单相桥式半控整流电路

第第页单相桥式半控整流电路电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

晶闸管在以下几种状况下也可能被触发导通：阳极电压上升至相当高的数值造成雪崩效应；阳极电压上升率du/dt过高；结温较高；光径直照耀硅片，即光触发。这些状况除了由于光触发可以保证电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备之外，其他都因不易掌握而难以应用于实践。只有门极触发是最精确、快速而牢靠的掌握手段。

图2.2晶闸管的形状、结构、电气图形符号和模块形状a)晶闸管形状b)内部结构c)电气图形符号d)模块形状

图2.3晶闸管的双晶体管模型及其工作原理

3.1.2晶闸管的选择

由于设计要求单相桥式半控整流电路输出电压范围为0～180伏连续可调，

电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

即

0Ud0.9U

1cos

2

180

化简得

1cos

400U

1

取U=200V，那么1cos1，正好满意cos的范围。即输出电压的0～180伏对应着角的1800～0。输出平均电流的最大值为

Idma*

Udma*

R

18010

18V

晶闸管承受的最大反向电压为

282.8V

流过每个晶闸管的最大电流的有效值为

IVTma*

12.7A

故晶闸管的额定电压为

UN23282.8565.6848.4V

晶闸管的额定电流为

IN1.5212.7/1.5712.116.1A

3.2电力二极管

电力二极管〔PowerDiode〕自20世纪50时代初期就获得应用，虽然是不可控器件，但其原理和结构简约，工作牢靠，所以直到现在电力二极管仍旧大量应用于很多电气设备当中。电力二极管事实上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。

当PN结外加正向电压〔正向偏置〕，即外加电压的正端接P区、负端接N区时，外加电场与PN结自建电场方向相反，使得多子的扩散运动大于少子的漂移运动，形成扩散电流，在内部造成空间电荷区变窄，而在外电路上那么形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF。当外加电压上升时，自建电场将进一步被削弱，扩散电流进一步增加。这就是PN结的正向导通状态。

电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

当PN结外加反向电压时〔反向偏置〕，外加电场与PN结自建电场方向相同，使得少子的漂移运动大于多子的扩散运动，形成漂移电流，在内部造成空间电荷区变窄，而在外电路上那么形成自N区流入而从P区流出的电流，称为反向电流IR。但是少子的浓度很小，在温度肯定时漂移电流的数值趋于恒定，被称为反向饱和电流Is，一般仅为微安数量级，因此反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。

这就是PN结的单向导电性，二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这个主要特征。

由于在单相桥式半控整流电路中，电力二极管所承受的电压和流经的电流与晶闸管相同，因此电力二极管参数的选定与晶闸管相同。

电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

4触发电路

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有如下要求。

第一，触发信号可为直流、沟通或脉冲电压。

第二，触发信号应有足够的功率〔触发电压和触发电流〕。

由晶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是指该型号的全部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以肯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肯定的时间。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牢靠的导通。触发脉冲应有肯定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能快速上升超过掣住电流而维持导通。

第三，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，以防止损坏其掌握极，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。

第四，触发脉冲需要与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围需要满意电路要求。

第五，触发脉冲与主电路电源需要同步。为了使晶闸管在每一个周期都以相同的掌握角被触发导通，触发脉冲需要与电源同步，两者的频率应当相同，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。

电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

5MATLAB建模与仿真

启动MATLAB，打开Simulink，新建文件，依据单相桥式半控整流电路所需的元器件添加相应的控件并连线，完成仿真图的绘制。绘制完成后的仿真图如图5-1所示。

图5-1单相桥式半控整流电路的MATLAB仿真图

由前面的计算我们已经知道，当掌握角从0连续改变到1800时，对应的直流输出电压从180V连续改变到0。图5-2、5-3、5-4、5-5分别给出了掌握角为0、45、90、180时的仿真波形图。

从上到下的分别是电源电压U、晶闸管VT1的触发脉冲P1、晶闸管VT3的触发脉冲P2、流经晶闸管VT1的电流Id1、流经晶闸管VT3的电流Id2、输出电压Ud的波形。

电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

图5-2掌握角=0时的仿真波形

图5-3掌握角=45时的仿真波形

电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

图5-4掌握角=90时的仿真波形

图5-5掌握角=180时的仿真波形

电力电子课程设计单相桥式半控整流电路

6心得体会

这次课程设计让我明白了许多关于电力电子技术方面的知识，尤其是在书本中介绍不完全的。要完成这次课程设计，仅仅靠书本知识是远远不够的，所以我查阅了许多关于电力电子的书籍，并且也通过网络查到了许多有关电力电子的知识。

对于课程设计的内容，首先要做的应是对设计内容的理论理解，在理论充分理解的基础上，才能做好课程设计，才能设计出性能良好的电路。设计过程中，我明白了整流电路，尤其是单相桥式半控整流电路的重要性以及整流电路设计方法的多样性。

这次的课程设计是我设计时间最长的一次，也是收获最大的一次。刚拿到题目时感觉很简约，但做的过程中困难重重，如仿真时晶闸管、触发脉冲和示波器的参数设置，这次课程设计使我明白了理论与实践之间的遥远。

另外通过这次课程设计，我对文档的编排也有了肯定的掌控，这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的援助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电