单相全控桥式晶闸管整流电路的设计

电力电子技术课程设计报告题目：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计

目录

第1章绪论 (3)

1.1 电力电子技术的发展 (3)

1.2 电力电子技术的应用 (3)

1.3 电力电子技术课程中的整流电路 (4)

第2章系统方案及主电路设计 (5)

2.1 方案的选择 (5)

2.2 系统流程框图 (6)

2.3 主电路的设计 (7)

2.4 整流电路参数计算 (9)

2.5 晶闸管元件的选择 (10)

第3章驱动电路设计 (12)

3.1 触发电路简介 (12)

3.2 触发电路设计要求 (12)

3.3 集成触发电路TCA785 (13)

3.3.1 TCA785芯片介绍 (13)

3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路 (17)

第4章保护电路设计 (18)

4.1 过电压保护 (18)

4.2 过电流保护 (19)

4.3 电流上升率di/dt的抑制 (19)

4.4 电压上升率du/dt的抑制 (20)

第5章系统仿真 (21)

5.1 MATLAB主电路仿真 (21)

5.1.1 系统建模与参数设置 (21)

5.1.2 系统仿真结果及分析 (22)

5.2 proteus 触发电路仿真 (26)

设计体会 (28)

参考文献 (29)

附录A 实物图 (30)

附录B 元器件清单 (31)

第1章绪论

1.1 电力电子技术的发展

晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明时期。晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组。并且，其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。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。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为表的复合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了MOSFET和GTO。

1.2 电力电子技术的应用

电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。

在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、

飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术；各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。

1.3 电力电子技术课程中的整流电路

整流电路按组成的器件不同，可分为不可控、半控与全控三种，利用晶闸管半导体器件构成的主要有半控和全控整流电路；按电路接线方式可分为桥式和零式整流电路；按交流输入相数又可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。正是因为整流电路有着如此广泛的应用，因此整流电路的研究无论在是从经济角度，还是从科学研究角度上来讲都是很有价值的。本设计正是结合了Matlab仿真软件对单相半控桥式晶闸管整流电路进行分析。

第2章系统方案及主电路设计

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主要考虑了以下几种方案：

方案一：单相桥式半控整流电路

电路简图如下：

图2-1 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。

方案二：单相桥式全控整流电路

电路简图如下：

图2-2 单相桥式全控整流电路

此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直

流磁化问题，变压器的利用率也高。

方案三：单相半波可控整流电路：

电路简图如下：

图 2-3 单相半波可控整流电路

此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VT的a 移相范围为180 。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。

方案四：单相全波可控整流电路：

电路简图如下：

图 2-4 单相全波可控整流电路

此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，只要用2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。

综上所述，针对他们的优缺点，我们采用方案二，即单相桥式全控整流电路。

2.2 系统流程框图

根据方案选择与设计任务要求，画出系统电路的流程框图如图2-1所示。整流电路主要由驱动电路、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带阻感性负载。

050一食物

整流主电路过流保护移相触发电路

直流输出

过压保护

交流输入

图2-1 系统框图

2.3 主电路的设计

图2-6 主电路原理图

图2-7 主电路工作波形图

电路如图2-6和图2-7所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。

(1) 工作原理

在电源电压2u 正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在αω=t 时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T 二次侧形成回路，但由于大电感的存在，2u 过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VT1、VT2承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。

在电源电压2u 负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在απω+=t 时触发，VT3、VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从VT1、VT2中换流

至VT3、VT4中在πω2=t 时，电压2u 过零，VT3、VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT2导通时，VT3、VT4因加反向电压才截止。 值得注意的是，只有当时2πα≤，负载电流d i 才连续，当时2

πα>，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是20π-。

2.4 整流电路参数计算

1.在阻感负载下电流连续，整流输出电压的平均值为

2221

22

2sin ()cos 0.9cos d U U td t U U πααωωααππ+===? (2-1)

由设计任务有电感700L mH =，电阻500R =Ω，220V U 2=，则输出电压平均值d U 的最大值可由下式可求得。

20.9cos 00.92201198V d U U ==??= (2-2) 可见，当α在2/~0π范围内变化时，整流器可在0~198V 范围内取值。

2.整流输出电压有效值为

2221(2sin )()220V U U t d t U πααωωπ+===? (2-3)

3.整流输出电流平均值为：

22221980.3625362.5(2)500(2 3.14500.7)d d d d U U I A mA R R fL π=====++???1980.3625362.5(2)500(2 3.14

500.7)d

U A mA R fL π====++??? (2-4) 4.在一个周期内每组晶闸管各导通180°，两组轮流导通，整流变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值d I 和有效值I 相等，其波形系数为1。

流过每个晶闸管的电流平均值与有效值分别为：

10.50.36250.18125181.25222

T dT d d d I I I I A A mA θπππ====?== (2-5) 110.36250.25636256.362222

T T d d d I I I I A A mA θπππ====?== (2-6) 5、晶闸管在导通时管压降T u =0,故其波形为与横轴重合的直线段；VT1和VT2加正向电压但触发脉冲没到时，VT3、VT4已导通，把整个电压2u 加到VT1或VT2上，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于22U ；VT1和VT2反向截止时

漏电流为零，只要另一组晶闸管导通，也就把整个电压2u 加到VT1或VT2上，故两个晶闸管承受的最大反向电压也为22U 。

2.5 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

TN I =1.57)(AV T I >T I 或 )(AV T I >

57.1T I

(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)22220(622933)U U V V =

=?=（23）（23）(2～3)2TM (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 ））:≤6mA;

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（du/dt ）:50V/uS

维持电流（IH）：60mA; 额定结温（TjM）：110℃

第3章驱动电路设计

3.1 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 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约法为6s μ，故触发电路的宽度至少应有6s μ以上，对于电感性负载，由于 电感会抑制电流的上升，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gm i 可达到最大触发电流的5倍。前沿1t 约为几s μ。

图3-1 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α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。

3.3 集成触发电路TCA789

3.3.1 TCA785芯片介绍

TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它是取代TCA780及TCA780D 的更新换代产品，其引脚排列与TCA780、TCA780D 和国产的KJ785完全相同，因此可以互换。目前，它在国内变流行业中已广泛应用。与原有的KJ 系列或KC 系列晶闸管移相触发电路相比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。

（1）引脚排列、各引脚的功能及用法

TCA785是双列直插式16引脚大规模集成电路。它的引脚排列如图3-2所示。

图3-2 TCA785的引脚排列

各引脚的名称、功能及用法如下：

引脚16(VS)：电源端。使用中直接接用户为该集成电路工作提供的工作电源正端。

引脚1(OS)：接地端。应用中与直流电源VS、同步电压VSYNC及移相控制信号V11的地端相连接。

引脚4(Q1)和2(Q2)：输出脉冲1与2的非端。该两端可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差180°，两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度控制端引脚13(L)的控制。它们的高电平最高幅值为电源电压VS，允许最大负载电流为10mA。若该两端输出脉冲在系统中不用时，电路自身结构允许其开路。

引脚14(Q1)和15(Q2)：输出脉冲1和2端。该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差180°，脉冲宽度受它们的脉宽控制端引脚12(C12)的控制。两路脉冲输出高电平的最高幅值为5VS。

引脚13(L)：非输出脉冲宽度控制端。该端允许施加电平的范围为-0.5V —5VS，当该端接地时，Q1、Q2为最宽脉冲输出，而当该端接电源电压VS时，Q1、Q2为最窄脉冲输出。

引脚12(C12)：输出Q1、Q2脉宽控制端。应用中，通过一电容接地，电容C12的电容量范围为150—4700pF，当C12在150—1000pF范围内变化时，Q1、Q2输出脉冲的宽度亦在变化，该两端输出窄脉冲的最窄宽度为100μs，而输出宽脉冲的最宽宽度为2000μs。

引脚11(V11)：输出脉冲Q1、Q2或Q1、Q2移相控制直流电压输入端。应用中，通过输入电阻接用户控制电路输出，当TCA785工作于50Hz，且自身工作电

源电压Vs为15V时，则该电阻的典型值为15kΩ，移相控制电压V11的有效范围为0.2V—Vs-2V，当其在此范围内连续变化时，输出脉冲Q1、Q2及Q1，Q2的相位便在整个移相范围内变化，其触发脉冲出现的时刻为：

trr=(V11?R9?C10)/(VREF?K)

式中 R9、C10、VREF──分别为连接到TCA785引脚9的电阻、引脚10的电容及引脚8输出的基准电压；K──常数。

为降低干扰，应用中引脚11通过0.1μF的电容接地，通过2.2μF的电容接正电源。

引脚10(C10)：外接锯齿波电容连接端。C10的实用范围为500pF—1μF。该电容的最小充电电流为10μA。最大充电电流为1mA，它的大小受连接于引脚9的电阻R9控制，C11两端锯齿波的最高峰值为VS-2V，其典型后沿下降时间为80μs。

引脚9(R9)：锯齿波电阻连接端。该端的电阻R9决定着C10的充电电流，其充电电流可按下式计算：I10=VREFK/R9

连接于引脚9的电阻亦决定了引脚10锯齿波电压幅度的高低，锯齿波幅值为： V10=VREFK/(R9?C10) ，电阻R9的应用范围为3300kΩ。

引脚8(VREF)：TCA785自身输出的高稳定基准电压端。负载能力为驱动10块CMOS集成电路，随着TCA785应用的工作电源电压VS及其输出脉冲频率的不同，VREF的变化范围为2.8—3.4V，当TCA785应用的工作电源电压为15V，输出脉冲频率为50Hz时，VREF的典型值为3.1V，如用户电路中不需要应用VREF，则该端可以开路。

引脚7(QZ)和3(QV)：TCA785输出的两个逻辑脉冲信号端。其高电平脉冲幅值最大为VS-2V，高电平最大负载能力为10mA。QZ为窄脉冲信号，它的频率为输出脉冲Q2与Q1或Q1与Q2的两倍，是Q1与Q2或Q1与Q2的或信号，QV 为宽脉冲信号，它的宽度为移相控制角φ+180°，它与Q1、Q2或Q1、Q2同步，频率与Q1、Q2或Q1、Q2相同，该两逻辑脉冲信号可用来提供给用户的控制电路作为同步信号或其它用途的信号，不用时可开路。

引脚6(I)：脉冲信号禁止端。该端的作用是封锁Q1、Q2及Q1、Q2的输出脉冲，该端通常通过阻值10kΩ的电阻接地或接正电源，允许施加的电压范围

为-0.5V—VS，当该端通过电阻接地，且该端电压低于2.5V时，则封锁功能起作用，输出脉冲被封锁。而该端通过电阻接正电源，且该端电压高于4V时，则封锁功能不起作用。该端允许低电平最大灌电流为0.2mA，高电平最大拉电流为0.8mA。

引脚5(VSYNC)：同步电压输入端。应用中需对地端接两个正反向并联的限幅二极管，该端吸取的电流为20—200μA，随着该端与同步电源之间所接的电阻阻值的不同，同步电压可以取不同的值，当所接电阻为200kΩ时，同步电压可直接取AC220V。

（2）基本设计特点

TCA785的基本设计特点有：能可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，因而可方便地用作过零触发而构成零点开关；它具有宽的应用范围，可用来触发普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及作为功率晶体管的控制脉冲，故可用于由这些电力电子器件组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整流电路及单相或三相逆变系统或其它拓扑结构电路的变流系统；它的输入、输出与CMOS及TTL电平兼容，具有较宽的应用电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出250mA的驱动电流；其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强，可应用于较宽的环境温度范围(-25—+85°C)和工作电源电压范围(-0.5—+18V)。

（3）极限参数

电源电压：+8—18V或±4—9V；

移相电压范围：0.2V—VS-2V;

输出脉冲最大宽度：180°；

最高工作频率：10—500Hz；

高电平脉冲负载电流：400mA；

低电平允许最大灌电流：250mA；

输出脉冲高、低电平幅值分别为VS和0.3V；

同步电压随限流电阻不同可为任意值；

最高工作频率：10—500Hz；

工作温度范围：军品 -55—+125℃，工业品 -25—+85℃，民品 0—+70℃。

3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路

由于TCA785自身的优良性能，决定了它可以方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管，单相半控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥及其它主电路形式的电力电子设备中触发晶闸管或晶体管，进而实现用户需要的整流、调压、交直流调速、及直流输电等目的。西门子TCA785触发电路，它对零点的识别可靠，输出脉冲的齐整度好，移相范围宽；同时它输出脉冲的宽度可人为自由调节。西门子TCA785外围电路如图3-3 所示。

图3-3 TCA785锯齿波移相触发电路原理图

锯齿波斜率由电位器RP1 调节，RP2 电位器调节晶闸管的触发角。交流电源采用同步变压器提供，同步变压器与整流变压器为同一输入，根据TCA785能可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，从而可保证触发脉冲与晶闸管的阳极

==≈。

电压保持同步。同步变压器的变比选为K220/1544/314

第4章 保护电路设计

在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压、过电流、du/dt 保护和di/dt 保护也是必要的。

4.1 过电压保护

以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。

（1）交流侧过电压保护

可采用阻容保护或压敏电阻保护。

① 阻容保护（即在变压器二次侧并联电阻R 和电容C 进行保护） 单相阻容保护的计算公式如下：

220%6U S

i C ≥ (4-1) %

%3.2022i U S U R K ≥ (4-2) S ：变压器每相平均计算容量（VA ）；

2U ：变压器副边相电压有效值（V ）；

0i %：变压器激磁电流百分值；

U k %：变压器的短路电压百分值。

当变压器的容量在（10—000）KVA 里面取值时0i %=(4—10)在里面取值，U k %=(5—10）里面取值。

电容C 的单位为μF ，电阻的单位为Ω。

电容C 的交流耐压≥1.5U e 。

U e ：正常工作时阻容两端交流电压有效值。

根据公式算得电容值为4.8μF,交流耐压为165V ，电阻值为12.86Ω，

在设计中我们取电容为5μF ，电阻值为13Ω。

② 压敏电阻1RV 的计算

mA U 1=223.1U =1.3×2×220=404.4V (4-3) 流通量取5KA 。选MY31-440/5型压敏电阻（允许偏差+10％）作交流侧浪涌过电压保护。

（2）直流侧过电压保护

直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成dt di 加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。

Ma U 1≥(1.8～2)DC U =(1.8～2.2)×198=356.4～435.6V (4-4) 选MY31-440/5型压敏电阻(允许偏差+10％)作直流侧过压保护。

（3）晶闸管两端的过电压保护

抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法，可查下面的经验值表确定阻容参数值。

表4-1 阻容保护的数值(一般根据经验选定) 晶闸管额定电流/A

10 20 50 100 200 500 1000 电容/μF

0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 电阻/Ω 100 80 40 20 10 5 2

由于0.25636T I A =,由上表可知选取C=0.1μF，R=100Ω。

4.2 过电流保护

快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。

接阻感负载的单相全控桥电路，通过晶闸管的有效值

/20.25636T d I I == A (4-5) 选取RLS-1快速熔断器，熔体额定电流1A 。

4.3 电流上升率di/dt 的抑制

晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密很大，然后以0.1mm/μs 的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt 过大，会导致PN 结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其

在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如图4-1所示。

图4-1 串联电感抑制回路

4.4 电压上升率du/dt的抑制

加在晶闸管上的正向电压上升率du/dt也应有所限制,如果du/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制du/dt 的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图4-2所示。

图4-2 并联R-C阻容吸收回路

单相桥式整流电路课程设计报告..

电力电子课程设计报告

目录 一、设计任务说明 (3) 二、设计方案的比较 (4) 三、单元电路的设计和主要元器件说明 (6) 四、主电路的原理分析 (9) 五、各主要元器件的选择： (12) 六、驱动电路设计 (14) 七、保护电路 (16) 八、元器件清单 (21) 九、设计总结 (22) 十、参考文献 (23)

一、设计任务说明 1.设计任务： 1)进行设计方案的比较，并选定设计方案； 2)完成单元电路的设计和主要元器件说明； 3)完成主电路的原理分析，各主要元件的选择； 4)驱动电路的设计，保护电路的设计； 5)利用仿真软件分析电路的工作过程； 2.设计要求： 1)单相桥式相控整流的设计要求为： 负载为感性负载，L=700mH，R=500Ω 2)技术要求： A.电网供电电压为单相220V； B.电网电压波动为5%——10%； C.输出电压为0——100V;

二、设计方案的比较 单相桥式整流电路有两种方式，一种是单相桥式全控整流电路，一种是单相桥式半控整流电路。主要方案有三种： 方案一： 采用单相桥式全控整流电路，电路图如下： 对于这个电路，每一个导电回路中有两个晶闸管，即用两个晶闸管同时导通以控制导电的回路，不需要续流二极管，不会出现失控现象，整流效果好，波形稳定。变压器二次绕组不含直流分量，不会出现变压器直流磁化的问题，变压器利用率高。 方案二： 采用单相桥式半控整流电路，电路图如下： 相较于单相桥式全控整流电路，对每个导电回路进行控制，只需一个晶闸管，而另一个用二极管代替，这样使电路连接简便，且

降低了成本，降低了损耗。但是若无续流二极管，当α突然增大到180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使d U成为正弦半波，级半周期d U为正弦波，另外半周期d U为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即失控现象。因此该电路在实际应用中需要加设续流二极管。 综上所述：单相桥式半控整流电路具有线路简单、调整方便的优点。但输出电压脉动冲大，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。而单相桥式全控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。因此选择方案一的单相桥式全控整流电路。

单相桥式全控整流电路Matlab仿真

单相桥式全控整流电路 M a t l a b仿真 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

目录（ （ （3 4 6 8 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 一、实验目的 1、不同负载时，单相全控桥整流电路的结构、工作原理、波形分析。 2、在仿真软件Matlab中进行单相可控整流电路的建模与仿真，并分析其波形。 二．实验内容

（一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) 1.电路的结构与工作原理 电路结构 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图(截图) 工作原理 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==1/2 u2。 （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（u d=u2）和电流输出，两者波形相位相同且=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=1/2 u2。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，==1/2 u2。 （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

单相桥式整流电路实验

课题单相桥式整流电路执教者教学时间40×2分钟 教学方法启发讲授、项目示范、练习巩固教学用具黑板/粉笔，投影，二极管整流电路示范装置，交流电源调节器，通用双踪示波器，万用表 教学目的通过对单相桥式整流电路原理的理解，能够正确的使用和安装单向桥式整流电路或桥堆（1）根据二极管的单向导电性正确判断桥中二极管的导通、截止状态，并用波形表示；（2）使用示波器分析工作中电路的波形，正确判断桥及桥中二极管的工作情况是否正常；（3）使用万用表对桥的输入、输出电压进行测量、监控，掌握桥的输入、输出关系；（4）根据要求正确地选择二极管或集成的桥堆； （5）正确安装整流桥并接入电路，注意好的职业习惯的培养； 教学重点单向桥式整流电路原理的理解及电路安装 教学难点（1）桥中各桥臂二极管的工作情况分析；（2）整流桥中二极管参数的选择； （3）二极管在整流电路安装时的操作要点。 教学过程 项目内容备注 导入：8min 1、二极管的单向导电性； 2、单向半波、全波整流电路的优劣特点 使用万用表和示波器 对相关内容进行复习。

教学过程( 续) 新 课： 65 min 单相桥式 整流电路 原理 (35min) 1、用不同颜色的发光二极管代替普通的整流二极管组成桥式整流电路，正确接入电 路，演示二极管整流过程。 2、将双踪示波器分别接入相邻、相对两桥臂，观察其变化过程。(1、2共18min) 3、使用万用表对其输入、输出电压进一步跟踪，调节输入电压的大小，测量输出电 压，发现它们之间的数量关系。（14min） 4、师生对上述过程进行分析，探究上述现象形成的原因。(3min) 运用模块式任务导向 教学原理，展开教学， 以突出重点、分化难 点。 器件的选 择与电路 安装 (30min) 1、根据上述原理分析，获得二极管桥式整流电路中二极管上承受最大反压、流过二 极管整流电流值与整流桥交流侧输入电压的关系，从而理解该电路在选择二极管时 所采用的经验式。 2、示范练习并指导学生根据需要选择二极管，并将其正确接入电路。 注意事项 电路安装时，一定要认准交流侧“阴阳-阴阳”串联，直流侧“阴阴-阳阳”并联； 测试桥式整流电路输入、输出电压时要注意万用表使用安全； 测试信号波形时，因测试探头“公共接地”端在测试中的作用，在测试时为了分析方便，当测试扫描一旦确 定，在进行输出、管压降测试时，不要再次调节该参数。 课堂总结及作 业布置(5min) 总结本教学单元的重点，巧妙设置问题考查学生的掌握程度，同时提出思考，为进入滤波电路学习做好铺垫。课堂答疑（2 min）针对本教学单元内的相关问题，课堂上回答学生的疑问，并对比较集中的、非常规性的问题在全班进行解释。教学反思（附后） 2

单相全控桥式晶闸管整流电路设计(纯电阻负载)

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。 (４)触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 (5)、为使并联晶闸管能同时导通，触发电路应能产生强触发脉冲。强触发电流幅值为出发电流的３～５倍左右，脉冲前沿的陡度取为１～２ 晶闸管触发电路应满足下列要求 （1）触发脉冲的宽度应该保证晶闸管的可靠导通，对感性和反电动势负载的变流器采用宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的启动，双星型带平衡电抗器电路的触发脉冲应该宽于30°，三相全控桥式电路应小于60°或采用相隔60°的双窄脉冲。 （2）脉冲触发应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3—5倍，脉冲前沿的陡度也要增加。一般需达1-2A/us （3）所提供的触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和额定功率，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。 （4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及主电路的电气隔离。

单相桥式全控整流电路设计_(纯电阻负载)

单相桥式全控整流电路的设计一、 1. 设计方案及原理 1.1 原理方框图 触发电路 驱动电路 整流主电路 负载 1.2 主电路的设计 电阻负载主电路主电路原理图如下： 1.3主电路原理说明 1.3.1电阻负载主电路原理 （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。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。 （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区间，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。

1.4整流电路参数的计算 电阻负载的参数计算如下： （1） 整流输出电压的平均值可按下式计算 U d=0.45U2（1+cos ） （1-1） 当α=0时，取得最大值，即= 0.9 ，取=100V则U d =90V，α=180o 时，=0。α角的移相范围为180o。 （2） 负载电流平均值为 I d=U d/R=0.45U2（1+cos ）/R (1-2) (3)负载电流有效值，即变压器二次侧绕组电流的有效值为 I2=U2/R (1-3) (4)流过晶闸管电流有效值为 IVT= I2/ （1-4） 二、元器件的选择 晶闸管的选取 晶闸管的主要参数如下： ①额定电压U TN 通常取和中较小的，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，额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍， 以保证电路的工作安全。 晶闸管的额定电压 U TN=（2～3）U TM（2-1） U TM:工作电路中加在管子上的最大瞬时电压

单相桥式晶闸管全控整流电路课程设计

学号：2011551917 湘潭大学 课程设计 题目单相全控桥式晶闸管整流电路设计 学院信息工程学院 专业自动化专业 班级自动化4班 姓名严梦宇 指导教师兰志勇 2014 年 5 月19 日

课程设计任务书 学生姓名：严梦宇专业班级：自动化4班 指导教师：兰志勇工作单位：湘潭大学 题目: 初始条件：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计（阻感负载） 1、电源电压：交流100V、50Hz 2、输出功率：500w 3、移相范围0°~90° 摘要 本次课程设计只要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先对几种典型的整流电路的介绍，从而对比出桥式全控整流的优点，然后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。之后就对整体 电路进行Matlab仿真，最后对仿真结果进行分析与总结。 关键词：单相全控桥、晶闸管、整流 单相桥式全控整流电路 电路简图如图： 单相桥式全控整流电路 此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负

载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。 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。 系统流程框图 根据方案选择与设计任务要求，画出系统电路的流程框图如图1-5所示。整流电路主要由驱动电路、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带阻感性负载。 系统流程框图 主电路的设计 主电路原理图如图1-6所示 主电路原理图 输入 过电流保护 整流主电路 过电压保护 驱动触发电路 输出

单相全控桥式晶闸管整流电路的设计

电力电子技术课程设计报告题目：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计

目录 第1章绪论 (3) 1.1 电力电子技术的发展 (3) 1.2 电力电子技术的应用 (3) 1.3 电力电子技术课程中的整流电路 (4) 第2章系统方案及主电路设计 (5) 2.1 方案的选择 (5) 2.2 系统流程框图 (6) 2.3 主电路的设计 (7) 2.4 整流电路参数计算 (9) 2.5 晶闸管元件的选择 (10) 第3章驱动电路设计 (12) 3.1 触发电路简介 (12) 3.2 触发电路设计要求 (12) 3.3 集成触发电路TCA785 (13) 3.3.1 TCA785芯片介绍 (13) 3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路 (17) 第4章保护电路设计 (18) 4.1 过电压保护 (18) 4.2 过电流保护 (19) 4.3 电流上升率di/dt的抑制 (19) 4.4 电压上升率du/dt的抑制 (20) 第5章系统仿真 (21) 5.1 MATLAB主电路仿真 (21) 5.1.1 系统建模与参数设置 (21) 5.1.2 系统仿真结果及分析 (22) 5.2 proteus 触发电路仿真 (26) 设计体会 (28) 参考文献 (29) 附录A 实物图 (30) 附录B 元器件清单 (31)

第1章绪论 1.1 电力电子技术的发展 晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明时期。晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组。并且，其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。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。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为表的复合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了MOSFET和GTO。 1.2 电力电子技术的应用 电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。 在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、

单相桥式整流电路设计..

1 单相桥式整流电路设计 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。 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。 单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。 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）。 1.1元器件的选择 1.1.1晶闸管的介绍 晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz 以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件 1)晶闸管的结构 晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。 晶闸管有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便

单相桥式全控整流电路

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。

单相半波晶闸管整流电路

电力电子技术课程设计说明书单相半波晶闸管整流电路 院部：电气与信息工程学院 学生姓名：李忠 指导教师：王翠职称副教授 专业：自动化 班级：自本1001班 完成时间：2013年5月20日

摘要 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科学。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。 随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。 由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好课程设计，因而我们进行了此次课程设计。因为整流电路非常重要，所以我此次课程设计做的是单相半波整流电路。 关键字电子学；整流器；开关器件

ABSTRACT Power electronics, and power electronics (Power Electronics). It is mainly on the various power electronic devices, and is composed , and is composed of the power electronic devices of every kind of circuit or device, to complete the transfer and control of electric power. It is not only in power electronics (high voltage, high current) to a branch or electrical engineering, and electrical engineering in a weak (low voltage, low current) to a branch or electronic field, or is a new scientific power combining. Power electronics is across the "electronic", "power" and "control" three areas of an emerging engineering discipline. With the development of science and technology, people on the circuit is also more and more high, due to the need of DC power supply with adjustable size in the actual production, and phase controlled rectifier circuit is simple in structure, convenient control, stable performance, it can be easily obtained in large and medium-sized, small capacity of various DC power, is currently the main method of DC electric energy, has been widely applied. Because the power electronic technology is the technology of power electronic technology and control technology into the traditional, composed of a variety of power conversion circuits to achieve energy and transform and control using semiconductor power switch device, consisting of an integrated discipline. The learning method and electronic technology and control technology has many similarities, so to learn this course we must do a good job in curriculum design, we carried out the curriculum design. Because the rectifier circuit is very important, so I designed a single-phase half-wave rectifier circuit this curriculum. Keywords electronics; rectifier; switching device

单相桥式全控整流电路课程设计

目录一设计目的 1 二设计任务 1 三设计内容与要求 1 四设计资料及有关规定 五设计成果要求 5.2课程设计方案的选择 5.2.1整流电路 5.3主电路的设计 5.3.1系统总设计框图 5.3.4晶闸管基本参数 5.3.4.1 动态特性 5.3.4.2晶闸管的主要参数说明 5.3.4.3晶闸管的选型 5.3.5变压器的选取 5.3.6 性能指标分析 5.4触发电路和保护电路的设计 5.4.1触发电路 5.4.2保护电路的设计 5.4.2.1 主电路的过电压保护电路设计 5.4.2.2主电路的过电流保护电路设计 5.4.2.3电流上升率、电压上升率的抑制保护5.6设计总结

单相全控晶闸管整流电路课程设计 一 设计目的 （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。 二 设计任务 （1）进行设计方案的比较，并选定设计方案； （2）课程设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明 主电路元器件的计算和选型，以及控制电路的设计； （3）完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择； （4）完成驱动电路的设计，保护电路的设计； 三 设计内容与要求 负载为电阻电感性负载：L=700mH,R=500欧姆 技术要求：电网供电电压为单相220V，50赫兹，输出电压为100V, 输出功率为1000W 设计技术要求： （1）电源电压：交流100V/50Hz （2）输出功率：500W； （3）移相范围：0~90度。 。

单相双半波晶闸管整流电路主电路设计..

电力电子课程设计 班级： 学号： 姓名： 指导老师：

目录 摘要 (1) 1单相双半波晶闸管整流电路主电路设计 (2) 1.1晶闸管的介绍 (2) 1.1.1晶闸管的结构 (2) 1.1.2晶闸管的工作原理 (2) 1.1.3晶闸管的伏安特性 (4) 1.2总电路的设计 (5) 1.2.1 总电路的原理框图 (5) 1.2.2 主电路原理图 (6) 1.3 相控触发电路设计 (7) 1.3.1 相控触发电路工作原理 (7) 1.3.2相控触发芯片的选择 (8) 1.4保护电路设计 (9) 2电路参数及元件选择 (10) 2.1主电路电路参数计算 (10) 2.2电路元件的选择 (11) 2.2.1整流元件的选择 (11) 2.2.2保护元件的选择 (11) 3 MATLAB仿真 (12) 3.1 MATLAB软件介绍 (12) 3.2系统建模及电路仿真 (12) 3.3系统仿真结果及分析 (15) 4设计总结 (16) 参考文献 (17)

摘要 电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。 晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明时期。晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组。并且，其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。 整流电路按组成的器件不同，可分为不可控、半控与全控三种，利用晶闸管半导体器件构成的主要有半控和全控整流电路；按电路接线方式可分为桥式和零式整流电路；按交流输入相数又可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。正是因为整流电路有着如此广泛的应用，因此整流电路的研究无论在是从经济角度，还是从科学研究角度上来讲都是很有价值的。本设计正是结合了Matlab仿真软件对单相双半波晶闸管整流电路在阻感负载下进行分析。 关键词：晶闸管，整流电路，Matlab,仿真，阻感负载，相控方式 1

单相桥式全控整流电路设计说明

电子技术课程设计说明书 单相桥式全控整流电路设计 学生姓名：学号： 学院：计算机与控制工程学院---- 专业：电气工程及其自动化------ 指导教师：李静李郁峰--------- 2016年 1 月

目录 1引言 (1) 1.1整流电路 (1) 1.2整流电路的发展与应用 (1) 2 课程设计目的与要求 (1) 2.1课程设计目的 (1) 2.2课程设计的预备知识 (2) 2.3 课程设计要求 (2) 3元器件的选择 (2) 3.1晶闸管 (2) 3.1.1晶闸管的结构 (2) 3.1.2晶闸管的工作原理图 (2) 3.1.3晶闸管的门极触发条件 (3) 3.1.4晶闸管的主要参数说明 (3) 3.2 可关断晶闸管 (4) 4电路的结构与工作原理 (5) 4.1电路结构 (5) 4.2 工作原理 (5) 4.3基本数量关系 (5) 5 MATLAB仿真 (6) 5.1 MATLAB软件介绍 (6) 5.2 系统建模与参数设置 (6) 5.2.1 仿真图形 (6) 5.2.2模型参数设置 (7) 5.3 仿真结果与分析 (8) 6 结论 (9) 参考文献 (9) 致谢 (9)

1引言 1.1整流电路 整流电路是电力电子中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。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。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交流成分。变压器设置与否是具体情况而定。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；按交流输入详述分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧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。1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命；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发展迅速，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。另外，采用全控型器件的电路的主要控制方式为PWM脉宽调制式，后来，又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC），随着全控型电力电子器件的发展，电力电子电路的工作频率也不断提高。同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）把电力电子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。 2 课程设计目的与要求 2.1课程设计目的 “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

单相桥式全控整流电路纯电阻课程设计

1 引言 电力电子技术是利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。 要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流的基础是整流电路。整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。典型的单相可控整流电路包括单相半波可控整流电路、单相整流电路、单相全波可控整流电路及单相桥式半控整流电路等。单相可控整流电路的交流侧接单相电源。 这次课程设计我设计的是单相桥式全控整流电路电阻性负载，与单相半波可控整流电路相比，桥式全控的电源利用率更高一些，应用范围更广泛一些。 2 单相桥式全控整流电路 2.1 单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况分析 单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如图2-1： 图2.1 单相桥式全控整流电路原理图

在单相桥式全控整流电路，闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。在触发角a 处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a 端经VT1、R 、VT4流回电源b 端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。在u2负半周，仍在触发角a 处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R 、VT2流回电源a 端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。 在u2负半周，仍在触发延迟角a 处触发VT2和VT3（VT2和VT3的a=0处为ωt=Π），VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3,R,VT2流回电源a 端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。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。 整流电压平均值为： ?+=+==παααπωωπ2 cos 19.02cos 122)(d sin 21 222U U t t U U d 向负载输出的直流平均电流为： 2 cos 19.02cos 12222ααπ+=+==R U R U R U I d d 晶闸管VT 1、VT 4 和 VT 2、VT 3 轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即 2 cos 145.0212α+==R U I I d dT b c) d u V 图2.2单相桥式全控整流电路波形

单相半控桥式晶闸管整流电路的设计

单相半控桥式晶闸管整流 电路的设计 Prepared on 22 November 2020

课程设计题目单相半控桥式晶闸管整流电路的设计 （带续流二极管）（阻感负载）学院自动化 专业自动化 班级100...班 姓名 指导教师许湘莲 2012年12月29日

一课程设计的性质和目的 性质：是电气信息专业的必修实践性环节。 目的： 1、培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力； 2、加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； 3、初步掌握电力电子电路的设计方法。 二课程设计的内容: 单相半控桥式晶闸管整流电路的设计（带续流二极管）（阻感负载）？ 设计条件： 1、电源电压：交流100V/50Hz 2、输出功率：500W 3、移相范围0o~180o 三课程设计基本要求 1、两人一个题目，按学号组合； 2、根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路、控制电路； 3、用MATLAB/Simulink对设计的电路进行仿真； 4、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，说明仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料； 5、通过答辩。

摘要 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。本次课程设计要完成单相桥式半控整流电路的设计，对电阻负载供电，并使输出电压在0到180伏之间连续可调，由于是半控电路，因此会用到晶闸管与电力二极管。此外，还要用MATLAB对设计的电路进行建模并仿真，得到电压与电流波形，对结果进行分析。 关键词：半控整流晶闸管

单相半控桥式整流电路的设计说明

工业应用技术学院 课程设计任务书 题目单相半控桥式晶闸管整流电路的设计 专业、班级学号 主要容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要容 （1）电源电压：交流220V/50Hz （2）输出电压围：20V-50V （3）最大输出电流：10A （4）电源效率不低于70% 二、基本要求 1、主要技术指标 （1）具有过流保护功能，动作电流为12A； （2）具有稳压功能。 2、设计要求 （1）合理选择晶闸管型号； （2）完成电路理论设计、绘制电路图、电路图典型波形并进行模拟仿真。 二、主要参考资料 [1] 王兆安，黄俊，电力电子技术（第4版）[M]，北京：机械工业，2000. [2] 王兆安，明勋，电力电子设备设计和应用手册（第2版）[M]，北京：机械工业，2005. [4] 康华光，大钦，电子技术基础-模拟部分（第5版）[M]，北京：高等教育，2005. [4] 治明，电力电子器件基础[M]，北京：机械工业，2005. [5] 吴丙申，模拟电路基础[M]，北京：北京理工大学，2007.

[6] 马建国，孟宪元，电力设计自动化技术基础[M]，北京：清华大学，2004. 完成期限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 年月日

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/50Hz 2、输出电压围：20V-50V 3、最大输出电流：10A 4、具有过流保护功能，动作电流：12A 5、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.总体系统的设计 2.1 主电路方案论证 方案1：单相半控桥式整流电路（含续流二极管） 单相桥式半控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少等优点，而且不会导致失控显现，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。 方案2：单相半控桥式整流二极管（不含续流二极管） 不含续流二极管的电路具有自续流能力，但一旦出现异常，会导致：一只晶闸管与两只二极管之间轮流导电，其输出电压失去控制，这种情况称之为“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。在失控情况下工作的晶闸管由于连续导通很容易因过载而损坏。因为半导体本身具有续流作用，半控电路只能将交流电能转变为直流电能，而直流电能不能返回到交流电能中去，即能量只能单方向传递。 经过比较本设计选择方案一含续流二极管的单相半控桥式整流电路能更好的达到设计要求。 2.2 主电路结构及其工作原理

单相双半波晶闸管整流电路设计(纯电阻负载)

《电力电子技术》课程设计任务书 一、设计课题目 单相双半波晶闸管整流电路设计（纯电阻负载） 二、设计要求 1、单相双半波晶闸管整流电路的设计要求为： 负载为阻性负载. 2、技术要求: (1) 电网供电电压：交流100V/50Hz； (2) 输出功率：500W； (3) 移相范围：0°—180°； 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。 在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。 课题设计的主要内容是供电方案的选定，主电路的设计，电路元件的选择，保护电路的选择，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。 前述 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科学。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。 随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机