单相半控桥式晶闸管可控整流电路(阻感负载).doc

单相半控桥式晶闸管可控整流电路(阻感负载) 西安交通工程学院电力电子技术课程设计报告题目单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）专业班级:电气工程及其自动化1402班姓名张容畅吕涛李邦时间xx年12月16日指导教师贾亚娟完成日期xx年12月30日设计任务书1设计目的与要求1.1设计一个单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（无续流二极管）设计要求 （1）电源电压交流100V/50Hz； （2）输出功率500W； （3）移相范围0180。 1.2设计一个单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（有续流二极管）设计要求 （1）电源电压交流100V/50Hz； （2）输出功率500W； （3）移相范围0180。 2设计内容 （1）根据课程设计题目，收集相关资料，并设计出主电路和控制电路； （2）用MATLAB软件对设计的电路进行仿真； （3）撰写课程设计报告，并画出主电路、控制电路的原理图，说明其工作原理以及选择元件参数，绘制主电路和触发电路的波形，并给出仿真波形，对仿真结果进行分析，附参考资料。 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12.1.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制流程12.2总体设计框图.23设计原理分析23.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（无续流二极）23.2单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（有续流二极管）34参数选择.44.1整流元件选择.44.1.1晶闸管结构.45总结与体会.6参考文献71单相桥式半控整流电路摘要: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。 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；续流二极管1引言随着社会科学技术的发展，电力电子技术应用越来越广泛。 最早成功的是高压直流输电，1986年美国电力科学研究院提出了灵活交流输电的概念，相应出现了统一潮流控制器等多种设备。 电力电子设备和系统逐步投入运行，大幅度提高了电力系统的稳定水平，产生巨大效益。 在节能方面，通过变频器、节能灯、开关电源等，产生了比较明显的节能效果。 电力电子是解决能源问题的关键技术，它对新源的开发、转化、输送、储存和利用等各方面发挥着重要的作用。 2总体设计方案2.1设计思路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。 2.1.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制流程单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制系统流程图如图1所示。 图1单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制系统流程图驱动触发电路输入整流主电路过电流保护输出过压保护22.2总体设计框图单相半控桥式晶闸管可控整流电路设计原理框图如图2所示图2单相半控桥式晶闸管可控整流电路设计原理框图3设计原理分析3.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（无续流二极管）图3阻感性负载（无续流二极管）的主电路假设负载电流因电感足够大而平直，当电源u2正半波，在t=?时触发VT1后，VT 1、VT2导通，电流通路为A-VT1-L-R-VT2-B,电流由电源提供；当t=后，电源电压u2经零变负，但由于电感电势的作用，电流仍将继续，电感通过R-VD1-VT1回路放电。 在t=处，二极管VD2电流给VD1，电流iVD2及i2终止，在t=（+?）区间电流由电感释放电能提供。 当t=（+?）时触发VT2导通，由于VT2的导通才能使VT1承受反压而关断，其后的工作过程与前半周类似。 由此可见，VT1触发导通后，需VT2的触发导通才能关断。 因此流过晶闸管的电流在一个周期内各占一半，其换流时刻由门极触发脉冲决定；而二极管VD 1、VD2的导通与关断仅由电源电压的正单相电压输出变压器整流主电路负载3负半波决定，在t=n(n为正整数)处换流，所以单相半控桥式整流电路电感负载时各元件导通角均为1800，电源在区间内停止对负载供电。 半控桥式整流电路中的整流二极管VD 1、VD2本身兼有续流二极管的作用，因此电路中不需另加续流二极管。 但如果在工作中出现异常，比如VT2的触发脉冲消失，则VT1由于电感续流作用将不能关断，等到下一个正半波到来时，VT1无需触发仍继续导通，结果是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。 同理，带续流二极管的全控电路能量也只能单方向传递。 3.2单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（有续流二极管）图5阻感性负载（有续流二极管）的主电路4图6阻感性负载（有续流二极管）的主电路波形图为了防止这种失控现象，仍须在半控桥式电路中加上续流二极管，可以在负载侧并联一个续流二极管D3。 加了续流二极管的单相桥式半控电路如图21所示。 其输出电压波形与不加续流管时相同，原先流经桥臂元件的续流电流现都转移到续流二极管D3上。 迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流小到维持电流以下使晶闸管关断。 续流二极管后的输出电压与不加时相同，但流过晶闸管的和二极管的电流波形不同。 有续流二极管VD时，续流过程由VD完成，在续流阶段晶闸管关断，这就避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。 同时，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。 4参数选择4.1整流元件的选择4.1.1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7(a)、(b)、(c)所示5图7晶闸管管芯及符号表示图管芯是晶闸管的本体部分，由半导体材料构成，具有3个与外电路可以连接的电极阳极A，阴极K和门极（或控制极）G。 晶闸管管芯的内部结构如图8所示，是一个四层（P1N1P2N2）三端（A、K、G）的功率半导体器件。 它是在N型的硅基片（N1）的两边扩散P型半导体杂质层（P 1、P2），形成两个PN结J 1、J2。 再在P2层内扩散N型半导体杂质层N2又形成另一个PN结J3。 然后在相应的位置放置钼片作电极，引出阳极A，阴极K和门极G，形成了一个四层三段的大功率电子元件。 这个四层半导体器件由于三个PN结的存在，决定了它的可控导通特性。 图8晶闸管内部结构图65总结与体会这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。 我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。 通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次电力电子设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了电力电子设计等课程所学的内容，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。 在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。 7参考文献1王