晶闸管单相桥式可控整流电路

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。

单相桥式全控整流电路的故障与处理单相桥式全控整流电路是一种常见的电力电子装置，用于将交流电转换为直流电。

然而，在实际应用中，由于各种原因，这种电路可能会出现故障。

本文将详细介绍单相桥式全控整流电路的故障原因、故障类型以及相应的处理方法。

一、故障原因1.1 电源问题：如果输入交流电源的电压不稳定或有较大的波动，可能导致整流电路出现故障。

1.2 元件老化：整流电路中的元件如二极管、晶闸管等可能会因长时间使用或负载过大而老化，从而影响其正常工作。

1.3 过载：如果负载超过了整流器所能承受的最大值，可能导致整流器无法正常工作。

1.4 温度过高：如果整流器长时间工作在高温环境下，可能会导致元件温度过高而损坏。

二、故障类型2.1 整流器不能正常启动：当开关触发脉冲信号无法触发晶闸管导通时，整流器无法启动。

2.2 整流输出波形不正常：当晶闸管导通或关断不正常时，整流输出波形可能会出现明显的畸变。

2.3 整流器无法输出电压：当整流器无法将交流电转换为直流电时，可能导致输出电压为零。

2.4 整流器过热：当整流器长时间工作在高温环境下，可能导致元件过热而损坏。

三、故障处理方法3.1 整流器不能正常启动的处理方法：3.1.1 检查开关触发脉冲信号是否正常：可以使用示波器检测开关触发脉冲信号的幅值和频率是否符合要求。

3.1.2 检查晶闸管是否工作正常：可以使用万用表或二极管测试仪检测晶闸管的导通状态，如果发现晶闸管损坏，需要更换新的晶闸管。

3.2 整流输出波形不正常的处理方法：3.2.1 检查晶闸管是否工作正常：同样可以使用万用表或二极管测试仪检测晶闸管的导通状态，并确保晶闸管能够准确地开启和关闭。

3.2.2 检查负载是否过大：如果负载超过了整流器所能承受的最大值，需要减小负载或增加整流器的容量。

3.3 整流器无法输出电压的处理方法：3.3.1 检查输入交流电源是否正常：可以使用示波器检测输入交流电源的电压波形是否稳定，如果发现波形不稳定，需要修复或更换电源。

1.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O 〜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ω t=α时刻及以后：在ω t=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ω t=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管 VT1、VT4继续导通。

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, 接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。

两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）I!*-■\U/-1-kγ叫OO：Ow...0f ∣2√*-(b}≡r∣√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ω t=π +α时刻及以后：在ω t=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ω t=2 π +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）興朋rgui—B∣÷ FtJιIU lPUIHTfrIflηi pr1 ⅛B -∣S ,T⅛∏Ftor2电源参数，频率50hz,电压100v ,如图3⅞⅛ BIQCk Parameter5： AC VoItage SOUrCe AC Voltage SOUrCe (mask) CIink)Ideal S l innSOidaI AC VOlt age SIDUrCe-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ApplyCancelHe ：IPVT2,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5⅝∣ Source BloCk Parameters: PUISe Generator2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°。

一、单相全桥整流电路工作原理
（1）在电压AC正半波区间，晶闸管d3 、d1承受正向电压，但没有脉冲触发，则晶闸管处于管段状态。

晶闸管d0、d2维持导通。

（2）电压AC在正半波区间，在触发时刻，晶闸管d3 、d1使其导通，负载上产生电流。

然而电压AC反向施加到晶闸管d0、d2上，使其承受反向电压处于关断状态。

（3）电压AC在负半波区间，当电源电压自然过零，感应电势晶闸管d3 、d1继续导通，然而晶闸管d0、d2承受正向电压，因无触发脉冲，处于关断状态。

（4）电压AC在负半波区间，晶闸管d0、d2在触发时刻被导通，电源电压沿着正半周的方向施加到负载上，负载上有输出电压和电流。

而此时的反向电压施加到晶闸管d3 、d1上。

使其承受反向电压而关断。

二、参数设置
AC：
晶闸管Diode(0~3): 电阻R：
Scope: 波形：。

绪论电力变流器是由一个或多个电力电子装置连同变流变压器、滤波器、主要开关及其他辅助设备组成的变流设备，它应能独立运行并完成规定功能。

常见的电力变流器有：整流器，用于交流到直流的变流；逆变器，用于直流到交流的变流；交流变流器，用于交流变流；直流变流器，用于直流变流。

此次课程设计的为变流器中的整流器。

整流电路可以从各种角度进行分类，主要分类方法有：按组成的器件可以分为不可控，半控，全控三种；按电路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；按变压器二次电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。

单相桥式可控整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其效率高原理及结构简单在单相整流电路中应用较多，在设计单相桥式可控整流电路时，从总电路电路出发根据负载择优选着方便的同步触发电路，并逐一设置各种保护电路使电路安全有效的运行，最终达到整流的目的。

单相可控变流器的设计1总体方案设计与论证1.1课程设计目的1．进一步掌握晶闸管相控整流电路的组成、结构、工作原理。

2. 晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。

3．重点理解移相电路的功能、结构、工作原理。

4．理解同步变压器的功能。

1.2课程设计任务与要求题目：单相可控变流器的设计初始条件：单相全控桥式可控整流电路或单相半控桥式可控整流电路，电阻-电感性（大电感）负载， R＝1.5Ω，额定负载电流Id ＝40A，最大电流Idmax＝40A。

要求完成的主要任务：1.单相可控主电路设计于参数计算，计算整流变压器参数，选择整流元件的定额。

讨论晶闸管电路对电网的影响及其功率因数。

2.触发电路设计（触发电路的选型，同步信号的定相等）。

3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。

4.系统原理分析。

5.提供系统电路图纸至少一张。

1.3方案设计单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。

下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。

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。