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，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。其使用的电路图如下图2.1所示。
图2.1 主体电路结构原理图
在交流输入电压u2的正半周（a端为正）时，Th1和D1承受正向电压。这时如对晶闸管Th1引入触发信号，则Th1和D1导通电流的通路为u2+→Th1→R→D1→u2-。
这时Th2和D1都因承受反向电压而截至。同样，在电压u2的负半周时，Th2和D2承受正向电压。这时，如对晶闸管Th2引入触发信号，则Th2和D2导通，电流的通路为：u2-→Th2→R→D2→u2+。
这时Th1和D1处于截至状态。显然，与单相半波整流相比较，桥式整流电路的输出电压的平均值要大一倍，即
输出电压的平均值：
输出电流的平均值：
2.3 参数计算
输出电压平均值：
U
d =0.9U
22
cos
1α
+
输出电流平均值：
d
I= U d/R a)流过晶闸管电流有效值：
I VT =
d
I/2
波形系数：
K f = I VT /d I =2/2
交流侧相电流的有效值:
I 2=
παπ-·I d
续流管电流有效值：
I VD =π
α·I d A 5.257.157.12
2Im 22Im Im
2sin Im 12Im )sin (Im 1I 002==∴=======
??d
f T d
f T f d I K I I K I K t td I t d t πππωωπωωππ
π
令0=?0时，U 2=220V,P 出=50V ×10A=500W 。
U d =0.9U 2(1+?cos )/2=198V
I d =P 出/U d =10.8A ，
K f =I VT / I d =2/2=0.707，
晶闸管的额定电流为：I T = K f I d /1.57=2.5A,取2倍电流安全储备，并考虑晶闸管元
件额定电流系列取5A 。 晶闸管元件额定电压2U 2=2100=141.4V ，取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸
管额定电压系列取300V 。
令π=?时，
I VT =π? I d =I d =10.8A 时，
此时流过续流二极管的电流最大为10.8A ，取2倍电流安全储备，并考虑晶闸管元件额定电流系列取20A 。
续流二极管两端的最大电压为U d =220V, 取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额
定电压系列去220V 。所以选择续流二极管额定电压为220V,额定电流为20A 的晶闸管和
二极管，电感取无穷大，L=150H，R=20 。
3.硬件电路
3.1 系统总体原理框图
单相半控桥式整流电路的设计，我们首先对电路原理进行分析，通过分析，结合具体的性能指标求出相应的参数，然后在Matlab仿真软件中建立仿真模型，仿真模型采用交流输入电源，使用晶闸管和二极管作为整流器件，通过不断仿真、调试、不断修改参数，知道符合正确的参数要求。其系统原理框图如下图2.1
其对应波形原理图如图3.1所示
图 3.1 系统原理框图
图 3.2 波形原理图
3.2 驱动电路
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 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
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（Silico n Con trolled 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
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
单相半波整流电路的设计 摘要 本文主要进行了单相半波整流电路的设计。单相半波整流电流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次电流中含有直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。晶闸管不同于整流二极管，它的导通是可控的。可控整流电路的作用就是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。在充分理解单相半波整流电路工作原理的基础上，本文设计出了单相半波整流电路带电阻负载、电感负载、阻感负载时的电路原理图，并对其中的相关参数进行了计算，仿真波形对比发现结果正确。 关键词：晶闸管，整流，触发
目录 摘要 .................................................................... 1课题背景............................................... 错误！未指定书签。 1.1选题背景 (1) 1.2参数选择 (1) 2单相半波整流电路的设计................................. 错误！未指定书签。 2.1单相半波整流电路（电阻负载） ..................... 错误！未指定书签。 2.1.1工作原理和电路特点（电阻负载）.............. 错误！未指定书签。 2.1.2电路原理图（电阻负载）...................... 错误！未指定书签。 2.1.3参数计算（电阻负载）........................ 错误！未指定书签。 2.1.4仿真波形（电阻负载）........................ 错误！未指定书签。 2.1.5结论（电阻负载）............................ 错误！未指定书签。 2.2单相半波整流电路（电感负载） ..................... 错误！未指定书签。 2.2.1工作原理（电感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.2.3仿真波形（电感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.3单相半波整流电路（阻感负载） ..................... 错误！未指定书签。 2.3.1工作原理（阻感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.3.2电路原理图（阻感负载）...................... 错误！未指定书签。 2.3.3参数计算（阻感负载）........................ 错误！未指定书签。 2.3.4仿真波形（阻感负载）........................ 错误！未指定书签。致谢 .................................................... 错误！未指定书签。参考文献 ................................................ 错误！未指定书签。
基础知识 整流和滤波电路 导入：1、什么电子设备需要用到直流电？ 电脑功放 手机数码相机 2、如何得到直流电 提问导入： 什么电子 设备需要 用到直流 电？激发 兴趣 提问：如何 得到直流 电
手机锂电笔记本电脑锂电 数码相机锂电 手机充电器电脑电源直流稳压电源结合演示讲解
㈠单相桥式整流电路 将交流电变换为直流电（脉动）的过程称为整流，利用二极管的单向导 电性可以实现整流。 整流电路单相整流电路三相整流电路，根据整流电路的形式还可分为半 波、全波和桥式整流电路。 ⒈电路结构 单相桥式整流电路如图1-7所示。在电路中，4只整流二极管连接成电 桥形式，称为桥式整流电路。 常有如图1-7所示的几种形式的画法，其中图（c）为单相桥式整流电 路最常用的简单画法。 图1-7 单相桥式整流电路 ⒉工作原理 在交流电压u2的正半周（即0～t1）时，整流二极管VD1、VD3正偏导通， VD2、VD4反偏截止，产生电流i L通过负载电阻R L，并在负载电阻R L上形成 输出电压u L，如图1-8(a)所示。 在交流电压u2的负半周（即t1～t2）时，整流二极管VD2、VD4正偏导 通，VD1、VD3反偏截止，产生电流i L同样通过负载电阻R L，并在负载电阻 R L 上形成输出电压u L，如图1-10(b)所示。 输出信号的波形如图1-10(c)所示。 结合演示 讲解
图1-8 单相桥式整流电路工作原理 在交流电压u 2 的一个周期（正、负各半周），都有相同一方向的电流流过RL，4只整流二极管中，两只导通时另两只截止，轮流导通工作，并以周期性地重复工作过程。在负载R L上得到大小随时间t改变但方向不变的全波脉动直流输出电流i L和输出电压u L，所以这种整流电路属于全波整流类型。 单相桥式整流电路的特点是：整流效率高（电源利用率高），而且输出信号脉动小，因此应用最为广泛。 在实际应用中经常用到的全桥整流堆是将4只整流二极管集中制作成一体，其部电路和外形如图1-9所示。 图1-9 全桥整流堆实物展示
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
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、
单相全波整流电路的设计 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,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。 电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。 关键词：电力电子，整流电路
目录 1设计任务 (4) 1.1设计目的 (4) 1.2设计内容 (4) 1.3 设计要求 (4) 2 设计内容 (5) 2.1 基本原理介绍 (5) 2.2电路设计的经济性论证 (6) 2.3主电路设计 (6) 2.3.1 触发电路 (6) 2.3.2 形成与脉冲放大环节 (8) 2.3.2 锯齿波形成与脉冲移相环节 (8) 2.3.3驱动电路 (9) 2.3.4保护电路 (9) 3参数设定 (12) 3.1180°调压 (12) 3.2 移相调压 (14) 4 参数计算 .............................................. 错误！未定义书签。 4.1 计算公式 (16) 4.2 参数选择： (16) 4.3计算：T=1/f=1/50=0.02s (17) 5仿真 (18) 5.1触发角为30度 (18) 5.2触发角为90度 (19) 5.3触发角为120度 (20) 6波形分析 (21) 心得体会 (22) 参考文献 (23)
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)
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。
《电力电子技术》课程设计之 单相全波整流电路的设计 姓名 学号 年级 专业 系（院） 指导教师 2012/8/21
目录 第一章设计任务书 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (2) 1.3 设计内容 (2) 1.4设计题目 (2) 第二章设计内容 2.1 方案的论证与选择 (3) 2.1.1主电路的方案论证 (3) 2.2 主电路的设计 (5) 2.2.1 带阻感负载的单相桥式全控整流电路 (5) 2.2.2 原理图分析 (6) 2.3 电路方案说明 (7) 第三章触发电路 3.1 同步触发电路 (7) 3. 2 晶闸管的触发条件 (7) 3.3 晶闸管的分类 (13) 3.4 同步环节 (13) 3.5 脉冲形成环节 (14) 3.6双窄脉冲形成环节 (14) 3.7 同步变压器 (15) 第四章保护电路的设计 4.1 过电流保护 (16) 4.2 过电压保护 (17) 第五章元器件的选用 (20) 第六章参数的计算 (26) 第七章心得体会 (27)
第八章参考文献 (28) 第一章设计任务书 1.1 设计目的： 《电力电子技术》课程设计是配合交流电路理论教学，为自动化和电气工程及自动化专业开设的专业基础技术技能设计，是自动化和电气工程及自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。主要目的在于： 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：重点理解移相电路的功能、结构、工作原理； 3：理解同步变压器的功能。 1.2 设计要求： 1：根据课题正确选择电路形式； 2：绘制完整电气原理图（包括主要电气控制部分）； 3：详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值； 4：编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项； 说明：负载形式及参数可自行选择 1.3设计内容： 单相全波整流电路的设计。 1：主电路方案论证 2：电路方框图 3：整流电路方框图 4：电路方案说明 单相整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。 单相桥式全控整流电路应用广泛，只用四只晶闸管，一个电阻，一个电感，投资比较少，在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，整流电压波形脉动次数多于半波整流电路。变压器而次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率高。 单相桥式全控桥整流电路与半波整流电路相比较： （1）ａ的移相范围相等，均为0～180。 （2）输出电压平均值Ud是半波整流电路的2倍。 （3）相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半。 （4）功率因数提高了1.414倍。
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
单相半波整流电路教案 教材分析 在小功率整流电路中，单相半波整流电路凭借其电路结构简单的特点广泛应用于电工电子技术中。学好本节的内容将为后续课程内容单相全波整流电路、单相桥式整流电路、 教学重点和难点 单相半波整流电路的工作原理分析，输出电压极性和波形分析及负载直流电压电流的计算。 （一）：师生互动环节（教师展示手机充电器对锂电池充电过程） 师：同学们我们现在使用的手机锂电池的低压直流电能是从哪里得来的呢？ 生：是手机充电器供给的（学生异口同声的回答） 师：是的。充电器直接引入的是市电220V，50H Z的交流电能，而手机锂电池需要存储的是低压直流电能，那么请同学们思考下充电器是如何给锂电池充电的呢？ 生：先降压后变换（少数学生能回答） 换成脉动的低压直流电能--------单相半波整流电路（板书） （一）：单相半波整流电路的结构与工作原理（板书）（约43分钟） 教师提示：“单相”一词是指输入整流电路的交流电是单相交流电。而“半波”一词同学们可在下面讲授的半波整流原理中自己总结，到时老师请同学们回答。（任务驱动法教学可集中学生的听课注意力） 1：电路结构组成（板书） 2：工作原理（板书） 教师引导：输入整流电路的交流电压来自于电源变压器的二次绕组输出端，在分析整流原理时应将交流电压分成正、负半周两种情况来考虑。另外为了分析方便，变压器T应假设为无损耗的理想元件，整流二极管V应为理想二极管，负载为纯电阻性负载。 教师提问：①：上面分析了半波整流电路的工作原理，由此可以回答什么是半波整流。 （请学生回答） ②：若在上面图中把整流二极管V极性对调后整理电路的原理又怎样分析
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