单相全控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)

《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（阻感负载）

专业班级:电气工程及其自动化1402班姓名：辛力忻刘入铭成真时

间：

2016年12月26日指导教师：

贾亚娟完成日期:2016年12月30日

设计任务书

1．设计目的与要求

1.1单相桥式全控整流电路设计（阻感性负载）

(1)电网供电电压为单相交流220V/50Hz；(2)变压器二次侧电压为100V；(3)输出电压连续可调，为0～100V；(4)移相范围：0º~90º；(5)输出功率：500W。2．设计内容

（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出。3．编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4．答辩

在规定时间内，完成叙述并回答问题。

目录

1引言.................................................................................................................................................12总体设计方案.................................................................................................................................12.1设计思路......................................................................................................................................12.2单相全控桥式晶闸管整流电路控制流程..................................................................................22.3总体设计框图..............................................................................................................................23设计原理分析.................................................................................................................................33.1工作原理：...................................................................................................................................33.2触发电路的设计...........................................................................................................................44整流元件的选择.............................................................................................................................44.1晶闸管结构...................................................................................................................................45总结与体会......................................................................................................................................5参考文献.............................................................................................................................................6单相全控桥式晶闸管整流电路的设计

摘要：整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就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。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。关键词：整流电路；变压；全控；晶闸管1引言

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。

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（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，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。

2总体设计方案

2.1设计思路

我们知道，单相整流电路形式是各种各样的，可分为单相桥式全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方案：

方案一：单相桥式全控整流电路电路简图如下：

1图1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。2.2单相全控桥式晶闸管整流电路控制流程

根据方案选择与设计任务要求，画出系统电路的流程控制图如图2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。

驱动触发电路

输入过电流保护整流主电路输出

过电压保护图2系统流程控制图

2.3总体设计框图

单相全控桥式晶闸管可控整流电路设计原理框图如图3所示

触发电路

保护电路单相电源输出驱动电路整流电路负载电路图3单相全控桥式晶闸管可控整流电路设计原理框图

23设计原理分析

3.1工作原理：

在电源电压U2正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在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，U2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U2负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在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t2时，电压U2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。

22

值得注意的是，只有当时，负载电流id才连续，当时，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0

2。是

图4单相桥式全控整流电路图（阻感负载）

图5单相桥式全控整流波形图（阻感负载）

33.2触发电路的设计

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）。

由闸管的门极伏安特性曲线可知，同一型号的晶闸管的门极伏安特性的分散性很大，所以规定晶闸管元件的门极阻值在某高阻和低阻之间，才可能算是合格的产品。晶闸管器件出厂时，所标注的门极触发电流Igt、门极触发电压U是指该型号的所有合格器件都能被触发导通的最小门极电流、电压值，所以在接近坐标原点处以触发脉冲应一定的宽度且脉冲前沿应尽可能陡。由于晶闸管的触发是有一个过程的，也就是晶闸管的导通需要一定的时间。只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的掣住电流以上时，晶闸管才能导通，所以触发信号应有足够的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠的导通，对于电感性负载，脉冲的宽度要宽些，一般为0.5-1MS，相当于50HZ、18度电度角。为了可靠地、快速地触发大功率晶闸管，常常在触发脉冲的前沿叠加上一个触发脉冲。

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。

触发脉冲的宽度要能维持到晶闸管彻底导通后才能撤掉，晶闸管对触发脉冲的幅值要求是：在门极上施加的触发电压或触发电流应大于产品提出的数据，但也不能太大，以防止损坏其控制极，在有晶闸管串并联的场合，触发脉冲的前沿越陡越有利于晶闸管的同时触发导通。

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。

例如单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，要求触发脉冲的移项范围是0度-180度，带大电感负载时，要求移项范围是0度-90度；三相半波可控整流电路电阻性负载时，要求移项范围是0度-90度。

⑤触发脉冲与主电路电源必须同步。

为了使晶闸管在每一个周期都以相同的控制角被触发导通，触发脉冲必须与电源同步，两者的频率应该相同，而且要有固定的相位关系，以使每一周期都能在同样的相位上触发。触发电路同时受控于电压Uc与同步电压Us控制。

4整流元件的选择

4.1晶闸管结构

晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，可区分为管芯及散热器两大部分，分别如下图4.1(a)、(b)、(c)所示

4图6晶闸管管芯及符号表示图5总结与体会

随着科学技术的发展，现代社会对专业人才的要求越来越高，尤其作为电子工程专业的人员，不仅要有坚实的理论知识，更应该具备丰富的实践经验和较强的动手能力。

在做电力电子课程设计的过程中我们更能认真和全面的对所学知识有一个全面和系统更深刻的了解和掌握。在这个过程中我们认真的查阅了大量的资料和工具书增长了我的知识，开阔了我们的视野。

通过单相全控桥式晶闸管整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我对电力电子该课程产生了浓厚的兴趣。

对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。

在这次课程设计过程中，碰到的难题就是对相关参数的计算，因为在学习中没能很好的系统的总结相关知识。在整个课程设计中贯穿的计算过程没能很好的把握。在今后的学习中要认真总结经验，对电力电子课程进行补充。为以后深入的学习专业知识做铺垫。

通过这次课程设计我对于文档的编排格式、原理图波有了一定的了解，这对于以后的毕业设计及工作需要都有颇大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电力电子技术这门课程，把以前一些没弄懂的问题基本掌握了。

5参考文献

[1]何希才，新型开关电源设计与应用．北京：科学出版社，2001:168.[2]黄家善，王廷才，电力电子技术[M].北京：机械工业出版，2000：193.[3]王兆安,黄俊.电力电子技术[M](第4版).北京：机械工业出版社，2000.[4]王兆安,黄俊.电力电子技术[M](第5版).北京：机械工业出版社，2009.[5]浣喜明，姚为正.电力电子技术[M].北京：高等教育出版社，2004.128-145[6]周渊深.电力电子技术与MATLAB仿真[M].北京：中国电力出版社，2006.6