单相全控桥式整流仿真报告

信息与电气工程学院课程设计任务书2016 —2017 学年第 2学期专业：电气工程及其自动化班级：14电气一班学号：1404010124、1404010122、1404010130、1404010132 姓名：张魏俊、周帆、赵晨、闫欢课程设计名称电力电子技术课程设计设计题目：单相桥式全控整流电路仿真(输出电压48V，电流10A)完成期限：自 2017 年 3 月 20 日至 2017年 4月 2 日共 2 周设计依据、要求及主要内容一、设计依据设计参数：输出电压48V、电流10A二、要求及主要内容1．主电路、保护电路、控制电路设计；2．主电路元件的参数计算与选择；3．计算整流变压器参数、选择其容量和规格；4．主电路中过电压过电流保护电路的选择及相应电路元件的计算与选择；5．绘制主电路、保护电路、控制电路设计电气系统原理图；6．写出课程设计报告。

其中设计报告要包括有设计的目的，设计原理，设计参数的计算，元器件选型，器件表，电路图的设计说明以及设计的心得等；设计报告3000字以上；指导教师（签字）：郭小定批准日期：2017 年 4 月2日目录1 设计目的与意义 (3)2 设计原理 (3)3 器件选型 (4)4 仿真 (6)4.1仿真平台与过程 (6)4.2仿真分析 (7)5 心得体会 (7)6 参考文献 (8)7 附录 (8)1．设计目的及意义“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。

因此，通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：1）培养综合应用所学知识，并设计出具有电压可调功能的直流电源系统的能力；2）较全面地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。

2.设计原理用四个晶闸管，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uT1.4= uT2.3=1/2u2。

（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（ud=u2）和电流输出，两者波形相位相同且uT1.4=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uT2.3=1/2u2。

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，uT2.3=uT1.4=1/2u2。

（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（ud=-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、VT4和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。

3.器件选型由于单相桥式全控整流电路带电感性负载主电路主要原件是晶闸管，所以选取原件主要考虑晶闸管的参数及选取原则。

(1)额定电压TNU 通常取断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM 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，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压应为正常工作峰值电压UTM 的2～3倍，以保证电路的工作安全。

因此晶闸管额定电压：()RRM DRM TN U U U ,min = (3.1)()TM TN U U 3~2= (3.2)(2)额定电流I(AV)又称为额定通态平均电流，国标规定为晶闸管在环境温度为40°C 和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许留过的最大贡品正弦半波电流的平均值。

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，可能要超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。

使用时应按十几电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管，而且应留有一定的裕量，一般取1.5～2倍。

正弦半波电流平均值I(AV)电流有效值I 和电流最大值Im 三者的关系为：()()2I I 21mm2msin I ==⎰ππwt d I wt T (3.3) 各种有直流分量的电流波形，其电流波形的有效值I 与I(AV)之比，称为这个电流的波形系数，用Kf 表示。

因此在正弦半波情况下电流波形系数为：()57.12===πAV T T f I I K (3.4)直流输出电压平均值()ααπωωπαπαcos 145.02cos 19.02cos 122)(sin 212222+=+=+==⎰U U U t d t U U d (3.5)输出电流平均 ()αcos 145.02cos 1.9.022+=+==RU a R U R U I d d (3.6) 流过晶闸管电流有效值 ()⎰∏=παωωt d t)sin 2(2122R U I VTπππa a RU -+=22sin 22 (3.7) 本设计要求带阻感性负载，则有：()2cos 19.02cos 122sin 22122ααπωωππα+=+=⎰U U t td U Ud(3.5) 当α=0°时，Ud 取最大值24V 既而得出U2=26.7V ，α=180°时，Ud=0，则α角的移相范围为0～180°。

晶闸管承受的最大电压为：V U U TM 7.377.26222=⨯==(3.6)考虑到2～3倍的安全裕量，则晶闸管的额定电压为：()V U N )3.113~5.75(7.373~2=⨯= (3.7)晶闸管承受的最大电流Id 为：A RU I d 39.02== (3.8)那么单独流过一个晶闸管的电流有效值为：A I I dVT 12.221==(3.9)考虑（1.5～2）倍的安全裕量则晶闸管的额定电流为：A I )24.4~18.3(= (3.10)(3)变压器的选取根据参数计算得出U2=26.7V 又有电网电压U1=220V ，那么可以计算出变压器变比K 为7.26220=K (3.11)4.仿真4.1仿真平台与过程 （1）仿真平台：Multisim 是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard 同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。

是入选伯克利加大SPICE 项目中为数不多的几款软件之一。

Multisim 在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE 模拟。

工程师们可以使用Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim 提炼了SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim 和虚拟仪器技术，PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

(2)仿真过程 第一步：添加原器件第二步：根据已经设计好的图纸，在电路中将各个原器件连接好线，完成电路连接。

第三步：启动仿真，观察运行状态，由仿真中出现的问题来排查线路错误，故障。

第四步：观察输出波形，调整器件参数，从而使仿真运行在最佳状态。

4.2仿真分析（1）α=30°时，电路中输出电压的波形图。

（2）α=60°时，电路中输出电压的波形图。

（3）α=90°时，电路中输出电压的波形图。

（4）在调好电路参数后，成功完成整流，仿真成功，输出电压为48V,输出电流为10A. α为：30°60°,90°时，电路中输出电压的波形图表明，主电路、控制电路设计正确。

5.心得体会通过这次的multisim仿真设计过程中，不仅掌握了multisim仿真的使用，还对单相桥式全控整流电路有了更深刻的认识。

在实际电路的设计中，需要考虑电源及R、L的具体参数，可以通过改变仿真模型中的R、L的值进行分析。

在进行仿真时，不仅要掌握各种模块的功能和用法，还要掌握一定的编程技巧。

经过自学multisim，学会multisim软件的基础操作，为以后的学习提供了很好的基础。

仿真的过程不仅需要对软件的掌握技巧，还需要一定的耐心和信心，充分利用图书和网络资源查找资料，以完成仿真的实现。

随着科技的不断发展进步电力电子器件也同我们的生活息息相关，在我们的生活中扮演的角色也越来越重要。

要设计一个电路，首先要对所设计电路的原理知识了解很深，这样才能设计出较好的电路，完成预期的效果。

在整流电路中，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，在设计过程中，由于晶闸管的选择不当而有好几次没有得到理想的波形。

在这次设计中，由于我们知识的欠缺，设计的并不详细，知识的衔接也不理想，错误应该是有的，但我们已经努力了，设计中错误的地方希望老师能谅解，加以指点。

6.参考文献1．王兆安，黄俊主编．电力电子技木[M]．第四版．北京：机械工业出版社，2000.2．黄俊，秦祖荫主编．电力电子自关断器件及电路[M]．北京：机械工业出版社，1991.3．林渭勋主编．现代电力电子技术[M]．北京：机械工业出版社，2006.4．赵良炳主编．现代电力电子技术基础[M]．北京：清华大学出版社，1995.5．赵可斌，陈国雄主编．电力电子交流技术[M]．上海：上海交通大学出版社，1993.7附录附录A : 主电路图附录B :参数及波形Pulse1|4 pulse2|3a=30° a=60°a=90°电压表电流表附录D:触发控制电路。