(完整版)单相桥式半控整流电路

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VDR1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。

实验二单相桥式半控整流电路实验一．实验目的1．研究单相桥式半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。

2．熟悉MCL—05组件锯齿波触发电路的工作。

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．实验线路及原理见图4-6。

三．实验内容1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。

2．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（带续流二极管）。

3．单相桥式半控整流电路供电给反电势负载（带续流二极管）。

4．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（断开续流二极管）。

四．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。

3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）4．MCL—05组件或MCL—05A组件5．MEL—03三相可调电阻器或自配滑线变阻器。

6．MEL—02三相芯式变压器。

7．二踪示波器8．万用电表五．注意事项1．实验前必须先了解晶闸管的电流额定值（本装置为5A），并根据额定值与整流电路形式计算出负载电阻的最小允许值。

2．为保护整流元件不受损坏，晶闸管整流电路的正确操作步骤（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。

（2）在控制电压U ct =0时，接通主电源。

然后逐渐增大U ct ，使整流电路投入工作。

（3）断开整流电路时，应先把U ct 降到零，使整流电路无输出，然后切断总电源。

3．注意示波器的使用。

4．MCL —33（或MCL —53组件）的内部脉冲需断开。

5．接反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁六．实验方法1．将MCL —05（或MCL —05A ，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MCL —18的U 、V 输出端（如您选购的产品为MCL —Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的U 、V 输出端相连）， “触发电路选择”拨向“锯齿波”。

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。

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。

单相桥式半控整流电路是一种常见的电子电路，用于将交流电转换为直流电。

在许多电力电子应用中，这种电路被广泛应用。

在这篇文章中，我们将重点讨论单相桥式半控整流电路在阻感负载移相范围内的应用和特性。

1. 半控整流电路的基本原理单相桥式半控整流电路由四个功率晶闸管和四个二极管组成，其基本原理是通过控制晶闸管的导通角度来控制整流电路的输出电压和电流。

在半控整流电路中，晶闸管在每个交流周期内只进行一次导通，通过改变晶闸管的导通角，可以实现电压和电流的控制。

2. 阻感负载移相范围在实际应用中，半控整流电路通常用于驱动感性负载，如电感、变压器等。

在这种情况下，负载的电流和电压波形将出现移相现象，这是由于感性负载的特性所导致的。

在移相范围内，整流电路的性能和稳定性会发生改变，需要进行合适的设计和控制。

3. 移相现象的原因当桥式半控整流电路驱动感性负载时，感性负载将导致电流和电压波形的移相现象。

这是由于感性负载的特性，即在感性元件中通过的电流滞后于电压。

在整流电路中，感性负载的移相现象将导致输出电流的波形发生变化，对电路的稳定性和性能产生影响。

4. 整流电路的适应性在阻感负载移相范围内，整流电路需要具有良好的适应性，能够稳定地驱动感性负载并保持整流电流的稳定性。

这需要对整流电路进行合理的设计和参数选择，以确保在移相范围内仍能保持较好的性能和稳定性。

5. 控制策略在阻感负载移相范围内，需要采取合适的控制策略来实现整流电路对感性负载的稳定驱动。

常见的控制策略包括改变晶闸管的触发脉冲相位、调整晶闸管的触发角度等。

通过合理的控制策略，可以实现整流电路在移相范围内的稳定运行。

6. 参数设计在设计阻感负载移相范围内的半控整流电路时，需要进行合理的参数设计。

这包括选择合适的晶闸管类型和参数、确定适当的触发脉冲相位、优化感性负载参数等。

合理的参数设计可以提高整流电路的性能和稳定性。

7. 应用案例针对阻感负载移相范围内的半控整流电路，在实际应用中存在着大量的案例和经验。

单相桥式半控整流电路在单相桥式全控整流电路中，由于每次都要同时触发两只晶闸管，因此线路较为复杂。

为了简化电路，实际上可以采用一只晶闸管来控制导电回路，然后用一只整流二极管来代替另一只晶闸管。

所以把图1-64中的VT3和VT4换成二极管VD3和VD4，就形成了单相桥式半控整流电路，如图1-67所示。

(a)电路图 (b) 波形图 图1-67 单相桥式半控整流电路带电阻性负载电路及波形图(1）电阻性负载单相桥式半控整流电路带电阻性负载时的电路如图2－28所示。

工作情况同桥式全控整流电路相似，两只晶闸管仍是共阳极连接，即使同时触发两只管子，也只能是阳极电位高的晶闸管导通。

而两只二极管是共阳极连接，总是阴极电位低的二极管导通，因此，在电源u 2正半周VD4正偏，在u 2正半周VD3正偏。

所以，在电源正半周时，触发晶闸管VT1导通，二极管VD4正偏导通，电流由电源a 端经VT1和负载Rd 及VD4，回电源b 端，若忽略两管的正向导通压降，则负载上得到的直流输出电压就是电源电压u 2，即u d =u 2。

在电源负半周时，触发VT2导通，电流由电源b 端经VT2和负载Rd 及VD3，回电源a 端，输出仍是u d =u 2，只不过在负载上的方向没变。

在负载上得到的输出波形（如图1-67(b)所示）与全控桥带电阻性负载时是一样的。

2）基本物理量计算。

①输出电压平均值的计算公式2cos 19.02α+=UUdα的移相范围是0°～180°。

②负载电流平均值的计算公式2cos 19.02α+==dddd R UR UI③流过一只晶闸管和整流二极管的电流的平均值和有效值的计算公式d dD dT I I I 21==I I T 21=④晶闸管可能承受的最大电压为22U UTM=(2）电感性负载 1）工作原理。

(a)电路图 (b) 波形图 图1-68 单相桥式半控整流电路带电感性负载电路及波形图单相桥式半控整流电路带电感性负载时的电路如图1-68所示。

三．实验原理单相桥式半控整流电路在电阻性负载时的工作情况与全控电路完全相同，这里只介绍电感性负载时的工作情况。

单相桥式半控整流电路原理图如下图所示。

假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态。

当电源电压 u 2 在正半周期，控制角为 a 时触发晶闸管 VT1 使其导通，电源经 VT1 和 VD4 向负载供电。

当 u 2 过零变负时，由于电感的作用使 VT1 继续导通。

因a 点电位低于 b 点电位，使得电流从 VD4 转移至 VD2 ，电流不再流经变压器二次绕组，而是由 VT1 和 VD2 续流。

此阶段忽略器件的通态压降，则u d ＝ 0 ，不像全控电路那样出现 u d 为负的情况。

在 u 2 负半周控制角为 a 时触发 VT3 使其导通，则向 VT1 加反压使之关断， u 2 经 VT3 和 VD2 向负载供电。

u 2 过零变正时， VD4 导通。

VT3 和VD4 续流， u d 又为零。

此后重复以上过程。

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，即半周期 u d 为正弦，另外半周期 u d 为零，其平均值保持恒定，称为失控。

有续流二极管 VD 时，续流过程由 VD 完成，在续流阶段晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。

单相桥式半控整流电路原理图四．实验内容⒈ 接线在实验装置断电的情况下，按单相桥式半控整流电路实验线路图及接线图进行接线。

图中可调电阻器 R d ，选用 MEL ﹣ 03 中的其中一组可调电阻器并联， R d 的初始电阻值应调到最大值。

⒉ 触发电路调试在主电路断电情况下调试触发电路。

当给定电压 U g ＝ 0V ，调节偏移电压使触发脉冲初始相位 a ＝180 °，然后逐渐调节给定电压 U g ，观察触发脉冲移相范围是否满足 a ＝30 °～180 °。

单相桥式半控整流电路电阻负载：一、仿真步骤1．启动MATLAB，进入SIMULINK后新建一个仿真模型的新文件。

在这里可以任意添加电路元器件模块。

然后对照电路系统模型，依次往文档中添加相应的模块。

在此实验中，我们按下表添加模块：2．添加好模块后，要对各元器件进行布局。

一个良好的布局面板，更有利于阅读系统模型及方便调试。

图13．设置模块参数。

依次双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

1），交流电源参数设置：电压设置为220V，频率设为50Hz，其它默认。

图22），脉冲触发器设置：振幅（amplitude）设为5。

周期（Period）设为0.02秒。

脉冲宽度（pulse width）设为2。

相位延迟角（phase delay），即触发角。

它的设置在调试时需要修改，以实现在不同角度触发时，观测电路各变量的波形的变化。

因为它是以秒为单位，故需把角度换算成秒。

其计算可按以下公式：t=αT/360。

例如触发角α＝45度，周期T＝0.02，则t=0.0025，则此空中应填入0.0025。

图3第二个触发器的设置只需触发角比第一个大180度，即加上0.01，其它不变。

3）示波器的设置：双击示波器，弹出示波器面板，在第一排控件栏中单击第二个控件，弹出参数设置窗口，如下所示：图4把坐标系数目设为7，其它不必修改。

Time range是横坐标设置。

4．模型仿真。

在模型仿真时要先设置仿真参数，仿真参数的设置与实验一相同。

设置好后，即可开始仿真。

点击开始控件。

仿真完成后就可以通过示波器来观察仿真的结果。

以下是分别在0度，30度，45度，60度时的仿真结果。

0度： 30度：45度： 60度：电阻电感负载：带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同，但须将RLC的串联分支设置为电阻电感负载。

本例中设置的电阻R＝1，L＝0.01H，电容为inf。

电阻电感负载分别在0度，30度，45度，60度时的仿真结果：0度： 30度：45度： 60度：。

实验二单相桥式半控整流电路实验四．实验方法1．在实验箱没有接通电源时，将插板JMCL-36-05插入实验箱的插板区，按图2-1将所有线连接上，并检查线连接是否正确，并且将触发电路的G1、K1及G3、K3接至主电路可控硅的G1、K1及G3、K3。

给定部分的RP 逆时针调到底，开关拨至正给定，，然后接通电源，调节RP1和RP2使触发角达到实验一中的初始位置。

2．单相桥式半控整流电路供电给灯泡负载 调节给定电位器RP ，使α=90°，（调节方法可以直接在主电路中调整触发角，示波器I 通道接U UV 作为参考波形，示波器探头II 接负载1端，可以调节触发角）测取此时整流电路的输出电压（灯泡负载两端）U d =f （t ），输出电流i d =f （t ）（接电阻测量）以及晶闸管端电压U VT =f （t ）波形，并测定交流输入电压U 2、整流输出电压U d ，验证2cos 19.02α+=U U dUd与Id------------------------------------------------------------------------------------------------------Uvt 单独的图如下-------------------------------------------------------------------------------------分别测取α=60°，α=30°时的U d、i d、U vt波形。

当α=60°时，UdId的图如下-------------------------------------------------------------------------Uvt单独的图如下-------------------------------------------------------------------------------------当α=30°时，UdId的图如下-------------------------------------------------------------------------Uvt单独的图如下-------------------------------------------------------------------------------------3．单相桥式半控整流电路供电给电机负载将主电路两端接至灯泡两端的线断开，接至直流电机两端。