电力电子技术
课程设计
题目:单相全控桥式整流电路的设计(反电势，电阻负载）院系名称：电气工程学院
专业班级：电气F1202
学生姓名：周旭东
学号：0903
指导教师：臧义
目录
前言 (2)
1.题目要求 (3)
设计条
件 (3)
主要任
务 (3)
2.主电路设计 (3)
主电路原理
图 (3)
主电路工作原
理 (4)
整流参数计
算 (4)
晶闸管元件的选
取 (5)
3.驱动电路设计 (7)
芯片介绍 (7)
相控触发工作原理及电路原理
图 (11)
4.保护电路设计 (12)
过电压保护电路设
计 (12)
过电流保护电路设
计 (12)
电流上升率、电压上升率的抑制保
护 (13)
仿真 (14)
系统建模与参数设
置 (14)
仿真结
果 (18)
设计心得 (23)
参考文献 (23)
附图 (24)
前言
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学科。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。
本次课程设计主要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先是对单相全控桥式晶闸管整流电路的整体设计，包括主电路，触发电路，保护电路。主电路中包括电路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件的选择，参数设计；保护电路包括过电压保护，过电流保护，电压上升率抑制，电流上升率抑制。之后对整体电路进行Matlab仿真，最后对仿真结果进行分析与总结。
1.题目要求
设计条件：
1）电源电压：交流100V/50Hz
2）输出功率：500W
3）移相范围30°~ 150°
4）反电势：E=70V
主要任务：
1）主电路设计（包括整理元件定额的选择和计算等），讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。
2）触发电路设计：触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的产生等。 3）晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计，计算保护元件参数并选择保护元件型号。
4）提供系统电路图纸不少于一张。
5）利用仿真软件分析电路的工作过程。
2.主电路设计
主电路原理图
图单相全控桥式晶闸管整流电路
主电路工作原理
在单相桥式全控整流电路中（忽略主电路各部分电感），晶闸管VT 1和VT 4组成一对桥臂，VT 2和VT 3组成另一对桥臂。在u 2正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4个晶闸管均不导通，负载电流i d 为零，由于反电动势的存在，u d = E ，VT 1、VT 4串联承受电压u 2-E ，设VT 1和VT 4的漏电阻相等，则各承受u 2-E 的一半。若在触发角α处给VT 1和VT 4加触发脉冲，且u 2 > E 时，VT 1和VT 4承受正压导通，电流从电源a 端经VT 1、R 、VT 4流回电源b 端，此时u d = u 2。当u 2 = E 时，流经晶闸管的电流下降到零，VT 1和VT 4关断。
在u 2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT 2和VT 3（VT 2和VT 3的α= 0处为 ωt=π），VT 2和VT 3导通，电流从电源b 端流出，经VT 3、R 、VT 2流回电源a 端。到u 2 = E 时，电流又降为零，VT 2和VT 3关断。此后又是VT 1和VT 4导通，如此循环地工作下去，整流电压u d 和晶闸管VT 1、VT 4两端电压波形分别如图所示。
图 输出电压电流波形
如图，只有在u 2瞬时值的绝对值大于反电动势即|u 2| > E 时，才有晶闸管承受正电压，才有导通的可能。晶闸管导通后，，R
E
-u i d d =
，直至 |u 2| = E ，i d 即降至0使得晶闸管关断，此后u d = E 。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，如图所示，δ称为停止导电角。2
U 2E
arcsin
=δ。 整流参数计算
最大输出电压平均值UdM
由2
U 2E
arcsin
=δ得，停止导电角为︒<︒=⨯=30668.29100270arcsin
δ。所以满足移相范围30°~ 150°的要求。
当晶闸管导通时，输出电压u d = u 2，当u d < E 时，晶闸管阻断，此时u d =E 。因此，最大输出电流平均值为：I dmax =P/U dm =500/=
负载电阻R
在一个周期内，瞬时功率分为两部分。一部分是当晶闸管阻断时，电流为零，瞬时功率为零；另一部分是当晶闸管导通时
由最大输出功率P=500W 得
R=(U dm -E)/I dmax =/=Ω。
最大输出电流平均值
=(U dM -E)/R=/=
最大输出电流有效值
流过晶闸管的电流有效值
流过晶闸管的电流平均值 晶闸管元件的选取
额定电压UN
断态重复峰值电压U DRM ：断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，
