Ⅲ、 若散热条件不符合规定要求时，则元件的额定电流应降低使用。 ③ 通态平均管压降 U T(AV) 。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.4～1.2V 。
④ 维持电流I H 。指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降到刚好能保持通态所需要的最小通态电流。一般I H 值从几十到几百毫安，由晶闸管电流容量大小而定。
⑤ 门极触发电流I g 。在常温下，阳极电压为6V 时，使晶闸管能完全导通所需的门极电流，一般为毫安级。
⑥ 断态电压临界上升率du/dt 。在额定结温和门极开路的情况下，不会导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几十伏。 ⑦ 通态电流临界上升率di/dt 。在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上升率。若晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。
3.4.3 变压器的选取
根据参数计算可知:变压器应选变比为1.5,容量至少为22.5V ·A 。
3.5性能指标分析：
整流电路的性能常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的用整流输出电压的平均值表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。
1)整流输出电压平均值
d U =()t td ωωπαπαsin U 212?+=απcos 222U =αcos 9.02U （3.5.1）
2)纹波系数
纹波系数r K 用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即
d d d Lr r U U U U U K 222-==
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
单相桥式整流电路由于其优点突出、实用性强，在生活及实践中得到了广泛的应用，它也是中职教材《电子技术基础与技能》的重点内容。本人从事电子专业教学十多年，对该内容的教学想谈谈自己的见解。 一、教材的处理和创新：在“理实一体”和“任务驱动”模式的指导下，将本节内容设置成一个任务：桥式整流电路的搭建与测试，需两课时完成。以手机充电器为载体将该任务分解成识一识、连一连、做一做、测一测四个子任务，以“任务驱动、行动导向”来完成本课任务。 二、教学目标： 1.知识目标：掌握单相桥式整流电路的组成、特点和应用；理解单相桥式整流电路的工作原理。 2.能力目标：会识读桥式整流电路原理图；会根据电路图搭建电路；会用合适的仪器进行测试。 3.情感目标：增强学生专业学习的自信心和求知欲，获得成功的喜悦；培养学生团队协作精神以及严谨、细致、规范的职业素养。 三、教学重点、难点：桥式整流电路的连接规则，搭建并测试桥式整流电路；如何理解桥式整流电路的工作原理。 四、教学策略：主要采用任务驱动、直观演示、体验探究、小跨步教学和对比讨论等教学方法。 五、教学过程： 1.创设情境，引出任务。播放一段视频：一位男士正在家里用手机通话，突然手机没电了，他一脸无奈，但很快他拿出手机充电器插上电源又继续开始通话。看完视频，我结合手机充电器实物（投影展示电路板图片），问：这里面的元器件大家认识吗？我请一位学生说出图中各种元器件的名称，并将该电路的组成器件与之前学过的半波整流电路作一个比较，然后得出该电路有别于半波整流电路，顺理成章地导入新课。 2.任务引导，探索新知。为了降低难度，便于任务的实施，我将任务进行了分解。 （1）识一识。首先，用ppt展示桥式整流电路的电路图，要求学生观察并以大组（六人一大组）为单位讨论四个整流二极管是如何与电源变压器和负载相连的。从“个数”和“极性”两个方面做了引导，四个二极管在与变压器的两个抽头和负载两端相连时，每一头上接了几个二极管？与电源变压器每一抽头相连时，二极管的极性有何特点？与电阻相连时又有何特点？学生们通过观察、讨论得出“两两相连、源反阻同”的连接规则。 （2）连一连。按照实验模板上元器件的位置排布，要求学生以大组为单位讨论后得出连接图，每组派一位代表上台通过实物投影展示并讲解给其他同学听，以达到共同学习、共同进步的目的。 （3）做一做。要求学生按照上面的连接图在实验模板上搭建一个桥式整流电路，这次以两人一小组为单位进行实践操作。电路搭建好之后，我让各组交叉评判改正后接上交流电源，教师检查无误后才通电。这样做是为了让学生养成胆大心细、严谨有序的职业素养，体现安全第一的岗位原则。 （4）测一测。先利用仿真软件演示一下电路与仪器仪表的连接以及示波器上显示的输入输出波形，然后让学生按照学案上的测量要求去进行测试并做好记录。测试完毕后，让学生以大组为单位，交流他们的测试结果，并对比半波整流电路的输出波形，讨论桥式整流电路有哪些优点。 通过实验，学生知道了桥式整流属于全波整流，引导学生产生质疑：为什么桥式整流能把交流电转化成全波脉动直流电？我们能不能用所学的知识来解释这种现象？借助于ppt动画演示，由学生在教师的引导下分析归纳桥式整流电路的工作原理。 3.拓展应用，延伸知识。桥式整流电路由于其电源利用率高、输出电压大、波形脉动小等优点，得到了广泛的应用，可让学生结合生活实际，举例介绍桥式整流电路的几个应用。
目录 一、实验基本内容----------------------------------2 1.实验项目名称-----------------------------------2 2.实验已知条件-----------------------------------2 3.实验完成目标-----------------------------------3 二、实验条件描述-----------------------------------3 1.主要设备仪器-----------------------------------3 2.小组人员分工-----------------------------------3 三、实验过程描述-----------------------------------4 1.实现同步---------------------------------------4 2.半控桥纯阻性负载试验---------------------------4 3.半控桥阻-感性负载（串联L=200mH）实验-----------6 四、实验仿真---------------------------------------9 五、实验数据处理及讨论-----------------------------18 六、实验思考---------------------------------------22
一、实验基本内容 1.实验项目名称：单相半控桥整流电路实验 2.实验已知条件：单相半控桥整流电路如图所示，图中晶闸管VT1,二极管VD4组成一对桥臂，VT3,VD2组成另一对桥臂，变压器u2加在桥臂的中间。 (1)阻性负载电源电压u2在（0，α），VD2,VT3承受反向阳极电压处于截止状态，由于VT1未加触发脉冲而使VT1,VD4处于正向阻断状态，此时ud=0 , uVT1=u2, uVD2= -u2, uVT3=0, uVD4=0；wt=α时刻，触发VT1，VT1，VD4立即导通，VD2，VT3承受反向电压关断，此时ud= u2 , uVT1= 0, uVD2= -u2, uVT3=-u2, uVD4=0；u2在负半周（π，π+α）期间，VT3,VD2虽然承受正向阳极电压但由于门极没有触发信号而正向阻断，此时ud=0,uVT1=0,uVD4=u2,uVT3= -u2,uVD2=0; wt=π+α时刻触发VT3，则VT3,VD2，此时ud= u2，uVT1=-u2，uVD4=u2, uVT3=0, uVD2=0。 (2)感性负载负载电感足够大从而使负载电流连续且为一水平线。电源电压u2的正半周，wt=α时刻触发晶闸管VT1，则VT1，VD4立即导通，电流从电源出来经VT1,负载，VD4流回电源，此时ud=u2。当wt=π时，电源电压u2经零变负，由于电感的存在，VT1将继续导通，此时a点电位较b点电位低，二极管自然换相，从VD4换至VD2,这样电流不再经过变压器绕组，而由VT1,VD2续流，忽略器件导通压降，ud=0，整流电路不会输出负电压。电源电压u2的负半周，wt=π+α时刻触发VT3，则VT3,VD2导通，使VT1承受反向电压关断，电源通过VT3和VD2又向负载供电，ud= -u2。U2从负半周过零变正时，电流从VD2换流至VD4,电感通过VT3,VD4续流，ud又为零。以后，VT1再次触发导通，重复上诉过程。 3. 实验完成目标： （1）实现控制触发脉冲与晶闸管同步。
单相桥式全控整流电路带阻感负载的工作情况仿真 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
宁波理工学院 题目单相桥式全控整流电路（带阻感负载）专业班级自动化091 姓名汤涛王赛王航波黄贤谷 分院信息分院
一、实验原理 单相桥式全控整流电路原理图如下：（带阻感负载的工作情况） 图1：单相桥式全控整流电路原理图 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→T的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（U d= 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→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上，负载上有输出电压（U d =- 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。 二、特性 电路如上图所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态， I d的平均值不变。在U2的正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和 VT4加触发脉冲使其开通，U d = U2。负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流I d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中仍有流过电流Id，并不关断。至ωt=π+α时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，U2通过VT2和VT3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VT2和VT3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，U d的平均值为： U d=0.9U2cosα 当α=0时，U d0=0.9U2；α=90°时，U d=0.晶闸管移相范围为0°-90°单相桥式全控整流电路带负载时，晶闸管承受的最大正反
实验二单相桥式全控整流电路实验 一．实验目的 1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。 2．研究单相桥式全控整流电路在电阻负载及电阻-电感性负载下的工作特性。 3．熟悉NMCL-05锯齿波触发电路的工作。 二．实验线路及原理 三．实验内容 1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 2．单相桥式全控整流电路供电给电阻-电感性负载。 四．实验设备及仪器 1．NMCL-III教学实验台主控制屏 2．NMCL-32主控制屏
3．NMCL-05组件及SMCL-01或NMCL-31 4．MEL-03A组件和NMCL-331多电感组件 5．NMCL-35和NMCL-33组件 6．双踪示波器 7．万用表 五．注意事项 1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-05挂箱。 2．负载电阻调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。 3．电感的值可根据需要选择并且必须与电阻串联，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。 4．NMCL-05面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。 5．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。 六．实验方法 1．将NMCL-05面板左上角的同步电压输入接NMCL-32的U、V输出端,“触发电路选择”拨向“锯齿波”。 2．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载 接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波电抗器。合上主电路电源，调节U ct ，测量在不同α角（30°、60°、90°） 时整流电路的输出电压U d =f（t），晶闸管的端电压U VT =f（t）的波形，并记录 相应α角时的输出电压U d 和U VT 的波形。 若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。3．单相桥式全控整流电路供电给电阻-电感性负载 接上电路负载为阻感型，测量在不同控制电压U ct 时的输出电压U d =f（t），负
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
单相桥式整流电路》授课教案 授课班级】电气技术应用专业11 春电气班 学生人数】52 人 教材】校本教材《实用电工电子》 教学内容】《单相桥式整流电路》 授课形式】课堂教学 授课时间】 2 个课时 教材分析】 本节课选自校本教材第十章第二节《单相桥式整流电路》，整节教学分两个课时完成，整流电路是二极管最基本的应用电路，也是电子技术中最基本的电路之 一。学好这节课对学习直流稳压电源电路至关重要。学生掌握了本章节的内容能够为下一步学习滤波电路和直流稳压电源奠定基础。在教材中起到承上启下的作用。单相桥式整流电路是整流电路中的一种，由于其优点明显，实用性强，在大、中、小型各种实际电路中都有十分广泛的应用。 二、【学情分析】 存在的问题： 1.学生为初中毕业，年龄在15-17 周岁之间，学习态度不够端正，没有良好的学习习惯，缺乏必要的探索研究问题的能力。 2.学生基础知识薄弱，对电路工作原理难以理解，容易产生厌倦。 解决的方法： 1.从学生熟悉的应用（直流稳压器、手机充电器等）入手，激发学生的学习兴趣。 2.提高课堂吸引力，采用动画演示和动手实验等方法，尽可能的让学生动手、动脑，提升他们理解问题的能力，与他人合作的能力。 三、【教学目标】 1、知识目标：掌握单相桥式整流电路各种元器件的图形与文字符号，并能画出电路
图、波形图，简述其工作原理。培养学生动脑的能力、观察的能力，逐步养成科学的归纳分析能力. 2、能力目标：通过在教师指导下的自主学习，学生学会分析单相桥式整流电路工作原理，学会能应用桥式全波整流电路解决简单问题。 3、情感目标：通过对单相桥式整流电路的分析、探究，保持良好的求知欲，乐于探索规律，让学生体验学习过程的快乐，保持学习电子技术基础课程的热情，培养学生的团队协作精神。 四、【教学重点和难点】 重点： 1．单相整流电路的组成； 2．单相整流电路的工作原理。 难点： 1. 对单相整流电路的工作原理的理解。 2. 二极管两个参数的计算以及电路波形分析 重点难点突破方法：采用多媒体教学法（动画与视频）、实验操作来解决课程中出现的重点与难点。 五、【教学方法设计】 教法学法：采用“探究性实验教学”，实验演示——观察现象——得出结论，引导学生进行探究式学习，能充分激发学生的好奇心和求知欲，调动学生学习的积极性。并充分运用多媒体动画演示和提问等交互手段，达到突出重点突破难点的目的。 课前准备：220V交流电源、单相变压器、二极管4个、电阻1个、万用表1 块、导线若干、示波器、投影仪. 六、【教学过程和步骤】
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、
一．实验目的 1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。 2．研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻—电感性负载及反电势负载时的工作。 3．熟悉NMCL—05(E)组件或NMCL—36组件。 二．实验线路及原理 参见图1-3。 三．实验内容 1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏； 2．NMCL—33组件； 3．NMCL—05(E)组件或NMCL—36组件； 4．MEL－03(A)组件； 5．NMCL—35组件； 6．双踪示波器（自备）； 7．万用表（自备）。 五．注意事项 1．本实验中触发可控硅的脉冲来自NMCL-05挂箱（或NMCL—36组件），故NMCL-33的内部脉冲需断，以免造成误触发。 2．电阻R D的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。 3．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通。 4．NMCL-05(E)（或NMCL—36）面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。 5．逆变变压器采用NMCL—35组式变压器，原边为220V，副边为110V。 6．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。 六．实验方法
图1-3 单相桥式全控整流电路 1．将NMCL—05(E)（或NMCL—36）面板左上角的同步电压输入接NMCL—3 2的U、V输出端），“触发电路选择”拨向“锯齿波”。 2．断开NMCL-35和NMCL-33的连接线，合上主电路电源，此时锯齿波触发电路应处于工作状态。 NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。调节偏移电压电位器RP2，使 =90°。 断开主电源，连接NMCL-35和NMCL-33。 3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，短接平波电抗器。
课题：单相桥式整流、滤波电路 课型：讲练结合 一、学习目标 （一）职业技能： 1.掌握电路接线的基本技能，能完成单相整流滤波电路的搭建 2.学会用示波器观察单相桥式整流、滤波电路电压波形并比较整流与滤波前后的波形。 3.能正确使用双踪示波器和万用表完成对单相整流滤波电路的测试 （二）职业知识: 1 ?理解整流的含义，熟悉几种典型的整流电路 2?理解整流电路的工作原理，熟练掌握其相应的计算 及二极管的选用原则 3?理解滤波的概念，了解常用的滤波方式 4.理解电容滤波的工作原理，掌握滤波电容的选择要求（三）职业道德与情感: 1通过电路接线与搭建，提高学生排除常见故障的能力 2.提高学生分析问题和解决问题的能力 二、工作任务单 【任务一】单相整流滤波电路的接线搭建
【任务二】单相整流电路的分析 【任务三】单相整流电路的测试 【任务四】单相整流滤波电路的测试和识读 三、预备实践知识 1.电路接线的基本技能 2.双踪示波器和万用表的使用方法 四、预备理论知识 1.整流的含义及整流电路的工作原理 2.滤波的概念和滤波电路的工作原理 3.二极管和滤波电容的选用原则 五、教学重点、难点： 重点：单相桥式整流、滤波电路的工作原理与参数计算难点：单相桥式整流、滤波电路的工作原理 六、【知识回顾】 1.二极管的特性是_________________ O 2.理想二极管是指___________________ o 3.单相半波整流电路变压器次级输出电压和负载的电压U。的关系是什么？ 七、教学过程： 引子：上一堂课我们讲述了单相半波整流滤波电
路，大家发现半波整流，只能整出上半个波形，电源利用率低，脉动大，效果不是很好，脉动虽有所减少，但依然存在，那么怎样才能提高电源的利用率呢？如
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、
一、单相桥式半控整流电路（电阻性负载）1．电路结构与工作原理 （1）电路结构 T u1 u2 it1 i2 id2 VT1VT3 VD2VD4 id4 it3 u R 2.建模 3．仿真结果分析 α=30°单相桥式半控整流电路（电阻性负载）
α=60°单相桥式半控整流电路（电阻性负载） α=90°单相桥式半控整流电路（电阻性负载） 4．小结 尽管整流电路的输入电压U2是交变的，但负载上正负两个半波内均有相同的电流流过，输出电压一个周期内脉动两次，由于桥式整流电路在正、负半周均能工作，变压器二次绕组正在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，消除了变压器的电流磁化，提高了变压器的有效利用率。 二、单相桥式半控整流电路（阻-感性负载、不带续流二极管） 1．电路结构与工作原理
（1）电路结构 L （2）工作原理 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（u d=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。 2.建模
3．仿真结果分析 α=30°单相桥式半控整流电路（阻感性负载） α=60°单相桥式半控整流电路（阻感性负载）
α=90°单相桥式半控整流电路（阻感性负载） 4．小结 电路具有自续流能力，但实用中还需要加设续流二极管VD，以避免可能发生的失控现象。 三、单相桥式半控整流电路（带续流二极管） 1．电路结构与工作原理 （1）电路结构 T u2 it1 i2 id2 VT1VT3 VD2VD4 id4 it3 R u R L ul id VD ud （2）工作原理
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。
单相桥式全控整流电路MATLAB仿真 一、单相桥式全控整流电路（电阻性负载） 1．电路结构与工作原理 （1）电路结构 如图1-1所示为典型单相桥式全控整流电路，共用了四个晶闸管，两只晶闸管接成共阳极，两只晶闸管接成共阴极，每一只晶闸管是一个桥臂，桥式整流电路的工作方式特点是整流元件必须成对以构成回路，负载为电阻性。 u1 T u2 u d R id a b VT1 VT3 VT2VT4 i2 图1-1 （2）工作原理 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U t1.4= U t2.3=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（u d=-u2）和电流，且波形相位相同。 表1-1 各区间晶闸管的导通、负载电压和晶闸管端电压情况 ωt 0～αα～ππ～π＋ απ＋α～２π 晶闸管导通情况VT1.4、 VT2.3都截 止 VT1.4导 通、VT2.3 截止 VT1.4、 VT2.3都截 止 VT1.4截 止、VT2.3 导通 ud 0 u2 0 -u2 id 0 u2/R 0 -u2/R i2 0 u2/R 0 +u2/R ut ut1.4=ut2 .3= (?)u2 ut1.4=0、 ut2.3=u2 ut1.4=ut2 .3= (?)u2 ut1.4=u2 、ut2.3=0 2.建模
实验三单相桥式全控整流电路实验 一．实验目的 1．了解单相桥式全控整流电路的工作原理。 2．研究单相桥式全控整流电路在电阻负载、电阻—电感性负载时的工作。 二．实验线路及原理 参见图1。 三．实验内容 1．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 2．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMCL—05E组件 4．MEL—03A组件 5．NMCL—35组件 6．NMCL—41组件 7．双踪示波器 五．注意事项 1．负载电阻R D的调节需注意。若电阻过小，会出现电流过大造成过流保护动作（熔断丝烧断，或仪表告警）；若电阻过大，则可能流过可控硅的电流小于其维持电流，造成可控硅时断时续。 2．电感的值可根据需要选择，需防止过大的电感造成可控硅不能导通 3．NMCL—05E面板的锯齿波触发脉冲需导线连到NMCL-33面板，应注意连线不可接错，否则易造成损坏可控硅。同时，需要注意同步电压的相位，若出现可控硅移相范围太小（正常范围约30°～180°），可尝试改变同步电压极性。 4．示波器的两根地线由于同外壳相连，必须注意需接等电位，否则易造成短路事故。 5. 本实验中用示波器观察主电路中电压波形时需用到衰减探头，为防止短路事故，在观察各主电路电压时同时只允许用一个探头观察信号。不要两路一起用。 六．实验方法 1．触发电路的调试 ①将NMCL—05E面板左上角的“同步电压输入~220V”接交流电源电压输出的 U、V输出端（旧：A1，B1），找出锯齿波触发电路。
②将给定电压Ug（新：NMCL-41；旧：DJK06，注意DJK06的地信号须与NMCL—05E的地信号相连）调至零电压，并将其接入“锯齿波触发电路”中的“Uct”，此时Uct=0V。按下电源启动按钮（即合上主电源），用示波器同时观察“锯齿波触发电路”中“1”和“5”孔电压波形，调节偏移电压电位器RP2，使α=90° 2．断开主电源，将NMCL-33中“脉冲观察及通断控制”处的开关打在“脉冲断”的位置。按图接线。 3．单相桥式全控整流电路供电给电阻负载。 短接平波电抗器L，调节电阻负载至最大，合上主电路电源，调节U ct，记录在不同α 角（30°、60°、90°）时整流电路的输出电压U d=f（t）的波形，晶闸管的端电压U VT=f（t）的波形（注意：观察电压波形时需用带衰减探头），并记录相应α时的U d和交流输入电 压U2（变压器副边电压）值。 若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。 4．单相桥式全控整流电路供电给电阻—电感性负载。 断开平波电抗器L短接线，观察α=30°时的输出电压U d波形、晶闸管端电压U VT波 形及负载电流id波形（id波形可通过观察负载电阻两端的电压获得） 注意，负载电流不能过小，否则造成可控硅时断时续，可调节负载电阻RP，但负载 电流不能超过0.8A，U ct从零起调。 七．实验报告 1．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻负载情况下，当α=60°，90°时的 U d、U VT波形，并加以分析。 2．绘出单相桥式晶闸管全控整流电路供电给电阻—电感性负载情况下，当α=90°时 的U d、i d、U VT波形，并加以分析。 3．实验心得体会。
单相桥式整流电路- 教案 单相桥式整流电路》授课教案 授课班级】电气技术应用专业11 春电气班 学生人数】52 人 教材】校本教材《实用电工电子》 教学内容】《单相桥式整流电路》 授课形式】课堂教学 授课时间】 2 个课时 教材分析】 本节课选自校本教材第十章第二节《单相桥式整流电路》，整节教学分两个课时完成，整流电路是二极管最基本的应用电路，也是电子技术中最基本的电路之 一。学好这节课对学习直流稳压电源电路至关重要。学生掌握了本章节的内容能够为下一步学习滤波电路和直流稳压电源奠定基础。在教材中起到承上启下的作用。单相桥式整流电路是整流电路中的一种，由于其优点明显，实用性强，在大、中、小型各种实际电路中都有十分广泛的应用。 二、【学情分析】 存在的问题： 1.学生为初中毕业，年龄在15-17 周岁之间，学习态度不够端正，没有良好的学习习惯，缺乏必要的探索研究问题的能力。 2.学生基础知识薄弱，对电路工作原理难以理解，容易产生厌倦。 解决的方法： 1.从学生熟悉的应用（直流稳压器、手机充电器等）入手，激发学生的学习兴趣。 2.提高课堂吸引力，采用动画演示和动手实验等方法，尽可能的让学生动手、动脑，提升他们理解问题的能力，与他人合作的能力。 三、【教学目标】 单相桥式整流电路- 教案
1、知识目标：掌握单相桥式整流电路各种元器件的图形与文字符号，并能画出电路图、波形图，简述其工作原理。培养学生动脑的能力、观察的能力，逐步养成科学的归纳分析能力. 2、能力目标：通过在教师指导下的自主学习，学生学会分析单相桥式整流电路工作原理，学会能应用桥式全波整流电路解决简单问题。 3、情感目标：通过对单相桥式整流电路的分析、探究，保持良好的求知欲，乐于探索规律，让学生体验学习过程的快乐，保持学习电子技术基础课程的热情，培养学生的团队协作精神。 四、【教学重点和难点】 重点： 1．单相整流电路的组成； 2．单相整流电路的工作原理。 难点： 1. 对单相整流电路的工作原理的理解。 2. 二极管两个参数的计算以及电路波形分析 重点难点突破方法：采用多媒体教学法（动画与视频）、实验操作来解决课程中出现的重点与难点。 五、【教学方法设计】 教法学法：采用“探究性实验教学”，实验演示——观察现象——得出结论，引导学生进行探究式学习，能充分激发学生的好奇心和求知欲，调动学生学习的积极性。并充分运用多媒体动画演示和提问等交互手段，达到突出重点突破难点的目的。 课前准备：220V交流电源、单相变压器、二极管4个、电阻1个、万用表1 块、导线若干、示波器、投影仪. 六、【教学过程和步骤】
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 - 四．总结…………….............................................................................................- 16 - 图索引