单相双半波晶闸管整流电路的设计设计报告

合作组员：XXX
单相双半波晶闸管整流电路的设计
（反电势、电阻负载）
XXX 维持两周的电力电子课程设计，我们组在老师的指导下，尽快了完成了实验室的控制电路连接和主电路调试任务。

下面我将主要从控制电路设计和原理、参数选择、实验室调试遇到的问题、解决方法以及最后的收获感谢等方面完成我这次的电力电子课程设计报告，望老师批评指正。

设计条件：
1、电源电压：交流100V/50Hz
2、输出功率：500KW
3、移相范围30º~150º
4、反电势：E=70V
设计主电路、控制电路
我们组题目是单相双半波晶闸管整流电路的设计（反电势、电阻负载），主电路原理图以及原理如下所述。

但是在实验室调试时，由于条件限制，我们是使用单相全桥半控（灯箱负载）的主电路板完成调试，两者的控制信号仅差别在移相范围上，但是对控制电路信号的其他要求是相同的，所以能完成调试任务。

（1）画出主电路原理图；
主电路原理图
主电路仿真图
（2）主电路工作原理的说明、主电路元器件参数的计算 工作原理:
根据上图中变压器所标的同名端，当变压器原边输入的交流电压极性为上正下负时，副边标有同名端的极性为正，由此可知晶闸管T1承受正向电压，若在控制角为α时触发T1，T1满足触发条件立即导通，这期间T2因承受反向电压而截止。

电流通过副边上半绕组、T1、Rd 和中性抽头流通，将电源电压的正半波加到负载上。

在电源电压的负半周期，副边的非同名端极性为正，同样仍在α角处触发T2，T2由于承受正向电压而导通，由于加在T1上为负压而使其截止。

此时通路为由副边下半绕组、T2、Rd 和中性抽头构成，电源电压负半波反向后加到负载Rd 上。

可知：在|u2|>E 时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。

导通之后， ud=u2，直至|u2|=E ，id 即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E 。

与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为停止导电角。

当α > δ时，SCR 从α时刻开始导通；当α < δ时， SCR 从δ时刻开始导通。

因此，反电势负载要求触发脉冲有足够的宽度。

电量计算（反电势负载） 最小起始导电角100414.170
arcsin
U 2E arcsin δ2
⨯==
得δ=29.76º<30º α > δ 时
π
δωωδπα)
(70)δcos (cos 141t E)d sin U 2(π1E U -2d +∂++∂=
-+=⎰t V
101U dmax =
⎰--=
δ
πα
ωωπ
t d E t U U 22)sin 2(1
t d E
sin U 2π1I -2d ωωδ
πα⎰-=
R
t
⎰--=
δ
πα
ωωπ
t d R
E t U I 2
2)sin 2(
1
负载R 由2
/N U R P =，当α=0°时，U 为最大值121V ，所以
晶闸管可能承受的最大电流有效值为4.17A 晶闸管的额定平均电流57
.1)2~5.1(V I
I A =，可选取晶闸管的额定通态平均电流为4-5A 。

晶闸管承受的最大正反向电压为22141.4U V =。

考虑到（2~3）倍的余量后，可取晶闸管
的 额定电压为400V 。

（3）绘出主电路典型波形 波形
α=30º时
α=90º时
α=150º时
控制电路部分：
控制电路原理框图
控制电路原理图
控制电路各部分工作原理及波形
1）同步电路及移相
原理：220V的交流电源经过220/9的变压器后，
9V的交流输入一路经过由LM339构成的过零比
较器后输出与之同步的方波。

9V电源极性互换后
接到另一个过零比较器，产生一个与前面方波相
比移相了180°的同步方波。

方波上下限幅值为正
负直流电源电压。

波形如下：
2）锯齿波产生电路
原理：当1）中输出为负电平时，三极管截止。

由放大器虚地的概念，LM324的负输入端接近为零。

负电平通过电阻R1对电容C1反向充电，使b 点电压从零电
位随时间按斜率11i
U R C 线性上升，一直充到低电平L t 结
束为止。

因为积分器输出电压
11i
o L
U U t R C =-
，在此处
12i V U =-，05,10L U V t ms ==，由此式理论计算
得到
110.024s
RC =。

经过实验的不断调试，最后得出了来的结果是
1151,470k nF R C =Ω=，110.02397RC s =，可知与理论计算的结果非常接近。

当1）
中输出为高电平时，驱动三极管导通，由于三极管导通压降很小，电容C1通过并联在其上
的三极管迅速放电，直至下降到0电位为止。

然后一直维持为低电平，直到下个负电平又使其反向充电。

于是形成了图中所示的锯齿波。

波形如下：
3）比较电路
原理：在两个比较器的正输入端接2）中输出的两路锯齿波，负输入端同时接上由5V 直流电源和电位器构成的在0—5V 之间连续可调的直流电源，形成一个两个比较，产生两路触发电平。

改变电位器的位置时，可改变比较器负输入的直流电位。

从而改变比较器输出上升沿出现的时刻来改变触发晶闸管的角度，实现在移相。

波形如下：
4）555构成的多偕振荡器
原理：此电路由555和其周围的电阻、电容构成的多谐振荡器，产生一些列的高频脉冲列。

接通电源瞬间，电容Ｃ3上没有电荷，此时
0C THR u V
==，所以
0u H
=，T 管截止，
DD
U 经R1、R2对C 充电，
9103
()R R C τ=+充 ，随着时间的推移，
C
THR TRI u ==逐渐升高，当该电位达到
2/3
DD U 时，
u 由H 变为L ，T 管由截止变为导通。

此后C 经
过T 管放电，103
()R R C τ'=+放（R '为T 管导通电阻），
C
THR TRI u ==逐渐下降，当该
电位下降到
/3DD U 时，
u 有L 突变为H ，T 管由导通变为截止。

此后C 又充电，电路重复
上述过程，进入下一个周期，如此周而复始，电路便处于振荡状态，输出周期性的矩形脉冲。

工作波形如上图所示。

如果忽略T 管的导通电阻则可以求得
9103
0.7()H t R R C =+，103
0.7L t R C =。

5)高频化
原理：将的两路脉冲和高频脉冲相与形成和脉冲宽度一样的梳状脉冲列，如下图所示。

显然在一个输入信号的周波中触发两次，两次的触发角分别为α和α+π。

实验室调试遇到的问题、解决方法：
问题1：实验室调试过程中，锯齿波上升阶段出现了一段平台，影响实验结果。

解决：通过理论分析，在方波的负半周，三极管截至，电容充电，锯齿波输出端电压从零上升到最大值，可是由于电容较小时，充电快速完成了，导致锯齿波输出端电压不变，也就出现了平台。

所以我们换了一个较大的电容，加上与滑动变阻器的配合，选择出波形最好时的电容电阻值。

其他的问题主要集中在面包板插孔和芯片本身上，经过我们不断地检查线路克服了。

收获感谢：
通过本次的电力电子课程设计，我第一个收获就是熟练了Multisim 和simulink仿真软件的应用，该软件为我们工程类学生提供了很好的实际验证的平台，将我们平时理论学习到的知识应用到实践当中去。

明白了模块化的设计理念的重要性，由于电路的复杂性，我们很难一次性将电路功能实现出来，整体一次性连接电路的弊端还体现在无法确定错误出现在那个部分，模块化之后，确保每个模块功能完善的前提下整合出所需要的整体电路，各个模块的功能相对的简单，这样一个过程就将复杂的问题转化为一个一个问题，逐步得到解决。

整个过程中，我的动手能力得到了很大的提高，本次的课程设计电路较复杂，在应用面包板的工程中，我明白了合理的布局对整个电路连接的重要性，然后是运用万用表的蜂鸣档确定各个导线之间的连接。

只有做好每一小步才能取得整体电路的成功。

最后感谢学院给我们提供这次课程设计的条件，感谢老师在我们课程设计过程中给予我们的帮助和指导。