单相半控桥式晶闸管整流电路设计

1、单相半控桥式晶闸管整流电路设计课程论文电力电子技术课程设计说明书单相半控桥式晶闸管整流电路设计院、部：电气及信息工程学院学生姓名：指导教师：职称专业：自动化班级：完成时间：2013年5月23日 刖S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H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，LI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、直流电动机等，需要用直流 电。要得到直流电，除了直流发电

2、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。曲于电力 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 课程设讣，因而我们进行了此次课程设计。乂因为整流电路应用非常广泛，而单相半控桥式晶闸管整流电路乂有利于夯实基础，故我们将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

3、讣的课题。I摘要单向桥式半控整流电路实际上是山单相桥式全控电路简化而来的。在单相桥式 全控整流电路中，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。但实际上为了对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管就行 了，另一个晶闸管可以用二级管代替，从而得到单向半控桥式整流电路。除了用二极管代替晶闸管以外，该电路在实际应用中需加设续流二极管RVD,180陆或If诛VF忌匕卅彳府远h I TU緒.Tr'- 佣:册“况，这使du成为正弦半波，即半周期du为正弦，另外半周期du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。有续流二极 管RVD时，续流

4、过程由RVD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。总的来说，单相桥式半控整流电路具有电路简 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。关键字:单相，半控，续流二极管IIAbstractChanXiangQiao type half controlled rectifier circuit is actually-made up of single-phase bridge type all control circuit is simplified.Single-phase

5、 bridge type all control the rectifier circuit, each electrical circuit has two thyristor, in which two thyristor conduction to control electric circuit at the same time But in fact, in order to control each conductive loop, need only a thyristor, another thyristor diode can be used instead, one-way

6、 half controlled bridge rectifier circuit is obtainedIn addition to using diode instead of thyristor, the electric circuit in the actual application needs to be added a fly-wheel diode RVD, in order to avoid the possibility of out of control phenomenon. In actual operation, without the fly-wheel dio

7、de, is when the suddenly increases to 180 ortrigger pulse is lost, will happen a thyristor continuous conduction and two diode conduction in turn, this makes du sine half-wave, du half a cycle of sine, another half cycle du is zero, the average constant, equivalent to a single phase half wave of unc

8、ontrolled rectifier circuit waveform, called the out of contro1. A fly-wheel diode RVD, postproduction process completed by RVD, the fly-wheel phase thyristor turn-off, this avoids a thyristor conduction and lead to runaway phenomenon. In general, single phase bridge type half controlled rectifier c

9、ircuit has simple circuit, convenient adjustment, the advantages of less component, and does not lead to out of control, stream during the conductive loop only one pipe pressure drop, a pipe pressure drop, less conducive to reduce wear and tearKey words: single phase, half controlled, fly-wheel diod

10、e目录刖言I摘要II一、工作原理11.1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）11.2驱动电路的设计3二、基本电量计算62.1通过变压器副边绕组的电流有效值12 62.2流过晶闸管和整流管的电流平均值和有效值分别为6三、参数计算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）7四、仿真电路及仿真结果94. 1阻感负载（无续流二极管）仿真电路图：94. 2阻感负载（无续流二极管）仿真结果波形图10五、小结11六、课程设计心得12七、参考文献13I一、工作原理1. 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1-1阻感性负载(无续流二极管)

11、的主电路,假设负载电流因电感足够大而平直，当电源u正半波，在二时触发,VTl,t2后VT1、VT2导通，电流通路为A- VT1-L-R- VT2-B,电流山电源提供；当二 后，t,电源电压u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-VT12,回路放电。在二处，二极管VD2电流给VD1,电流i及i终止，在=,(+), t, t, VD22区间电流山电感释放电能提供。,当二(+)时触发VT2导通，由于VT2的导通才能使VT1承受反压而关,t,断，其后的工作过程与前半周类似。山此可见，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，

12、其换流时刻山门 极触发脉冲决定;而二极管VD1、VD2的导通与关断仅由电源电压的正负半波决定， 在二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,t,10角均为180,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VD1、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，贝'J VT1 111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

13、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山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S电路能量也只能单方向传递。fxt Trgnr曲 比倒XogQv100.050 wO.CO3VJ.2WV-L276V画0匸比例|面：小 比別上严迦8R 2巧a处創*ftSV(57S o电平g厂而街边A£1D DC G 肚| o应厂尼 區IF 軽|I图1-2主电路典型的实际输出波形图1-3主电路典型的理论输出波形1.2驱动电路的设计晶闸管门极触发信号山触发

14、电路提供，山于晶闸管电路种类很多，如整流、逆 变、交流调压、变频等;所带负载的性质也不相同，如电阻性负载、电阻一电感性 负载、反电势负载等。尽管不同情况对触发电路的要求也不同，但是其基本的要求 却是相同的，具体如下）触发信号应有足够的功率这些指标在产品样本中均已标明，由于晶闸管元件门极参数分散性大，且触发 电压、电流手温度影响会发生变化。例如元件温度为1000C时触发电流、电压值比 在室温时低2-3倍;元件温度为-400C时触发电流、电压值比在室温时高2-3倍； 为了使元件在各种工作条件下都能可靠的触发，可参考元件出厂的实验数据或产品 LI录，设计触发电路的输出电压、电流值，并留有一定的裕量。

15、一般可取两倍左右 的触发电流裕量，而触发电压按触发电流的大小来决定，但是应注意不3要超过晶闸管门极允许的峰值功率和平均功率极限值。图1-4单结晶体管的伏安特性当vnvbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流 Io ceo(2) 当V? Q Vbb+VD VD为二极管正向压降(约为0. 7V), P结正向导通，I显ee 著增加，rb阻值迅速减小，V相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，le称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，与其对应的发射 极电压和电流，分别称为峰点电压I和峰点电流I。I是正向漏电流，它是使单结 IIH PPP体管导通所需的最小电流，显

16、然v=nvbbo p(3) 随着发射极电流I的不断上升，v不断下降，降到v点后，v不再下降了， eee这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压V和谷点电流 Io vv(4)过了 V后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所 以u继续增加时，i便缓慢的上升，显然V是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果VV,管子重新截止。ev单结晶体管的主要参数(1)基极间电阻Rb发射极开路时，基极b, b之间的电阻，一般为2-10千欧, bl2其数值随温度的上升而增大。(2)分压比n由管子内部结构决定的参数，一般为0. 30. 85o (3) eb间反向电压Vcb b开路，在额

17、定反向电压Vcb2下，基极bl与发射极ell2之间的反向耐压。(4) 反向电流I b开路，在额定反向电压Vcb下,eb间的反向电流。eol22(5) 发射极饱和压降V在最大发射极额定电流时，eb间的压降。eol(6) 峰点电流I单结晶体管刚导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极电流。p二、基本电量计算2.1通过变压器副边绕组的电流有效值122. 2流过晶闸管和整流管的电流平均值和有效值分别为三、参数讣算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)1)电源电压:交流100V/50HZ: 2)输出功率:500W;3)移相范围:0?, 180?o输出电压平均值：lcos, ,U

18、=0. 9U2 d2输出电流平均值:=U/R Idd流过晶闸管电流有效值1= / I2VTd波形系数：K= I/=/2 I2fVTd交流侧相电流的有效值：,I=?I d2,出电妊半均值I'd = 1vm 屍（m =1 0 a =OJt 4G豪治r2*2Cu1-t vos ar . 14-w»a厂m "" 厂7,llm2, I, （Imsint） dt, 0, 2,12, I, Imsintdt, Imd, 0,Im2, K, f2Im, 221.57I,KITfdKIfd? I, ,2. 5AT1.570 令,，0 时，U=100V, P=500Wo 2

19、出）/2二90V, U二0. 9U（l+cos, d22, ,P二U/R,得 R二 16. 2,取 R二20。出 dI二P/U二5. 56A, d 出 dK二1/ I=/2=0. 707, 2fVTd晶闸管的额定电流为：I二K 1/1. 57=2. 5A,取2倍电流安全储备,并考虑晶Tfd闸管元件额定电流系列取5Ao晶闸管元件额定电压U二100二141. 4V,取2, 3倍电压 安全储备，并考虑晶222闸管额定电压系列取300Vo所以选择晶闸管和二极管的 额定电压为300V,额定电流为5A的，电感取无穷大，,L=150H, R二20。8四、仿真电路及仿真结果4. 1阻感负载（无续流二极管）仿真

20、电路图：阻感负载（无续流二极管）利用MATLAB仿真电路图如下图所示：图4-1仿真电路图本仿真图利用MATLAB中的simulink命令画岀并仿真，仿真结果如下页图4-2.4. 2阻感负载（无续流二极管）仿真结果波形图阻感负载（无续流二极管）利用MATLAB仿真结果波形图如下图所示:图4-2仿真结果波形图从波形图可以看出本设计中的电路图是符合单相半控桥式晶闸管整流电路设讣 最终结果的。10五、小结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。在这次设讣过程中，体现出自己单独设讣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