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单相半控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)

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单相全控桥式晶闸管整流电路的设计(纯电阻负载)解读

单相全控桥式晶闸管整流电路的设计(纯电阻负载)解读

1 单相桥式全控整流电路的功能要求及设计方案介绍1.1 单相桥式全控整流电路设计方案1.1.1 设计方案图1设计方案1.1.2 整流电路的设计主电路原理图及其工作波形图2 主电路原理图及工作波形主电路原理说明：（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。

（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（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。

2 触发电路的设计2.1 晶闸管触发电路触发电路在变流装置中所起的基本作用是向晶闸管提供门极电压和门极电流，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。

根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。

触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。

，开始启动A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。

2.1.1 晶闸管触发电路的要求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。

课程设计单相半控桥式晶闸管整流电路设计(阻感负载)

课程设计单相半控桥式晶闸管整流电路设计(阻感负载)

课程设计说明书学院：信息与通信工程学院专业：自动化题目：单相半控桥式晶闸管整流电路设计（阻感负载）课程设计任务书课程设计任务书2011年 1 月 10日~ 1月 11 日收集资料，计算所需参数并选定元器件；1月12日~ 1月13日完成主电路、控制电路设计；绘出波形图；1月14日~ 月日完成课程设计报告，下午答辩。

系主任审查意见：签字：2011年 1 月 9日一、工作原理1、单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（无续流二极管）图1-1 阻感性负载（无续流二极管）的主电路假设负载电流因电感足够大而平直，当电源u正半波，在tω=∂时触发,VT12后VT1、VT2导通，电流通路为A- VT1-L-R- VT2-B,电流由电源提供；当tω=π后，经零变负，但由于电感电势的作用，电流仍将继续，电感通过R-VD1-VT1电源电压u2回路放电。

在tω=π处，二极管VD2电流给VD1，电流i VD2及i2终止，在tω=π～（π+∂）区间电流由电感释放电能提供。

当tω=（π+∂）时触发VT2导通，由于VT2的导通才能使VT1经受反压而关断，其后的工作进程与前半周类似。

由此可见，VT1触发导通后，需VT2的触发导通才能关断。

因此流过晶闸管的电流在一个周期内各占一半，其换流时刻由门极触发脉冲决定；而二极管VD一、VD2的导通与关断仅由电源电压的正负半波决定，在tω=nπ(n为正整数)处换流，因此单相半控桥式整流电路电感负载时各元件导通角均为1800，电源在∂区间内停止对负载供电。

半控桥式整流电路中的整流二极管VD一、VD2本身兼有续流二极管的作用，因此电路中不需另加续流二极管。

但如果是在工作中显现异样，比如VT2的触发脉冲消失，那么VT1由于电感续流作用将不能关断，等到下一个正半波到来时，VT1无需触发仍继续导通，结果是：一只晶闸管与两只二极管之间连番导电，其输出电压失去操纵，这种情形称之为“失控”。

失控时的的输出电压相当于单相半波不可控整流时的电压波形。

半控桥整流电路

半控桥整流电路

原理图
仿真波形图
• U2 • i2 • UD • iD
• 实际运行中，该电路在接大电感负载的 情况下，若突然关断触发脉冲或将α迅速 移到180度，在没有接入续流二极管VD 时，可能出现一个晶闸管直通，两个整 流管交替导通的失控现象。
单相桥式半控整流（阻感性负 载，晶闸管在同一桥臂）
• 两个晶闸管串联电路 的优点是两个串联的 二极管除了起整流作 用外，还可以替代接 续流管，使电路不会 出现失控现象。
半控桥整流电路
单相桥式半控整流（阻感性负载， 不带续流二极管） 单相桥式半控整流（阻感性负载， 带续流二极管）
单相桥式半控整流（阻感性 负载，晶闸管在同一桥臂）
ห้องสมุดไป่ตู้
单相桥式半控整流（阻感性负 载，不带续流二极管）
• 特点：晶闸管在 触发时刻换流， 二极管在电源过 0时刻换流。
• 当电源电压u2的正半周，在控制角a=ωt时，触发晶闸 当电源电压u 的正半周，在控制角a=ωt a=ωt时 导通，则负载电源i 流通， 管VT1导通，则负载电源iD经VT1，VD2流通，达到 ωt=π时 开始由0变负，由于电感L的作用， ωt=π时，u2开始由0变负，由于电感L的作用，负载 电流维持不变， 继续导通，但此时的a 电流维持不变，使VT1继续导通，但此时的a点电位已 经开始低于b点电位，整流管VD 自然换到VD 经开始低于b点电位，整流管VD2自然换到VD1，并使 承受反压而截止。所以， 负半周开始， VD2承受反压而截止。所以，从u2负半周开始，VT1和 导通，与负载形成回路，， ，，负载电流不再经过变压 VD1导通，与负载形成回路，，负载电流不再经过变压 器副边绕组，而由VT 起自然续流作用， 器副边绕组，而由VT1和VD1起自然续流作用，输出电 压为这两个管子的正向压降，接近于0 压为这两个管子的正向压降，接近于0，使得在 π~π+α期间 期间， 波形不会出现负值。 π~π+α期间，uD波形不会出现负值。 • 在u2的负半周，晶闸管VT2承受正向电压，在 的负半周，晶闸管VT 承受正向电压， ωt=π+α时 被触发导通，并使VT ωt=π+α时，VT2被触发导通，并使VT1承受反向电压 而关断，于是VT 导通，电流i 从电源b端经VT 而关断，于是VT2和VD1导通，电流iD从电源b端经VT2、 负载、 会到a ωt=2π以后 以后， 由负变正， 负载、VD1会到a端。在ωt=2π以后，u2由负变正，整 流管VD 又自然换流到VD 续流， 等于0 流管VD1又自然换流到VD2，VT2和VD2续流，使uD等于0， 由于承受反压而截止……如此重复循环。 ……如此重复循环 而VD1由于承受反压而截止……如此重复循环。

2.1.4_单相桥式全控整流电路(电阻性负载)解析

2.1.4_单相桥式全控整流电路(电阻性负载)解析

4）输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2 输出电流有效值I与变压器二次侧电流I2相同为
U U2 I I2 R R
1 π sin 2 2π π
4.3.2单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）
1、电路结构
电感的感应电势使输出电压波形出现负波。输出电流是近似 平直的，晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。
ud Ud
0
t1

t 2
t
iT1,4
id
Tr
iT2,3
0
Id
t
Id
i2 u2
VT1 a
VT3
L
0 u T1
t
u1
ud
b
VT2 VT4
0
R
u 2 (i2 )
t
u2 i2
Id
(a)
0
t
图4-4
(b)
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，
3、波形
300
图4-2
600
900
1200
图4-3
1500

单相桥式整流器电阻性负载时的移相范围是 0～180º 。 α=0º 时，输出电压最高；α=180º 时，输出电压最小。
4. 基本数量关系 1）输出电压平均值Ud
1 Ud π



2U 2 sin tdt
4.3.1 单相桥式全控整流电路（电阻性负载）

1、电路结构 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。
ud (id )
Ud

单相桥式半控整流电路

单相桥式半控整流电路

图3 单相半控桥电感性负载不接续流二极管的情况分析
四、单相桥式半控接续流二极管整流电路
➢有 续 流 二极 管 VDR 时 ， 续 流过 程 由 VDR完成，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。同时，续流期间导电回路中只有 一个管压降，有利于降低损耗。
图4单相桥式半控整流电路接续流二极管的电路及波形
单相桥式半控整流电路
一、单相桥式半控整流电路（不接续流二极管）
单相全控桥中，每个导电回路中有2个 晶闸管，为了对每个导电回路进 行控制， 只需1个晶闸管就可以了，另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。（该电 路未接续流二极管）
图1 单相桥式半控带感性负载电路
图2 单相桥式半控整流电路，阻感负载时 的电路及波形
二、单相桥式半控整流电路工作原理
在u2负半周触发角α时刻触发VT3，VT3 导通，则向VT1加反压使之关断，u2经 VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时， VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud
又为零。 半控整流电路与全控整流电路在电阻负载 时的工作情况相同。
二、单相桥式半控整流电路工作原理
在u2正半周，触发角α处给晶闸管VT
加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。
当u2过零变负时，因电感作用使电流
连续，VT1继续导通。但因α点电位低于b 点 电 位 ， 使 得 电 流 从 VD4 转 移 至 VD2， VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组， 而是由VT1和VD2续流。
五、接续流二极管整流电路数量关系
➢晶闸管和二极管电流有效值 ➢续流二极管电流有效值 ➢变压器二次侧电流有效值
I DR I d

单相桥式半控整流电路实验

单相桥式半控整流电路实验

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”。

单相半控桥式整流电路

单相半控桥式整流电路

一、实验基本内容1.实验名称：单相半控桥整流电路实验2.已知条件：a)工作电路原理图图1 工作原理图b)理想工作波形c)产生失控现象的原因及理论结果对于单相桥式半控整流电路，在正常运行的情况下，如果突然把触发脉冲切断或者将触发延迟角α增大到180°，电路将产生“失控”现象。

失控原因：正在导通的晶闸管的关断必须依赖后续晶闸管的开通，如果后续晶闸管不能导通，则已经导通的晶闸管就无法关断。

失控结果：失控后，一个晶闸管持续导通，两个二极管轮流导通，整流输出电压波形为正弦半波，即半周期为正弦波，另外半周期为零，输出电压平均值恒定。

d)各物理量基本数量关系（感性负载）Ⅰ.输出直流电压平均值U dU d=1π2παsinwtd(wt)=0.9U21+cosα2Ⅱ.负载电流平均值I d=U dR =0.45U2R1+cosα2Ⅲ.流过晶闸管的电流有效值I VTI VT=I VD=π−α2πI dⅣ.流过晶闸管的电流平均值I dVTI dVT=I dVD=π−α2πI dⅤ.变压器二次电流有效值I2I2=1πI d2d(ωt)π+αα=I d=2I VTⅥ.续流二极管电流有效值I VD RI VTR =απI dⅦ.续流二极管电流平均值I dVT RI dVTR =απI d3.实验目标：a)实现控制触发脉冲与晶闸管同步；b)观测单相半控桥在纯阻性负载时的移相控制特点，测量最大移相范围及输入-输出特性；c)观测单相半控桥在阻-感性负载时的输出状态，制造失控现象并讨论解决方案。

二、实验条件1.主要设备仪器a)电力电子及电气传动教学实验台i.型号MCL-Ⅲ型ii.生产厂商浙江大学求是公司b)Tektronix示波器i.型号TDS2012ii.主要参数带宽:100MHz最高采样频率：1GS/sc)数字万用表i.型号GDM-81452.小组人员分工u 2abVT1VT2VD2VD4Ru da)实验主要操作人辅助操作人电流表监控影像记录数据记录b)报告实验基本内容描述实验图片整理实验图片处理实验条件阐述实验过程叙述数据处理电路仿真讨论思考题讨论结果整理实验综合评估报告整合排版三、实验原理1.阻性负载如图所示为带阻性负载时单相桥式半控整流电路。

单相半控桥式整流电路

单相半控桥式整流电路
➢ 当负载为阻性负载时，单相 半控桥与单相全控桥工作过 程和波形完全一致。
➢ 负载输出电压的平均值为
VT1 VT2
u1
u2
Rd
VD3 VD
4
ud
ωt ug
i2
ωt
ωt
阻感性负载单相桥式半控整流电路
假设负载中电感很大 工作原理－无触发〔0，α〕
u2
T i2
VT1 VT2
＋
u1
u2
－
VD3 VD4
id L ud R
Thank you! Bye
单相可控整流电路的分析方法
• 1.可假设第一个触发脉冲前管子均关断。 • 2.确定触发脉冲时相应的SCR A-K两端电压是否正
偏，若是则导通； • 3.电压过零点时注意负载性质（阻性则电流同时
过零SCR关断；大电感性则电流量连续可继续导通 到另一组SCR触发导通时换相）。 • 4.负载端带续流二极管情况：输出电压不可能小 于零。
0α π
2π ωt
阻感性负载单相桥式半控整流电路
工作原理－有触发〔π ＋α，2 π 〕
T i2
VT1 VT2
－
u1
u2
u2
＋
VHale Waihona Puke 3 VD4id L ud R
0α π ud
0α π id
0α π i2
2π ωt
• ωt= π+ α 时，给VT2加触发信号：
2π
ωt
• •
VT2、VD3导通 iVT2 = iVD3 = id =- i2
阻感性负载单相桥式半控整流电路
u2
O ud u
u1
wt
T i2 u2
VT1

单相桥式半控整流电路的设计

单相桥式半控整流电路的设计
图1主电路原理图
2.2主要元器件的选择
1)晶闸管的选取
图2晶闸管的结构及符号
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。
晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 其结构及符号如图2所示。由于单相桥式半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。
单结晶体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要决定于电容器放大电的时间常数。R1或C太小，放电快，触发脉冲的宽度小，不能使晶闸管触发。因为晶闸管从阻断状态到完全导通需要一定时间，一般在10uf以下，所以触发脉冲的宽度必须在10uf以上。但是，若C值太大，由于充电时间常数（RP+R）C的最小值决定于最小控制角，则（RP+R）就必须很小，如上所述，这将引起单结晶体管的直通现象。如果R1太大，当单结晶体管尚未导通时，其漏电流就可能在R1上产生较大的电压，这个电压加在晶闸管的控制极上而导致误触发。一般规定，晶闸管的不触发电压为0.15~0.3V，所以上述电压不应大于这个数值。
3）晶闸管 提取路径：Simulink\SimpowerSystem\Power Electronics\Thyristor
（3）随着发射极电流ie不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不在降了，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，Vv和谷点电流Iv。
（4）过了V点后，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uc继续增加时，ie便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ve＜Vv，管子重新截止。

半控桥整流电路

半控桥整流电路
半控桥整流电路
单相桥式半控整流（阻感性负载， 不带续流二极管） 单相桥式半控整流（阻感性负载， 桥臂）
单相桥式半控整流（阻感性负 载，不带续流二极管）
• 特点：晶闸管在 触发时刻换流， 二极管在电源过 0时刻换流。
• 当电源电压u2的正半周，在控制角a=ωt时，触发晶闸 当电源电压u 的正半周，在控制角a=ωt a=ωt时 导通，则负载电源i 流通， 管VT1导通，则负载电源iD经VT1，VD2流通，达到 ωt=π时 开始由0变负，由于电感L的作用， ωt=π时，u2开始由0变负，由于电感L的作用，负载 电流维持不变， 继续导通，但此时的a 电流维持不变，使VT1继续导通，但此时的a点电位已 经开始低于b点电位，整流管VD 自然换到VD 经开始低于b点电位，整流管VD2自然换到VD1，并使 承受反压而截止。所以， 负半周开始， VD2承受反压而截止。所以，从u2负半周开始，VT1和 导通，与负载形成回路，， ，，负载电流不再经过变压 VD1导通，与负载形成回路，，负载电流不再经过变压 器副边绕组，而由VT 起自然续流作用， 器副边绕组，而由VT1和VD1起自然续流作用，输出电 压为这两个管子的正向压降，接近于0 压为这两个管子的正向压降，接近于0，使得在 π~π+α期间 期间， 波形不会出现负值。 π~π+α期间，uD波形不会出现负值。 • 在u2的负半周，晶闸管VT2承受正向电压，在 的负半周，晶闸管VT 承受正向电压， ωt=π+α时 被触发导通，并使VT ωt=π+α时，VT2被触发导通，并使VT1承受反向电压 而关断，于是VT 导通，电流i 从电源b端经VT 而关断，于是VT2和VD1导通，电流iD从电源b端经VT2、 负载、 会到a ωt=2π以后 以后， 由负变正， 负载、VD1会到a端。在ωt=2π以后，u2由负变正，整 流管VD 又自然换流到VD 续流， 等于0 流管VD1又自然换流到VD2，VT2和VD2续流，使uD等于0， 由于承受反压而截止……如此重复循环。 ……如此重复循环 而VD1由于承受反压而截止……如此重复循环。

单相半控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)

单相半控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)

单相半控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)概述本文将介绍单相半控桥式晶闸管整流电路的设计，该电路适用于阻感负载。

晶闸管无法正常导通，需要外部触发信号时，使用RC触发电路。

设计的目的是通过阻感负载实现电能的稳定输出。

晶闸管选择在设计单相半控桥式晶闸管整流电路时，需要选购合适的晶闸管。

常用的有BTA08-600、BTA12-600B和BTA16-600BW。

在选购时，需要考虑晶闸管的额定电压和额定电流。

同时还需注意晶闸管的触发电流和停止电流。

桥式整流电路的设计桥式整流电路主要由4只晶闸管和4只二极管组成。

需要注意的是，二极管的极性应与晶闸管的导通方向相反。

桥式整流电路的原理是，晶闸管V1和V2分别控制输出电源的正半周期，而V3和V4则控制负半周期。

整个电路的输出电压可以通过改变晶闸管的导通角度来控制。

控制角度越大，输出电压就越高。

阻感负载的设计在实际应用中，常使用阻感负载来实现负载的稳定输出。

阻感的本质是将电流稳定地输出到负载上，有效地抑制了电路中的尖峰和电压陡峭上升。

具体设计时，需要考虑阻感的额定电流和电感值。

在设计的过程中，还需注意负载的功率和输出电压的稳定性。

RC触发电路的设计由于晶闸管无法正常导通，需要外部触发信号时，我们需要使用RC触发电路。

常见的RC触发电路有正弦波触发和方波触发两种。

在实际设计中，需要根据具体的应用场景来选择合适的触发电路。

总结本文介绍了单相半控桥式晶闸管整流电路的设计方法，包含了晶闸管和阻感负载的选择、桥式整流电路的设计、阻感负载的设计以及RC触发电路的设计等内容。

希望对读者在实际应用中提供参考。

单相桥式半控整流电路

单相桥式半控整流电路

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。

单相桥式半控整流

单相桥式半控整流

目录摘要 (2)1.设计任务和要求 (3)设计任务 (3)设计要求 (3)2.单相桥式半控整流电路的设计 (2)设计方案 (2)主电路的原理与设计 (4)驱动电路的原理与设计 (5)错误!未定义书签。

元器件的选取及相关参数计算 (8)错误!未定义书签。

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电力电子器件的保护 (11)错误!未定义书签。

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总电路原理图及工作原理 (12)建模与仿真 (12)心得体会 (13)参考文献 (13)摘要就是把交流电能转换成直流电能的电路。

大多数整流电路由变压器、驱动电路、整流主电路、保护电路等组成。

它在直流电机调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

20世纪70年代以后，主电路多用硅整流电路和晶闸管组成。

而变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可以减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。

整流电路的种类很多，主要有半波整流电路、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。

本课程设计为单相桥式半控整流电路。

关键字：整流驱动过电压保护变压单相桥式半控整流电路1.设计任务和要求设计任务单相桥式半控整流电路的技术要求：设计一单相桥式半控整流电路，对RL负载供电，其中R=10Ω，L=20mH；要求直流输出电压在0～180伏连续可调。

设计要求1)方案设计2)完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择3)触发电路的设计4)绘制系统电路图5)利用matlab仿真软件建模并仿真，获取电压电流波形，对结果进行分析6)撰写设计说明书2.单相桥式半控整流电路的设计设计方案在单相桥式全控整流电路中，每一个导电回路中都有两个晶闸管，即利用两个晶闸管同时导通以控制导电的回路。

实际上对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管就够了，另一个可以用二极管代替。

从而简化整个电路，调节起来也比较方便，并且也节省了成本，这就是单相桥式半控整流电路。

单相半控桥式晶闸管整流电路设计(反电势、电阻)

单相半控桥式晶闸管整流电路设计(反电势、电阻)

单相半控桥式晶闸管整流电路设计(反电势、电阻)1. 背景在电力系统中，直流电源是非常重要的一种电源。

晶闸管在电力控制方面拥有广泛的应用，因为它能够提供高效的控制机制，包括在半导体设备上实现电流开关，以及实现定时控制等功能。

单相半控桥式晶闸管整流电路是一种非常常见的整流电路类型，也非常适合用于小功率应用。

本文将介绍如何设计一种单相半控桥式晶闸管整流电路，同时还会探讨反电势电路和电阻的设计问题。

2. 基本原理单相半控桥式晶闸管整流电路是一种将交流信号转换为直流信号的电路。

它通过将半桥整流电路和反电势电路组合在一起，完美地解决了整流电流方向的问题。

在这种电路中，半桥整流电路利用两个反相并联的晶闸管实现半波整流，而反电势电路则通过电感、电容的组合实现对负载电流的控制。

3. 电路设计3.1 半桥整流电路如图所示，首先需要设计半桥整流电路。

在这种电路中，使用两个反相并联的晶闸管V1和V2以及两个并联的负载电阻R1和R2实现单向导电性。

在负载电阻R1和R2上加上一个串联电感L1，可以有效地抑制负载电流的突变。

+---->Vout|Vin ---+--->V1------+| || R1 || |+-----+------+------>GND| || || L1| || |+------+------>Vout|R2||GND3.2 反电势电路接下来需要安装反电势电路。

反电势电路通过控制电感、电容并结合晶闸管V3的使能脚，实现对负载电流的控制。

+----+-------+| | |C1| | || L2 G|+----|---TT-+--->Vout| |V3-----D-+| |+-------+值得一提的是，在选择元器件时，需要注意反电势电路的电感和电容的选取，因为它们显著影响反电势电路的性能。

3.3 电阻最后需要考虑的是电阻。

这个简单的部分是整个电路设计的最后一步。

需要根据设计参数以及所需功率和工作电压等因素来确定电阻的取值，并按照电路图所示的方式将其安装在负载电路的两端。

单相桥式半控整流电路

单相桥式半控整流电路
六．参考文献
【1】王兆安 刘进军.电力电子技术.机械工业出版社.2009,5
【2】隋涛 刘秀芝.计算机仿真技术—MATLAB在电气、自动化专业中的应用.机械工业出版社.2015.7
三．波形分析
利用matlab仿真，能够直观地观察整流电路波形的变化（注：从上至下，第一个为电源电压波形，第二个为晶闸管VT1两端电压波形，第三个为VT2两端电压波形，第四个为负载电流，第五个为负载两端电压波形，第六个为触发脉冲。）
1.单相桥式半控整流电路电阻性负载。仿真原理图如图3-1-1，波形图如图3-1-2（α=30）
图3-1-1
图3-1-2
2.单相如图3-2-2（α=30）
图3-2-1
图3-2-2
3.单相桥式半控整流电路反电势负载仿真原理图如图3-3-1，波形图如图3-3-2
图3-3-1
图3-3-2
四．电路参数
晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 U。由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。在u一个周期内，整流电压波形脉动2次，脉动次数多于半波整流电路，该电路属于双脉波整流电路。
整流电压平均值为
,α=0时，Ud=Ud=0.9U;α=180。时，Ud=0。所以，α=[0,π]。
向负载输出的直流电流平均值为
。
管子VT1、VD4和VD2、VT3轮流导电，流过管子的电流平均值只能输出直流电流平均值的一半，即
。
流过晶闸管的电流有效值为
2d( ))= 。
五．存在的问题及解决的办法
单相桥式半控整流电路，组成形式有多种。最常见的方式为2只可控硅，2只整流管，由可控硅控制交流输入端，直流输出不控制。还有一种简单控制电路，在普通桥式整流前加一只交流型固态继电器控制整流桥交流输入。相对于对交流输入和直流输出均能控制的全控制整流电路，只能控制交流输入端或直流输出端的整流电路，因此，单相桥式半控整流电路只能控制开启，不能控制关断。若想全程控制，应采用单相桥式半控整流电路的结构。

单相桥式全控整流电路阻感性负载

单相桥式全控整流电路阻感性负载

单相桥式全控整流电路(阻感性负载)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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）电源参数，频率50hz，电压100v，如图3图3.单相桥式全控整流电路电源参数设置VT1,VT4脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟α/360*0.02，如图4图4. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置VT2,VT3脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟（α+180）/360*0.02，如图5图5. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置1.4单相桥式全控整流电路仿真参数设置（阻-感性负载）设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°。

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1 设计的基本要求1.1 设计的主要参数及要求:设计要求：１、电源电压：交流2２0V/５0Hz2、输出电压范围:20V-50V3、最大输出电流:10Ａ4、具有过流保护功能,动作电流：１2A5、具有稳压功能6、电源效率不低于70%１.2 设计的主要功能单相桥式半控整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。

单相桥式整流电路在感性负载电流连续时，当相控角α<90°时,可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流；在α>９0°时，可实现将直流电返送至交流电网的有源逆变。

在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以确保不发生换相(换流)失败事故。

２系统总体电路的设计2.1 方案的选择我们知道,单相整流电路形式是各种各样的,可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，整流的结构也是比较多的。

因此在做设计之前我们确定了此方案：单相桥式半控整流电路电路简图如下:图１单相桥式半控整流电路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。

2.2 主电路的结构及其工作原理单相半控桥式整流电路带阻感负载且有续流二极管的主电路图如图２所示:图2 单相半控桥式整流主电路图图２ 有续流二极管的主电路图对于带阻感负载的单相桥式半控整流电路而言,当负载中电感很大时,在2u 正半周,触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，2u 经VT1和VD ４向负载供电。

2u 过零变负时,因电感作用使电流连续，VT １继续导通但因ＶＴ1端电位高于VD ２端电位，使得电流从ＶD4转移至VD2，V Ｄ4关断，电流不再流经交流源,而是由VT1和VD2续流,在此阶段0d u =。

在2u 负半周触发角α时刻触发VT ３,VT3导通，则向ＶT1加反压使其关断，2u 经VT3和ＶD2向负载供电。

2u 过零变正时，ＶD4导通，VD ２关断。

VT ３和VD ４续流，d u 为0 ，此后重复以上过程。

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

同时，续流期间导电回路中只有一个管压降,少了一个管压降,有利于降低损耗。

2.3 参数计算在单相桥式半控整流电路中: 输出电压平均值：()2222211cos 1cos 2sin 0.9222d U U U td t U παααωωπ++===⎰式中,2u 表示交流输入电压有效值,α表示晶闸管触发角。

输出电流平均值:21cos 0.92d d U U I R R α+== 流过晶闸管电流有效值：VT d I I =计算负载R 值：当α为0时，输出电压:()0.45*1001190d U V =+=由2d U W R=可得：229016.2500d U R W ===Ω３硬件电路3.1 系统总体原理框图单相半控桥式整流电路的设计,我们首先对电路原理进行分析，通过分析,结合具体的性能指标求出相应的参数，然后在Ｍatlab仿真软件中建立仿真模型,仿真模型采用交流输入电源，使用晶闸管和二极管作为整流器件，通过不断仿真、调试、不断修改参数,知道符合正确的参数要求。

其系统原理框图如下图3图3 原理框图如下3.2 触发电路3.2．1 触发电路简介电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。

采用良好的性能的驱动电路。

可以使电力电子器件工作在比较理想的开关状态,缩短开关时间，对装置的运行效率,可靠性和安全性都有很大的意义。

对于相控电路这样使用晶闸管的场合，在晶闸管阳极加上正向电压后，还必须在门极与阴极之间加上触发电压，晶闸管才能从截止转变为导通，习惯上称为触发控制。

提供这个触发电压的电路称为晶闸管的触发电路。

它决定每一个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中不可缺少的一个重要组成部分。

晶闸管相控整流电路,通过控制触发角α的大小即控制触发脉冲起始位来控制输出电压的大小,为保证相控电路的正常工作,很重要的一点是应保证触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

３．２.2 触发电路设计要求晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多,不同的晶闸管型号,应用电路对触发信号都会有不同的要求。

但是，归纳起来,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。

不管是哪种触发电路，对它产生的触发脉冲都有如下要求：1、触发信号为直流、交流或脉冲电压，由于晶闸管导通后，门极触发信号即失去了控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用脉冲触发信号。

2、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流)。

触发信号功率大小是晶闸管元件能否可靠触发的一个关键指标。

由于晶闸管元件门极参数的分散性很大,且随温度的变化也大,为使所有合格的元件均能可靠触发,可参考元件出厂的试验数据或产品目录来设计触发电路的输出电压、电流值,并有一定的裕量。

3、触发脉冲应有一定的宽度,脉搏冲的前沿尽可能陡,以使元件在触发信号导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。

普通晶闸管的导通时间μ,故触发电路的宽度至少应有6sμ以上，对于电感性负载，由于电感约法为6s会抑制电流的上升,触发脉冲的宽度应更大一些，通常为0．５ms至1ms，此外,某些具体电路对触发脉冲宽度会有一定的要求,如三相全控桥等电路的触发脉冲宽度要大于６0°或采用双窄脉冲。

为了快速而可靠地触发大功率晶闸管,常在触发脉冲的前沿叠加一个强触发i可达到最脉冲，强触发脉冲的电流波形如图4-１所示。

强触发电流的幅值gmt约为几sμ。

大触发电流的5倍。

前沿1图4 强触发电流波形4、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步,脉冲称相范围必须满足电路要求。

为保证控制的规律性,要求晶闸管在每个阳极电压周期都在相同控制角α触发导通,这就要求脉冲的频率必须与阳极电压同步。

同时，不同的电路或者相同的电路在不同的负载、不同的用途时，要求的 变化的范围(移相范围)亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同，所用触发电路的脉冲移相范围必须满足实际的需要。

单结晶体管触发电路如下图５所示图５单结晶体管触发电路图4 电路元件的选择4.1 变压器的选择电源电压：2２0Ｖ／５0Ｈｚ，输出电压:20V-5０Ｖ,输出电流:10A,设Ｒ＝5Ω。

变压器一、二次侧电流：()/P U d d R =⨯ Ud=50ｖ ， P=I ()d d ⨯R, I ｄ＝1０AU １／U2=２２0/100=11/5, Ｎ１/N2=１1/５ I2=5ｉd ／６=25/3A变压器容量计算:Ｓ=U １Ｉ1=１００⨯25／3＝11/5＝８３3．33k ｖ．A变压器型号的选择:N1:N2=11/5, Ｓ=８33.3３kv.A4．2 晶闸管元件的选择1、晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值TN I 大于实际流过管子电流最大有效值T I ,即TNI =１.57)(AV T I ＞TI 或)(AV T I ＞57.1TI(2-７)考虑(1.5～2）倍的裕量：()220.256360.32657326.571.57 1.57T T AV I I A mA ⨯≥=== (２-8)此外，还需注意以下几点:①当周围环境温度超过+４0℃时,应降低元件的额定电流值。

②当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。

③关键、重大设备,电流裕量可适当选大些。

2、晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压乘以(2~3）倍的安全裕量，即可确定晶闸管的额定电压:22220(622933)TM U U V V ==⨯=（23）（23）(2～3)222220(622933)TM U U V V ==⨯=（23）（23）(2～３）222220(622933)TM U U V V ==⨯=（23）（23）(622~933)22220(622933)TM U U V V ==⨯=（23）（23） (２-９） 取800V 。

由以上分析计算知选取晶闸管的型号为18KP -。

３、18KP -晶闸管的具体参数 额定通态平均电流(IT(AV ）):1A ； 断态重复峰值电压(ＵDRM ）：50０V; 反向重复峰值电压(URRM ）:1８０0V; 断态重复平均电流（ＩDR(AV)）:≤6m Ａ; 反向重复平均电流(ＩRR （AV ））:≤６mA ； 门极触发电流（IGT):60mA; 门极触发电压(UGT ）：1．8V;断态电压临界上升率(d ｕ/dt):50V ／uS 维持电流(I Ｈ）：６0mA; 额定结温（Tj Ｍ）:110℃5 仿真波形图5.1 仿真电路图与仿真波形仿真电路图如图6所示：图6 仿真电路图仿真电路各元件参数设置：1、单相交流电源。

峰值电压设置为14１V，频率设置50Ｈz。

2、二极管和晶闸管为默认的参数。

3、设置触发器的周期与电压周期一致，为０．0２S，通过设置触发时间来控制输出电压与电流的波形。

４、设置负载电阻为100欧。

经过以上参数整定后，整个系统的仿真设计已经完成，现给出所有输出结果。

其仿真波形如下：当触发角为30°，波形如图7所示:图7 触发角为3０°的波形当触发角为9０°时，波形如图8所示:图8 触发角为90°的波形当触发角为120°时,波形如图9所示:图9 触发角为12０°的波形5.2 仿真结果分析仿真得到的第一个波形为单相交流输入电压波形，可以看出在触发角不同时，输入电压不变。

第二个波形为触发脉冲，在一个周期内有两个相差1８0°的触发脉冲。

第三个波形为流过某一个晶闸管的电流波形，可以看出每个晶闸管都只在半个周期内能导通且电流随触发角不同而不同。

第四个波形为输出电流波形。

第五个波形为输出电压波形，可以看出输出电流波形与输出电压波形形状一样。

单相交流电在经过整流之后变成直流电，输出电压波形与电流波形相同。

由于有反电势的存在,使晶闸管提前了点角度δ=3０停止导电。

结束语本文分析了单相半控桥式整流电路的基本原理、工作特性。

通过本课程设计，我受益匪浅。

熟悉和掌握整流电路基本工作原理及参数计算方法。

掌握晶闸管在相关电路中的工作特点,并能根据设计要求，正确计算晶闸管参数,合理选择晶闸管型号。