单相相控整流电路(桥L)

单相桥式全控整流电路一、原理图1.1为单相桥式全控整流带电阻电感性负载，图中DJK03是装置上的晶闸管触发装置。

假设电路已工作于稳态。

在u2正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。

负载中有电感存在时负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线，u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。

至ωt=π+α时刻，给VT3和VT2加触发脉冲，因VT3和VT2本已承受正电压，故两管导通。

VT3和VT2导通后，u2通过VT3和VT2分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT3和VT2上，此过程成为换相，亦称换流。

至下一周期重复上述过程，如此循环下去，其平均值为Ud=0.9U2。

图1.2为单相桥式有源逆变电路实验原理图，三相电源经三相不控整流，得到一个上负下正的直流电源，供逆变桥路使用，逆变桥路逆变出的交流电压经升压变压器反馈回电网。

图中的电阻Rp、电抗Ld和触发电路与单相桥式整流电路相同。

产生有源逆变的条件如下：（1）要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。

（2）要求晶闸管的控制角α>π/2.，使Ud为负值。

两者必须同时具备才能实现有源逆变。

二、实验内容（1）单相桥式全控整流电路带电阻性负载。

（2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载。

（3）有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。

（4）单相桥式整流、单相桥式有源逆变电路带电阻电感性负载时MATLAB的仿真。

三、实验仿真1.带电阻电感性负载的仿真启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图1.3所示。

双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

注意：触发脉冲“Pulse”和“Pulse2”的控制角设置必须相同，“Pulse1”和“Pulse3”的控制角设置必须相同，否则就会烧坏晶闸管。

目录第1章绪论 (1)1.1 什么是整流电路 (1)1.2 整流电路的发展与应用 (1)1.3 本设计的简介 (1)第二章总体设计方案介绍 (2)2.1总的设计方案 (2)2.2 单相桥式全控整流电路主电路设计 (3)2.3保护电路的设计 (5)2.4触发电路的设计 (9)第三章整流电路的参数计算与元件选取 (12)3.1 整流电路参数计算 (12)3.2 元件选取 (13)第四章设计总结 (15)4.1设计总结 (15)第五章心得体会 (16)参考文献 (17)第1章绪论1.1 什么是整流电路整流电路（rectifying circuit）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。

它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

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。

可以从各种角度对整流电路进行分类，主要的分类方法有：按组成的期间可分为不可控，半控，全控三种；按电路的结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧电流的方向是单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路.1.2 整流电路的发展与应用电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作用，因此不管是整流器还是电力电子技术的发展都是以电力电子器件的发展为纲的，1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一次革命；1957年美国通用公司研制了第一个晶闸管，标志着电力电子技术的诞生；70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。

电力电子学—交流/直流变换器第5章交流/直流变换器02整流的基本原理03负载性质对整流特性的影响04交流电路电感对整流特性的影响目录05相控有源逆变电路06三相高频PWM 整流01整流器的类型和性能指标01单相桥式相控整流电路的介绍目录02电路结构与整流原理03小结与思考有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）01单相桥式相控整流电路的介绍相控整流电路：实现AC－DC电能变换的晶闸管电路，通过改变晶闸管的延迟触发控制角调控整流输出电压的平均值。

半控开关器件晶闸管: 开通可控特性（承受正向电压，且有触发脉冲）单向导电性02电路结构与整流原理T 1T 2T 3T 4R v sv Dv 1ab 模态一T 1T 2T 3T 4i DR v sv Dv 1i 1ab i S 模态二w tw tw ta v s v G v D w tv T1, 4T 1T 4导通T 1T4π2πT 1T 2T 3T 4R v sv Dv 1ab 模态三模态四T 1T 2T 3T 4i DR v sv Dv 1i 1ab i S w tw tw ta v s v G v D w tv T1, 4T 2T3T 2T 3导通控制角a ：晶闸管的自然导通点到施加触发信号瞬间对应的电角度导通角θ：一个周期内持续导通时间对应的电角度，θ=π-a移相：改变控制角，实现相控移相范围：控制角变化范围同步：使触发信号与交流电源频率和相位保持协调换相(换流)：一个晶闸管导通电流到另一个晶闸管导通电流的过程名词术语w tw t0w ta v s v G v D qT 1,T 4T 2,T 3()s S 0πD D s 11co 220.9s 1cos 1cos 2sin d =π22π2V V V V V t t a a a aw w +++===⎰⏹输出直流电压平均值V D :☐α愈大，输出电压平均值V D 愈小；☐当α＝0，V D 为最大值；当α＝π，V D =0；☐α的移相范围：0~πS i b a1i 1v Dv sv R Di 4T 3T 2T 1T s i 0twq D v atw 输出电压2输出电流3输入电压1输入电流41. 平均值V D2. 有效值V rms==++-πππa a πa V V V V 22; 1cos sin 222D rms S s 1. 平均值I D 2. 有效值I L=+-=+ππa πa πaR I V R I V 2sin 22;1cos 22L S D s 1. 有效值I S=I I S L====+-ππa πa S V I V P V I V 2PF sin 2S S S rms L rms =w v V t2sin s s 已知：s v 0tw 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）sin 2PF 2P S a πa ππ-==+控制角a 0︒ 30︒ 60︒ 90︒ 120︒ 150︒ 180︒ PF10.9710.8980.7070.4270.17控制角a 对功率因数PF 的影响控制角a 较大使功率因数PF 很低，交流电源的利用率很低！03小结与思考关注晶闸管的特性：单向导电性/开通可控开通条件/关断条件输出电压和电流的计算和分析功率因数的计算和分析T1T2T3T4i DRv s v Dv1i1ab掌握模态分析的方法谢谢！。

1. 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）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。

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，占空比10%，时相延迟α/360*，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，占空比10%，时相延迟（α+180）/360*，如图5图5. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置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°。

单相桥式全控整流电路实验一、实验目的1.加深理解单相桥式全控整流及逆变电路的工作原理。

2.研究单相桥式变流电路整流的全过程。

二、实验所需挂件及附件序号型号备注1 PE01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。

2 PE-11三相可控整流电路该挂件包含“晶闸管”3 PE-12 晶闸管触发电路该挂件包含“锯齿波同步触发电路”模块。

4 PE-25实验元器件该挂件包含“二极管”5 PE-43变压器、可调电阻模块6 双踪示波器自备7 万用表自备三、实验线路及原理本实验线路如图所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在PE-12挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，锯齿波触发脉冲G1，K1加到VT1的控制极和阴极，锯齿波触发脉冲G4，K4加到VT6控制极和阴极。

锯齿波触发脉冲G2，K2加到VT4的控制极和阴极，锯齿波触发脉冲G3，K3加到VT3控制极和阴极。

，晶闸管主电路的“触发脉冲输入”端的扁平电缆不要接，并将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发），图为单相桥式整流带电阻电感性负载，其输出负载R用电源控制屏三相可调电阻器，将两个900Ω接成并联形式，电抗L d用电源控制屏面板上的700mH，直流电压、电流表均在电源控制屏面板上。

触发电路采用PE-12组件挂箱上的“锯齿波同步移相触发电路Ⅰ”和“Ⅱ”。

图2-7 单相桥式整流实验原理图四、实验内容1.单相桥式全控整流电路带电阻负载。

2.单相桥式全控整流电路带电阻电感负载。

五、实验方法1.触发电路的调试将PE01电源控制屏的电源使输出线电压为220V，用两根导线将220V交流电压接到PE-12的“外接220V”端（电源控制屏的“A”用导线接到PE-12挂件的“外接220V”端的下端，电源控制屏的“B”用导线接到PE-12挂件的“外接220V”端的上端），按下“启动”按钮，打开PE-12电源开关，用示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。

单相桥式全控整流电路实验报告一、实验目的1、熟悉单相桥式全控整流电路的工作原理。

2、掌握单相桥式全控整流电路在不同负载情况下的输出特性。

3、学会使用示波器等仪器观测电路中的电压、电流波形。

二、实验原理单相桥式全控整流电路由四个晶闸管组成，其电路图如下图所示：插入电路图在电源电压的正半周，晶闸管 VT1 和 VT4 承受正向电压，在触发脉冲的作用下导通，电流从电源的正端经 VT1、负载、VT4 流回电源的负端，负载上得到正电压；在电源电压的负半周，晶闸管 VT2 和VT3 承受正向电压，在触发脉冲的作用下导通，电流从电源的正端经VT2、负载、VT3 流回电源的负端，负载上得到负电压。

通过控制触发角α的大小，可以改变输出直流电压的平均值。

三、实验设备1、电力电子实验台2、示波器3、万用表4、电阻负载、电感负载四、实验内容及步骤（一）电阻负载实验1、按电路图连接好实验线路，将触发角α调至 0°。

2、合上电源，用示波器观测负载两端的电压波形和晶闸管两端的电压波形，记录输出直流电压 Ud 和交流输入电压 U2 的数值。

3、逐渐增大触发角α，分别测量α=30°、60°、90°、120°、150°时的 Ud 和 U2，并记录相应的电压波形。

（二）电感负载实验1、按电路图连接好实验线路，将触发角α调至 0°。

2、合上电源，用示波器观测负载两端的电压波形和晶闸管两端的电压波形，记录输出直流电压 Ud 和交流输入电压 U2 的数值。

3、逐渐增大触发角α，分别测量α=30°、60°、90°、120°、150°时的 Ud 和 U2，并记录相应的电压波形。

（三）反电动势负载实验1、按电路图连接好实验线路，将触发角α调至 0°。

2、合上电源，用示波器观测负载两端的电压波形和晶闸管两端的电压波形，记录输出直流电压 Ud 和交流输入电压 U2 的数值。

第1章系统原理方框图及主电路设计1.1方案的选择单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。

下面分析各种单相相控整流电路在带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载时的工作情况。

单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。

弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），，且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。

而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。

单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。

根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。

1.2 原理说明当负载由电阻和电感组成时称为阻感性负载。

例如各种电机的励磁绕组,整流输出端接有平波电抗器的负载等等。

单相桥式整流电路带阻感性负载的电路如图1-1所示。

由于电感储能,而且储能不能突变因此电感中的电流不能突变,即电感具有阻碍电流变化的作用。

当流过电感中的电流变化时,在电感两端将产生感应电动势,引起电压降UL。

图1-1单相桥式整流电路带阻感性负载的电路原理方框图如图1-2所示：单相电源输出触发电路保护电路整流主电路负载电路图1-2原理方框图整流电路主要由触发电路、保护电路和整流主电路组成。

根据设计任务，在此设计中采用单相桥式全控整流电路接电阻性负载。

1.3 主电路设计1．3．1 主电路原理图及其工作波形图1-3 主电路原理图及工作波形单相全控桥式整流电路带负载的电路如图2-3（a）所示。

其中Tr为整流变压器，T 1、T4、T3、T2组成a、b两个桥臂，变压器二次电压u2接在a、b两点，u2=tUtUmωωsin2sin22= ,四只晶闸管组成整流桥。

负载电阻是纯电阻Rd。

引言整流电路是电力电子电路中的一种，它的作用是将交流电力变为直流电力供给直流用电设备，如直流电动机，电镀、电解电源，同步发电机励磁，通信系统等，在生产生活中应用十分广泛。

整流电路在不同角度有不同的分类方法，按组成电路的器件分：不可空、半空、全控和高功率PWM四种，按电路结构可分为：半波、全波、桥式三种，按交流输入相数分：单相、三相、多相多重三种，按控制方式分：相控式、PWM控制式两种，按变压器二次测电流方向分：单拍、双拍电路两种。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

单相桥式全控整流电路是单相整流电路中应用较为广泛的整流电路。

1 整流电路单相整流器的电路形式是多种多样的，整流的结构也是比较多，各有优缺点，因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：单相半波可控整流电路，单相全波可控整流电路，单相桥式半控整流电路，单相桥式全控整流电路 。

1.1 单相半波可控整流电路2图1-1 单相半波可控整流电路如图1-1所示为单相半波可控整流电路，此电路结构简单，只用了1个晶闸管，在一个通电周期内，输出电压为直流电压，输出电流为直流电流，电压电流均不连续，脉动较大，且含有谐波分量。

1.2 单相全波可控整流电路2212如图1-2 单相全波可控整流电路如图1-2所示为单相全波可控整流电路，变压器T 带中心抽头，结构比较复杂，只用两个可控器件，单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一个管压降，相应地，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。

不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。

而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。

相同的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。

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°。

单相桥式全控整流电路（一）如右图所示，图为单相桥式全控整流电路带电阻负载拓扑图。

电路中，晶闸管VTI和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。

在正弦电压源（amplitude:300vfrequency=50hz）正半周，四个管子均不导通，负载电流id为零、ud也为零。

VT1和VT4串联承受电压v_sin。

当在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，当v_sin过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。

如左图（第一组桥臂t=0~10ms；α=90°），第二组桥臂原理相同，其两端电压波形如上图（t=10~20ms）。

图（1）：电阻性负载两端电压波形。

Ave=93.417 ； freq=99.971 。

（α=90°）。

补图（2）：电阻性负载两端电压波形。

Ave=149.65 ； freq=99.967 。

（α=54°）。

（二）如右图所示，图为单相桥式全控整流电路带电阻电感负载拓扑图（α=90°）。

假设电路已工作于稳态，电感值取较大100m，负载波形较为明显。

在v_sin的正半周，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，负载两端电压等于v_sin。

负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用。

在v_sin过零变负时，由于电感的存在晶闸管VT1和VT4中仍流过电流，并不关断。

如左图（VT1两端电压波形）所示，在t=10.0m时，明显并未关断，仍处于导通状态。

右图（负载两端电压波形）存在明显的电感续流现象。

其电压平均值ave=83.241(v)<93.417(v)。

这是由于波形在x负半轴有图像导致平均值降低。

(三)纯电感负载L从1m变化至10m（步进1m）波形变化如下图（1），局部放大如图（2）。

（四）单相桥式全控整流电路（带续流二极管）其拓扑结构如右图所示。

（α=90°）在v_sine过零变负时，由于续流二极管VDR的存在，以及电感电流不会突变。

单相全桥整流电路原理
单相全桥整流电路是一种常用的电力电子器件，用于将交流电转换为直流电。

它由四个晶闸管和四个二极管组成，形成一个桥形电路。

其原理如下：
晶闸管具有一种特殊的结构，可以被用作电子开关。

当正向偏置晶闸管时，它会导通电流，而反向偏置时则不会导通。

二极管则只允许电流单向通过。

在单相全桥整流电路中，交流电源的两个输出端分别与桥形电路的两个对角线连接。

当交流电源处于正半周时，其中一个二极管和一个晶闸管导通，使得电流流过这两个元件。

这样，交流电就通过晶闸管和二极管转换为直流电。

当交流电源处于负半周时，另外一个二极管和晶闸管导通，电流流过这两个元件，同样将交流电转换为直流电。

通过这种方式，交流电源的正半周期和负半周期都被转换为直流电。

为了保证交流电源的输出电流是符合要求的直流电流，需要进行滤波处理。

一种常用的滤波方式是在电路中添加一个电容器，使得通过电容器的电流变得更加平滑。

通过控制晶闸管的导通和关断，可以控制电荷流向电容器的方式，从而改变输出电压的大小。

这样，单相全桥整流电路就可以实现对输出电压的调节。

综上所述，单相全桥整流电路利用晶闸管和二极管的导通和关
断特性，将交流电源转换为符合要求的直流电。

通过适当控制晶闸管的导通，可以实现对输出电压的调节。