电力电子单相双半波晶闸管整流电路设计

1、摘要 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。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。 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

2、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：电力电子技术  晶闸管  控制  整流AbstractPower electronic technology is a new technology, it is made up of electricity, electronics and control theory of three disciplines cross, in the electrical automation has become a strong professio

3、nal basic and closely contact with production indispensable professional basic course. This course embodies the weak current control of the high voltage, but also has very strong practicality. It includes the structure and classification of the thyristor, thyristor of overvoltage and overcurrent pro

4、tection method, controlled rectifier circuit, thyristor active passive inverter circuit, thyristor inverter circuit, PWM control technology, ac voltage regulator, dc chopper and the working principle of frequency conversion circuit.Rectifier circuit according to the composition of different devices,

5、 can be divided into uncontrolled, half controlled with all three, using thyristor semiconductor devices are mainly composed of half and full controlled rectifier circuit; According to the circuit connection mode can be divided into the bridge rectifier circuit and zero; According to the ac input nu

6、mber and can be divided into single phase, multiphase (mainly) three-phase rectifier circuit. It is because the rectifier circuit has such a wide range of applications, so the study of the rectifier circuit in from the economic point of view, or from the perspective of scientific research is very va

7、luable.Keywords : Power electronic technology thyristor control rectifier设计课题目: 单相双半波晶闸管整流电路设计（纯电阻负载）技术要求 : (1)  电网供电电压：交流100V/50Hz；    (2)   输出功率：500W；  (3)  (3)  移相范围：0°180°目录一. 设计原理-1. 晶闸管的介绍-2. 总电路设计3. 主电路.4. 相控触发电路工作原理5.

8、 保护电路二.参数计算-1. 变压器参数计算2. 晶闸管电压电流的计算3.晶闸管的型号选择三. 波形仿真-1. 理论波形2. MATLAB仿真四. 设计总计-五. 参考文献-一 、 设计原理 1. 晶闸管的介绍晶闸管是一种4层功率半导体器件，具有3个PN结，其结构和电路符号如图所示。其中，最外层的P区和N区分别引出两个电极，称为阳极A和阴极K，中间的P区引出控制极（或称门极） 晶闸管的结构及电气符晶闸管的工作原理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，如图五(a)

9、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五（b）所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。晶闸管的内部结构和等效电路当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UA，且控制极G和阴极K之间也加正向电压UG时，外层靠下的PN结处于导通状态。若V2管的基极电流为IB2，则集电极电流Ic2为2IB2，V1管的基极电流IB1等于Vz管的集电极电流，因而V2的集电极电流Icl为l2，该电流又作为V2管的基极电流，再一次进行上述的放大过程，形成正反馈。在很短的时间（一般几微秒）两只二极管均进入饱和状态，使晶闸管完全导通。当晶闸管完全导通后，控制极就失

10、去了控制作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。此对管子压降很小，一般为0. 61.2 V，电源电压几乎全部加在负载电阻R上，晶闸管中有电流流过，可达几十至几千安。要想关断晶闸管，必须将阳极电流减小到不能维持正反馈过程，当然也可以将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极之间加一反向电压。晶闸管的伏安特性曲线：总电路的设计总电路的原理框图 总电路原理图2.用单相双半波波可控整流电路作为主电路主电路原理图如下：单相双半波整流电路 单相双半波（全波）可控整流电路中，变压器T带抽头，在U2正半周，VT1工作,变压器二次绕组上半部分通过电流。U2负半周，VT2工作，变压器

11、二次绕组下半部分流过反向电流。由上波形图知,单相双半波可控整流电路的Ud波形与单相全控桥的一样，交流输入端电流波形一样，变压器也不存在直流磁化的问题。3. 相控触发电路工作原理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）。 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。 4)  触发脉冲必须与晶闸管的阳

12、极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。相控触发芯片的选择相控触发电路芯片选择KJ004集成触发电路芯片触发器KJ004引脚图如图触发器KJ004管脚功能如表所示相控触发电路原理图保护电路原理图及工作原理1. 过电压保护电路设计 设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现，因此，必须对电力电子装置进行适当的过电压保护。2. 过电流保护电路设计 当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路，驱动、触发电路或控制电路发生故障，外部出现负载过载；直流侧短路，可逆传动系统产生逆变失败以及交流电源电压过

13、高或过低均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。 过流、过电压保护电路图如下：二.参数计算1. 变压器二次侧电压的计算电源电压交流100/50Hz，输出功率：500W，移相范围：0°至180°。 设R=1.25 , =0°变压器一二次侧电流计算P=Id²R，Id=20A            U1/Ud=100/25，N1/N2=4

14、/1，I1=Id/4=5 A 变压器容量计算S=UI=100×5=0.5kVA变压器型号N1:N2=4：1;     S=0.5Kva2. . 单相全波整流电路的输出电压晶闸管的参数计算整流元件中电压、电流最大值的计算1. 额定电压2. 额定电流整流元件型号的选择晶闸管的选择原则： 所选晶闸管电流有效值IVT大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。 2.选择时考虑（1.52）倍的安全裕量。3. 波形仿真 1. 理论波形如下理论触发信号波形 2. MATLAB仿真MATLAB

15、软件介绍本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB，MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意，主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无须定义维数的矩阵。MATLAB是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵

16、活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。MATLAB中的电路模型图中pulse generation产生脉冲信号，通过更改其中的phase delay调整相角，示波器scope记录各处产生的电压波形。当=60时，仿真波形结果 图中U2为二次侧两端电压，Vg为触发脉冲电压，Ud为电阻两端（即输出端）电压，Thyristor为VT1晶闸管两端电压。 当=60°时，仿真波形如上所示。在触发延迟角到来前，Ud两端电压为0，电源电压完

17、全施加于晶闸管两端，该段晶闸管中没有电流形成。当触发脉冲到来后，晶闸管两端电压几乎为0，此时电源电压完全加在负载上。半个周期后，电源电压反向，晶闸管承受反压而关断，电源电压都加在晶闸管两端，输出端电压为0。 当=120°时，仿真波形结果   当=120°时，仿真波形如上所示。在触发延迟角到来前，Ud两端电压为0，电源电压完全施加于VT1晶闸管两端，电路中没有电流形成。当触发脉冲到来后，VT1晶闸管两端电压几乎为0，此时电源电压完全加在负载上。半个周期后，电源电压反向，晶闸管承受反压而关断，电源电压都加在晶闸管两端，输出端电压为0。和=

18、60°时相比，电源电压完全加在VT1晶闸管两端的时间更长，晶闸管导通的时间更短。 当=180时，仿真波形结果 当=180°时，电源电压始终加在晶闸管两端，输出端电压恒为0，电路中至始至终没有形成电流。 综合以上，对电路中的单个晶闸管进行分析可知，当0<<180°时，在一个周期内，触发角到来前，由晶闸管承受电源电压，触发脉冲到来后，电源电压几乎完全加在输出端，半个周期后，由晶闸管承受反压，电路关断。当180°后，电路在整个周期都处于关断状态，电源电压完全由晶闸管承担。 得出结论，的移相范围为0180°。四 总结 这次电力电子课程设计，不仅对课堂上的知识很好的温习了，还加强了我的动手、思考和解决问题的能力。通过参加这次电力电子的课程设计，我学到了很多