单相桥式半控整流电路

信息工程学院

电力电子学课程设计报告书题目: 单相桥式半控整流电路

专业：

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

2012 年 5 月 9 日

信息工程学院课程设计任务书

学生姓名学号成绩设计题目

单相桥式半控整流电路

设计内容设计方案的选择

整流电路的选择

整流变压器额定参数的计算

晶闸管电流、电压额定的选择

保护电路的设计

触发电路的设计

画出完整的主电路原理图和控制电路原理图列出主电路所用元器件的明细表

实验结果

设计要求1、电源电压：交流220V/50Hz

2、输出电压范围：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%

参考资料1、张石安，张炜主编．电力电子技木基础．北京：电子工业出版社，2008年7月

2、曲学基主编。电力电子整流技术及应用。北京：电子工业出版社，2008年4月

3、莫正康.半导体变流技术.北京：机械工业出版社，1999

4、周克宁，《电力电子技术》北京：机械工业出版社，2004。

5、王兆安、黄俊，《电力电子技术》第四版。北京：机械工业出版社，2000。

6、王维平，现代电力电子技术及应用。南京：东南大学出版社，1999。

7、王云亮主编．电力电子技术．第一版．北京：电子工业出版社，2004年8月

8、刘雨棣主编．电力电子技木及应用．西安：西安电子科技大学出版社，2006年8月

9、浣喜明、姚为正.电力电子技术. 北京：高等教育出版社，2004

10、王维平.现代电力电子技术及其应用.南京.：东南大学出版社，2000

目录

摘要 (3)

设计要求 (5)

方案选择 (5)

元器件的选择 (7)

晶闸管 (7)

晶闸管的结构 (7)

晶闸管的工作原理图 (7)

晶闸管触发条件 (8)

电路组成 (9)

保护电路的设计 (10)

过电压保护 (10)

过电流保护 (11)

结果分析 (12)

电路原理图及其工作波形 (12)

分析 (14)

参数计算 (15)

元件选择 (16)

实验结果 (17)

元器件清单 (18)

实验结果 (20)

心得与体会 (20)

摘要

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。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角α的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景。

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实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发单相晶闸管半控整流电路又有利于夯实基础，故我们单结晶体管触发的单相晶闸管半控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。

关键字：逆变电路单相晶闸管 PWM 电力电子

一、设计要求：

1、电源电压：交流220V/50Hz

2、输出电压范围：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%

二、方案选择：

方案1：单相桥式半控整流电路

电路简图如下：

图 1.4 对每个导电回路进行控制，相对于半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2：单相桥式全控整流电路

电路简图如下：

图 1.5

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3：单相半波可控整流电路：

电路简图如下：

图 1.6

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4：单相全波可控整流电路：

电路简图如下：

图1.7

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。

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）。

综上所述，针对他们的优缺点，我们采用方案一，即单相桥式半控整流电路。

三、元器件的选择

晶闸管

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，开始被性能更好的半控型器件取代。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。引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。

内部结构:四层三个结如图2.2

2）、晶闸管的工作原理图

晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极，如图1.2(左)所示。由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图1.2（右）所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。

图1.2 晶闸管的内部结构和等效电路

晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流ＩＧ的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。

其他几种可能导通的情况：

①阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应

②阳极电压上升率du/dt过高

③结温较高

④光直接照射硅片，即光触发：光控晶闸管

只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。

3）晶闸管的门极触发条件

（1）: 晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；

（2）：晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通；

（3）：晶闸管一旦导通门极就失去控制作用；

（4）：要使晶闸管关断，只能使其电流小到零一下。

晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流ＩＧ的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。

可关断晶闸管

可关断晶闸管简称GTO。

可关断晶闸管的结构

GTO的内部结构与普通晶闸管相同，都是

PNPN四层结构，外部引出阳极Ａ、阴极Ｋ和门极

Ｇ如图1.3。和普通晶闸管不同， GTO是一种多元胞的功率集成器件，内部包含十个甚至数百个共阳极的小GTO元胞，这些GTO元胞的阴极和门极在器件内部并联在一起，使器件的功率可以到达相当大的数值。

单相半控桥式整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源电压过零时换流；由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形与半控桥式整流电路带电阻性负载时相同，α的移相范围为0～180°，ud 、Id的计算公式和半控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为180°的方波且与α无关，交流侧电流为正、负对称的交变方波。单相半控桥式整流电路带大电感性负载时，虽本身有自然续流的能力，似乎不需要另接续流二极管。但在实际运行中，当突然把控制角α增大到180°以上或突然切断触发电路时，会发生正在导通的晶闸管一直导通，两个二极管轮流导通的现象。此时触发信号对输出电压失去了控制作用，我们把这种现象称为失控。失控现象在使用中是不允许的，为消除失控，带电感性负载的半控桥式整流电路还需另接续流二极管VD。

电路组成

单相半控桥式整流电路由一组共阴极接法的单相半波可控整流电路和一组共阳极接法的单相半波可控整流电路串联而成。因此，整流输出电压的平均值Ud为单相半波整流时的两倍，在大电感负载时为式中U2l为变压器次级线电压有效值。

与单相半波电路相比，若要求输出电压相同，则单相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压Ud比单相半波可控整流时高一倍。另外，由于共阴极组在电源电压正半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为正；共阳极组在电压负半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为负，因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了单相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。

为分析方便，把一个周期分为6段，每段相隔60°。在第(1)段期间，a相电位ua最高，共阴极组的V1被触发导通，b相电位ub最低，共阳极组的V6被触

发导通，电流路径为ua→V1→R(L)→V6→ub。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流ia为正，共阳极组的b相电流ib为负，输出电压为线电压ud=uab。 在第(2)段期间，ua仍最高，V1继续导通，而uc变为最负，电源过自然换流点时触发V2导通，c相电压低于b相电压，V6因承受反压而关断，电流即从b 相换到c相。这时电流路径为ua→V1→R(L)→V2→uc。变压器a、c两相工作，共阴极组的a相电流i为正，共阳极组的c相电流ic为负，输出电压为线电压ud=uac

在第(3)段期间，ub为最高，共阴极组在经过自然换流点时触发V3导通，由于b相电压高于a相电压， V1管因承受反压而关断，电流从a相换相到b相。V2因为uc仍为最低而继续导通。这时电流路径为ub→V3→R(L)→V2→uc。变压器b、 c两相工作，共阴极组的b相电流ib为正，共阳极组的c相电流ic为负，输出电压为线电压ud=ubc。以下各段依此类推，可得到在第(4)段时输出电压ud=uba；在第(5)段时输出电压ud=uca；在第(6)段时输出电压ud =ucb。以后则重复上述过程。由以上分析可知，单相半控桥式整流电路晶闸管的导通换流顺序是：V6→V1→V2→V3→V4→V5→V6。电路输出电压ud的波形如图2-13(d)所示。

四、保护电路的设计

保护电路的设计

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

电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内应过电压两类。

外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，包括：（1）操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压，快速直流开关的切断等经常性操作中的电磁过程引起的过压。

（2）雷击过电压：由雷击引起的过电压。

内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：

（1）换相过电压：由于晶闸管或者全控器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复，当其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。

（2）关断过电压：全控型器件在较高的频率下工作，当器件关断时，因正

向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

过压保护要根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的保护电路，当达到—定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。

为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压保护电路如图5所示。

4.2过电流保护

晶闸管承受过电流的能力很低，若过电流数值较大且时间较长，则晶闸管会因热容量小而产生热击穿损坏。为了使晶闸管不受损坏，必须设置过流保护，使晶交流侧自动开关或直流侧接触器跳闸。其动作时间约为100~200ms，因此只能保护因机械过负载而引起的过电流，或在短路电流不大时，对晶闸管起保护作用。

直流快速开关

对于大容量高功率经常容易短路的场合，可采用动作时间只有2ms的直流快速开关。它的断弧时间仅有25~30ms，装在直流侧可有效的用于直流侧的过载保护与短路保护。它经特殊的设计，可以先于快速熔断器熔断而保护晶闸管。但此开关昂贵复杂，使用不多。

快速熔断器闸管在被损坏之前就迅速切断电流，并断开桥臂中的故障元件，以保护其他元件。晶闸管过流保护措施有以下几种。

交流短路器

交流短路器的作用是当过电流超过其整定值时动作，切断变压器一次侧交流电路，使变压器退出运行。短路器动作时间较长，约为100~200ms。晶闸管不能在这样长的时间里承受过电流，故它只能作为变流装置的后备保护。

进线电抗器

进线电抗器串接在变流装置的交流进线侧，以限制过电流。其缺点是有负载时会产生较大的压降，增加了线路损耗。

过电流继电器

过电流继电器可安装在直流侧或交流侧，在发生过电流时动作，使熔断器

是最简单有效的且应用普遍的过流保护器件。针对晶闸管的特点，专门设计了快速熔断器，简称快熔。其熔断时间小于20ms，能很快的熔断，

达到保护晶闸管的目的。

快熔的选择

快熔的额定电压URN不小于线路正常工作电压的均方根

值；快熔的额定电流IRN应按它所保护的原件实际流过的电

流的均方根值来选择，而不是根据元件型号上标出的额定电

流IT来选择，一般小于被保护晶闸管的额定有效值1.57IT。

快熔接法如右：

其中交流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起保护作用，但要求正常工作时，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。直流侧接快速熔断器只对负载短路起保护作用，对元件无保护作用。只有晶闸管直接串接快速熔断器才对元件的保护作用最好，因为它们流过同—个电流．因而被广泛使用。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。

五、结果分析

5.1 主电路原理图及其工作波形

<1>、电阻性负载

电阻性负载时输出波形：

2>、电感性负载

电感型负载时输出波形：

<3>、带反电动势负载

带反电动势负载时输出波形：

5.2 由以上分析可看出如下几点：

(1) 单相半控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组内进行， 每隔120°换流一次。 由于共阴极组与共阳极组换流点相隔60°，所以每隔60°有一个元件换流。 同组内各晶闸管的触发脉冲相位差为120°，接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为180°， 而相邻两脉冲的相位差是60°。 元件导通及触发脉冲情况如图2-13(b)、 (c)所示

(2) 为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶闸管导通或电流断续后能使关断的晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。采用宽脉冲（必须大于60°、小于120°， 一般取80°～100°）或双窄脉冲（在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次， 两次脉冲间隔为60°）都可达到上述目的。采用双窄脉冲触发的方式示于图2-13(c)中。 双窄脉冲触发电路虽然复杂， 但可减小触发电路功率与脉冲变压器体积，所以较多采用。

(3) 整流输出电压ud 由线电压波头uab 、uac 、ubc 、uba 、uca 和ucb 组成，其波形是上述线电压的包络线。可以看出， 单相半控桥式整流电压ud 在一个周期内脉动6次，脉动频率为300 Hz ， 比单相半波大一倍（相当于6相）。 b) i d

O E

u d ω t

I d

O

ω t α θ δ

(4) 图2-13(e)所示为流过变压器次级的电流和电源线电流的波形。由图可看出，由于变压器采用△/Y 接法，使电源线电流为正、负面积相等的阶梯波， 更接近正弦波，谐波影响小， 因此在整流电路中， 单相变压器多采用△/Y 或Y/△接法。

(5) 图2-13(f)所示为晶闸管所承受的电压波形。由图可看出，在第(1)、(2)两段的120°范围内，因为V1导通，故V1承受的电压为零；在第(3) 、 (4)两段的120°范围内，因V3导通，所以V1管承受反向线电压uab ；在第(5)、 (6)两段的120°范围内，因V5导通，所以V1管承受反向线电压uac 。同理也可分析其它管子所承受电压的情况。当α变化时，管子电压波形也有规律地变化。

(6) 脉冲的移相范围在大电感负载时为0°～90°。 顺便指出， 当电路接电阻性负载时，当α＞60°时波形断续，晶闸管的导通要维持到线电压过零反向后才关断， 移相范围为0°～120°。

(7) 流过晶闸管的电流与单相半波时相同， 电流的平均值和有效值分别为 当α＞0°时，每个晶闸管都不在自然换流点换流，而是后移一个α角开始换流，图2-14、2-15、 2-16为α=30°、60°、 90°时电路的波形。 从图中可见，当α≤60°时，ud 的波形均为正值，其分析方法与α=0°时相同。当α＞60°时， 由于电感L 的感应电势的作用，ud 的波形出现负值，但正面积大于负面积，平均电压Ud 仍为正值。当α=90°时，正、 负面积相等，输出电压Ud =0。

5.3 整流电路参数计算

纯电阻负载时： 由图知晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 整流电压平均值为：

α=0时，Ud= Ud0=0.9U2。α=180 时，Ud=0。可见，α角的移相范围为180 。 向负载输出的直流电流平均值为：

流过晶闸管的电流平均值 ：

222U 22U ?+=+==παααπωωπ2cos 19.02cos 122)(d sin 21222U U t t U U d 2cos 19.02cos 12222ααπ+=+==R U R U R U I d d cos 145.012α+==U I I

流过晶闸管的电流有效值为： 变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I 相等，为

由上两式得

不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。 阻感负载时

整流电压平均值为：

晶闸管导通角 与 无关，均为180 ，其电流平均值和有效值分别为： 和 。 变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值 I2=Id 。

5.4元件型号选择

1、变压器T 的变比为11：1。

2、晶闸管的选取

整流输出平均电压Ud 、电流Id ，变压器二次侧电流有效值I2分别为

Ud ＝0.9 U2 cos ＝0.9×220×cos0°＝198V

I2＝Id ＝100(A)

晶闸管承受的最大正反向电压为：

U ＝220 ＝311（V ）

流过每个晶闸管的电流的有效值为：

IVT ＝Id ∕ ＝70.7（A ）

παπαπωωπ

πα-+==?2sin 212)(d )sin 2(21222R U t t R U I T παπαπωωππα-+===?2sin 21)()sin 2(12222R U t d t R U I I I I T 21=?+===απαααπ

ωωπcos 9.0cos 22)(d sin 21222d U U t t U U d dT 21I I =d d T 707.02

1I I I ==22

故晶闸管的额定电压为：

UN ＝(2~3)×311＝622~933（V ）

晶闸管的额定电流为：

IN ＝(1.5~2)×70.7∕1.57＝67.5~90.1（A ）

其型号为KP100-4。

3、快速熔断器的选择

IRN=70.7A

可选用RSF-1 500/80型号的。

其额定电压500V ，额定电流80A 。

4、压敏电阻的选择

漏电流为1mA 时的额定电压U1mA 应大于等于1.3 U 。

U 为压敏电阻两端正常工作电压的有效值； 可选择MY31-410/3 普通型压敏电阻器，其标称电压410V ，通流容量为3KA 。

5、并联于晶闸管两端的RC 为： R2 =20Ω, C2=0.25μf 。

6、电感L 的作用是平波，防止电流发生断续现象。其值要足够大。

根据公式

=6.3H

5.5 实验结果输出为：

输出电压范围：18.56V-62.12V 最大输出电流：8.42A 具有过流保护功能，动作电流：11.05A 具有稳压功能

电源效率为73.15%

dmin 23dmin 21087.222I U I U L -?==πω2

六、元器件清单

七、整个电路 元器件 备注 数量 整流变压器

变比为11:1，容量至少为2.464kv ·A 1个 晶闸管

KP100-4 4个 电阻 其中主电路负载电阻最大为500Ω

若干个 电感 主电路负载700mH

1个 电位器 SW-SPDT

2个 二极管

10个 芯片 TCA785

1块 熔断器 RSF-1 500/80型号的。

其额定电压500V ，额定电流80A.

2个 电容 C=0.25μf

若干个 脉冲变压器 2个 压敏电阻 MY31-410/3 普通型压敏电阻器，其标称电压410V ，通流容量为3KA 。

3个

本实验的全部电路如上图所示，输入时220v的交流电压源，经过出发电路、开关电路和保护电路后到达输出端。

当a=30度时，波形输出为：

当a=60度时，波形输出为：

当a=90度时，波形输出为：

八、心得与体会

经过这次的单相桥式半控整流电路的设计，使得我亲身经历了一次身体和思想上的考验，二极管整流电路是不控整流电路，晶闸管是半控开关器件，当它承受了外加的正向电压时，且又同时受到触发脉冲时才能被触发导通，因此将不控整流电路的二极管换为晶闸管，控制晶闸管被施加出发脉冲的时刻就能控制晶闸

单相桥式半控整流电路实验报告

单相桥式半控整流电路 实 验 报 告 系别：电气工程系 班级：电器121 姓名： 学号：

实验一单相桥式半控整流电路实验 一、实验目的： 1、加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。 2、了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。 二、实验主要仪器与设备： 三、实验原理 本实验线路如图1所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK03-1挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，触发信号加到共阴极的两个晶闸管，图中的R用D42三相可调电阻，将两个 900Ω接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，电感Ld在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验用700mH，直流电压表、电流表从DJK02挂件获得。 VD3 图1 单相桥式半控整流电路实验线路图 四、实验内容及步骤 1、实验内容： (1)锯齿波同步触发电路的调试。 (2)单相桥式半控整流电路带电阻性负载。 (3)单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。

2、实验步骤：

五、实验注意事项 1、双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。 2、在本实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时,应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，并将Ulf及Ulr 悬空，避免误触发。 六、实验心得

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。

半波整流电路与单相桥式整流电路工作原理

半波整流电路 ★工作原理 电路如右图所示，设 在u2的正半周，A点为正，B点为负，二极管外加正向电压， 因而处于导通状态。电流从A点流出，经过二极管D和负载 电阻流入B点，。 在u2的负半周，B点为正，A点为负，二极管外加反向电压，因而处于截止状态。。波形如下图所示。 ★主要参数 ◆输出电压的平均值：就是负载电阻上电压的平均值U O(A V)。 ◆负载电流的平均值 ◆整流输出电压的脉动系数S：为整流输出电压的基波峰值U OM与输出电压平均值U O(A V)之比，即 S愈大，脉动愈大。 半波整流电路的输出脉动很大。

★二极管的选择 二极管的正向平均电流等于负载电流平均值，即 二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压，即 允许电源电压波动±10％，最大整流平均电流I F 最高反向工作电压U R均应至少留有10%的余地， 单相半波整流的特点：电路简单、所用二极管少。输出电压低、交流分量大(即脉动大)，效率低。只适用于整流电流小，对脉动要求不高的场合。 单相桥式整流电路 ★工作原理 设变压器，U2为其有效值。 ◆当u2为正半周时，D1和D3管导通，D2和D4管 截止，电流由A点流出，方向如右图所示。 u O=u2，D2和D4管承受的反向电压为-u2。 ◆当u2为负半周时，D2和D4管导通，D1和D3 管截止，电流由B点流出，方向如右图所示。 u O=-u2，D1和D3管承受的反向电压为u2。 由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通， 致使负载电阻R L上在u2的整个周期内都有电 流通过，而且方向不变，输出电压 。如右图所示为其电压 和电流的波形，实现了全波整流。 ★输出电压平均值U O(A V)和输出电流平均值I O(A V) ◆输出电压平均值

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

单相半控桥式晶闸管整流电路电阻负载

电气工程学院 电力电子课程设计 设计题目：单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载）学号： 姓名： 同组人： 指导教师： 设计时间： 设计地点：

电力电子课程设计成绩评定表 指导教师签字： 年月日

电力电子课程设计任务书 学生姓名：指导教师： 一、课程设计题目： 单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载） 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真； 3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果； 4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案； 5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。 三、进度安排 2．执行要求 课程设计共5个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。

摘要 本次课程设计的题目为：单相半控桥式晶闸管整流电路，其中负载为纯电阻负载。电路设计的主要参数及要求：1、电源电压：交流100V/50Hz；2、输出功率：500W；3、移相范围：0o-180o。 对于单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载），其电路设计的主要功能为：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。 单相桥式半控整流电路在纯电阻负载电流连续时，当相控角α<180°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流，同时，调节触发电路，可改变触发角进行调压；在α>180°时，由于二极管的单相导电性，电路无法实现逆变，输出电压为零。 关键词：单相半控桥式晶闸管整流电路、纯电阻负载、相控角调节 Abstract ABSTRACT：Curriculum design topics: single-phase half-controlled bridge thyristor rectifier circuit, where the load is purely resistive load. The main parameters and requirements of the circuit design: 1, the power supply voltage: AC 100V/50Hz, output power: 500W; 2; 3, the phase shift range: 0 o ~180 o. For the single phase half controlled bridge thyristor rectifier circuit (resistive load), the main function of the circuit design: Characteristics of single phase bridge half controlled rectifier circuit is triggered thyristor turn-on, and rectifier diode is higher than that of cathode voltage in the anode voltage natural conduction. Single phase bridge half controlled rectifier circuit load current is continuous in the pure resistance, while the mouldings α <180 °, c an realize the phase control rectifier, AC power into DC power at the same time, adjusting trigger circuit, which can change the trigger angle regulator; when α >180 °, because the phase conductivity diode, the circuit can not be achieved inverter, output voltage to zero. KEYWORDS：S ingle phase half controlled bridge thyristor rectifier circuit, pure resistive load, adjust phase mouldings

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。 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 电力电子器件的保护 (11) 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 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。 本设计电路主要由触发电路、主电路、和过电压过电流保护电路组成 主电路的原理与设计

单相半控桥式整流电路设计

单相半控桥式整流电路 设计 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

摘要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。整流的基础是整流电路。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。整流电路的应用十分广泛。广泛的应用于直流电动机、电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源灯。 本设计研究了单相半控桥式整流电路，对整流电路的原理及特点进行了分析，对整流元件进行了参数计算并选择出了合适的器件。本设计选择KJ004集成触发器做为晶闸管的触发电路，详细的介绍了KJ004的工作原理。本设计还设计了合理的保护电路。最后利用simulink搭建仿真模型。 关键词：半控整流，驱动电路，保护电路，simulink仿真 单相半控桥式整流电路设计 1 主电路的设计 设计目的 (1)、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全 综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。 (2)、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技 能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。 (3)、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手 册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。 整流电路的选择 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，整流电路是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。20

单相桥式半控整流电路实验报告

课程名称：电力电子技术指导老师：成绩： 实验名称：单相桥式半控整流电路实验实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.加深单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性、反电势负载时工作情况的理解 2.了解续流二极管在单相器哦啊是半控整流电路中的作用；学会对实验中出现的问题加以分析和解决 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、实验内容和原理 1.实验内容 （1）锯齿同步触发电路的调试 （2）单相桥式半控整流电路带电阻性负载 （3）单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载 （4）单相桥式半控整流电路带反电势负载 2.实验原理 （1）单相桥式半控整流电路实验原理 实验电路图如下图所示 由2组锯齿波同步移相触发电路给共阴极的2个晶闸管提供触发脉冲，整流电路的负载可根据要求选择电阻性、电阻电感性负载。 在电源电压正半周时，VT1导通，VT2关断电源，通过VT1和VD4供电。电压过零时，因为电感作用，VT1继续导通，VD3续流 在电源电压负半周时，VT2导通，VT1关断，电源通过VT2和VT3供电。电压过零时，因为电感作用，VT2继续导通，VD4续流。 （2）锯齿波同步移相出发电路实验原理 锯齿波同步移相触发电路的电路图如下图所示

它是由同步检测和锯齿波形成环节、移相控制环节、脉冲形成和放大环节、强触发环节、双窄脉冲形成电路环节组成。 同步锯齿波环节如下图所示： 负半周下降段，VD1导通，C1充电，上负下正，O点接地，R负电位，Q也负电位，VT2反偏截止。 负半周上升段，经过R1给C1充电，上升速度比R点同步电压慢，所以VD1截止，Q点电位1.4V，VT2导通，UQ钳制在1.4V。 VT2截止时，IC1对C2充电，UC线性增长，为锯齿波上升段。 VT2饱和导通，R4较小，C2通过R4、VT2很快放电，形成锯齿波下降段 移相控制环节如下图所示： 利用叠加原理，UT锯齿波电压、UK控制电压、UP初始调整电压如上图所示。 UP的作用就是改变VT4开始导通的时刻，UK的作用就是可以改变输出脉冲相位。

单相桥式全控整流电路(阻感性负载)

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）

单相半控桥式晶闸管整流电路的设计样本

学号： 课程设计 题目单相半控桥式晶闸管整流电路设计 （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 指引教师许湘莲 年12 月29 日

一课程设计性质和目 性质：是电气信息专业必修实践性环节。 目： 1、培养学生综合运用知识解决问题能力与实际动手能力； 2、加深理解《电力电子技术》课程基本理论； 3、初步掌握电力电子电路设计办法。 二课程设计内容: 单相半控桥式晶闸管整流电路设计（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、移相范畴0o~180o 三课程设计基本规定 1、两人一种题目，按学号组合； 2、依照课程设计题目，收集有关资料、设计主电路、控制电路； 3、用MATLAB/Simulink对设计电路进行仿真； 4、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，阐明主电路工作原理、选取元器件参数，阐明控制电路工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，阐明仿真过程中遇到问题和解决问题办法，附参照资料； 5、通过答辩。

电力电子技术课程设计是在教学及实验基本上，对课程所学理论知识深化和提高。本次课程设计要完毕单相桥式半控整流电路设计，对电阻负载供电，并使输出电压在0到180伏之间持续可调，由于是半控电路，因而会用到晶闸管与电力二极管。此外，还要用MATLAB 对设计电路进行建模并仿真，得到电压与电流波形，对成果进行分析。 核心词：半控整流晶闸管

1 设计基本规定 (1) 1.1设计重要参数及规定：........................................................................................ 错误!未定义书签。 1.2 设计重要功能 (1) 2总体系统 (2) 2.1主电路构造及其工作原理 (2) 2.2 参数计算 (2) 3硬件电路 (4) 3.1 系统总体原理框图 (4) 3.2 驱动电路 (5) 3.2.1 驱动电路方案 (5) 3.2.2 驱动电路设计 (5) 3.3 保护电路 (8) 3.3.1 变压器二次侧熔断器 (8) 3.3.2 晶闸管保护电流 (9) 3.4 触发电路 (10) 4 元器件选取 (11) 4.1 晶闸管 (11) 4.1.1 晶闸管构造与工作原理 (11) 4.1.2 晶闸管选取 (13) 4.2 电力二极管 (13) 5 MATLAB建模与仿真 (14) 6 心得体会 (18) 参照文献 (19)

(完整版)单相桥式半控整流电路

单相桥式半控整流电路 1.带电阻负载的工作情况 在单向桥式半控整流电路中，VT1和VD4组成一对桥臂，VD2和VT3组成另一对桥臂。在u 正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4个管子均不导通，负载电流id 为零，ud 也为零，VT1、VD4串联承受电压u ，设VT1和VD4的漏电阻相等，则各承受u 的一半。若在触发角处给VT1加触发脉冲，VT1和VD4即导通，电流从电源a 端经VT1、R 、VD4流回电源b 端。当u 过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VD4关断。 在u 负半周，仍在触发延迟角处触发VD2和VT3，VD2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R 、VD2流回电源a 端。到u 过零时，电流又降为零，VD2和VT3关断。此后又是VT1和VD4导通，如此循环地工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。 整流电压平均值为 α=0时， Ud =Ud0=0.9 U2。 α =180°时， Ud = 0。可见，α角的移相范围为0--180°。θ 的范围为0--180. 向负载输出的直流电流平均值为： 晶体管VT1和VD4，VD2和VT3轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即： 流过晶闸管的电流有效值为:

变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为 2.带RL负载的工作情况 先不考虑(续流二极管VDR ） 1.每一个导电回路由 1个晶闸管和1个二极管 构成。 2.在u2正半周，处 触发VT1，u2经VT1和 VD4向负载供电。 3.u2过零变负时，因 电感作用使电流连续， VT1继续导通，但因a点 电位低于b点电位，电流 是由VT1和VD2续流， ud=0。 4.在u2负半周，处 触发触发VT3，向VT1加 反压使之关断，u2经VT3 和VD2向负载供电。 5.u2过零变正时， VD4导通，VD2关断。VT3 和VD4续流，ud又为零。 续流二极管VDR 1若无续流二极管，则 当α突然增大至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ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud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，称为失控。 2有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。 3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。 整流电压平均值为

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、

单相半控桥式整流电路设计

摘要 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。整流的基础是整流电路。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。整流电路的应用十分广泛。广泛的应用于直流电动机、电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源灯。 本设计研究了单相半控桥式整流电路，对整流电路的原理及特点进行了分析，对整流元件进行了参数计算并选择出了合适的器件。本设计选择KJ004集成触发器做为晶闸管的触发电路，详细的介绍了KJ004的工作原理。本设计还设计了合理的保护电路。最后利用simulink搭建仿真模型。 关键词：半控整流，驱动电路，保护电路，simulink仿真

单相半控桥式整流电路设计 1 主电路的设计 1.1设计目的 (1)、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全综合的加 以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。(2)、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养 观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。 (3)、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、 国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。 1.2整流电路的选择 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，整流电路是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。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。按组成的器件可分为不可控、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。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双拍电路。单相桥式整流电路可分为单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们有不同的工作特点。下面分析两种单相桥式整流电路的优缺点。 1.2.1 单相全控桥式整流电路 单相桥式全控整流电路带阻感负载电路图如图1所示：

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”。 三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压U uv =220v ，并打开MCL —05面板右下角的电源开关。观察MCL —05锯齿波触发电路中各点波形是否正确，确定其输出脉冲可调的移相范围。并调节偏移电阻RP2，使U ct =0时，α=150°。注意观察波形时，须断开MEL-02和MCL-33（或MCL —53组件）的连接线。 注：如您选购的产品为MCL —Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同 2．单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载： 连接MEL-02和MCL-33（或MCL —53组件）。 （a ）把开关S2合向左侧连上负载电阻Rd （可选择900Ω电阻并联，最大电流为0.8A ），并调节电阻负载至最大。 MCL-18（或MCL —Ⅲ型主控制屏，以下均同）的给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct =0。 三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源，调节主控制屏输出U uv =220V 。 调节MCL-18的给定电位器RP1，使α=90°，测取此时整流电路的输出电压U d =f （t ），输出电流i d =f （t ）以及晶闸管端电压U VT =f （t ）波形，并测定交流输入电压U 2、整流输出电压U d ，验证 2cos 19.02α+=U U d 。 若输出电压的波形不对称，可分别调整锯齿波触发电路中RP1，RP3电位器。 （b ）采用类似方法，分别测取α=60°，α=30°时的U d 、i d 、U vt 波形。 3．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载 （a ）把开关S1合向左侧接上续流二极管，把开关S2合向右侧接上平波电抗器，短接直流电动机电枢绕组A1A2。 MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct =0。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出使U uv =220V 。

单相桥式全控整流电路Matlab仿真

目录 单相桥式全控整流电路仿真建模分析 0 （一）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载) (1) 1.电路的结构与工作原理 (1) 2.建模 (2) 3仿真结果与分析 (4) 4小结 (6) （二）单相桥式全控整流电路(阻-感性负载) (7) 1.电路的结构与工作原理 (7) 2.建模 (8) 3仿真结果与分析 (10) 4.小结 (11) （三）单相桥式全控整流电路(反电动势负载) (13) 1.电路的结构与工作原理 (12) 2.建模 (14) 3仿真结果与分析 (16) 4小结 (18) 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 1.1电路结构 R 单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图(截图) 1.2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u T1.4= u T2.3=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u T1.4=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u T2.3=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，u T2.3=u T1.4=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，负载上有输出电压（u d=-u2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、

单相桥式半控整流电路(可编辑修改word版)

2 单相桥式半控整流电路 1.带电阻负载的工作情况 在单向桥式半控整流电路中，VT1 和VD4 组成一对桥臂，VD2 和VT3 组成另一对桥臂。在u 正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4 个管子均不导通，负载电流id 为零，ud 也为零，VT1、VD4 串联承受电压u，设VT1 和VD4 的漏电阻相等，则各承受u 的一半。若在触发角处给VT1 加触发脉冲，VT1 和VD4 即导通，电流从电源a 端经VT1、R、VD4 流回电源b 端。当u 过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1 和VD4 关断。在u 负半周，仍在触发延迟角处触发VD2 和VT3，VD2 和VT3 导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R、VD2 流回电源a 端。到u 过零时，电流又降为零，VD2 和VT3 关断。此后又是VT1 和VD4 导通，如此循环地工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为U2 和 2 U2。 整流电压平均值为 α=0 时，Ud =Ud0=0.9 U2。α=180°时，Ud = 0。可见，α角的移相范围为0--180°。θ 的范围为 0--180. 向负载输出的直流电流平均值为： 晶体管VT1 和VD4，VD2 和VT3 轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即： 流过晶闸管的电流有效值为: 2

变压器二次侧电流有效值I2 与输出直流电流有效值I 相等，为 2.带RL 负载的工作情况 先不考虑(续流二极管VDR ） 1.每一个导电回路由 1 个晶闸管和1 个二极管 构成。 2.在u2 正半周， 处触发VT1，u2 经VT1 和VD4 向负载供电。 3.u2 过零变负时，因 电感作用使电流连续，VT1 继续导通，但因a 点电位低 于b 点电位，电流是由VT1 和VD2 续流，ud=0。 4.在u2 负半周， 处触发触发VT3，向 VT1 加反压使之关断， u2 经VT3 和VD2 向负载 供电。 5.u2 过零变正时， VD4 导通，VD2 关断。 VT3 和VD4 续流，ud 又为零。 续流二极管VDR 1若无续流二极管，则 当α突然增大至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ud 成为正弦半波，即半周期ud 为正弦，另外半周期ud 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，称为失控。 2有续流二极管VDR 时，续流过程由VDR 完成，避免了失控的现象。 3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。 整流电压平均值为