单相桥式半控整流电路课程设计
单相半控桥式整流电路设计
摘要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。
整流的基础是整流电路。
由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。
整流电路的应用十分广泛。
广泛的应用于直流电动机、电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源灯。
本设计研究了单相半控桥式整流电路，对整流电路的原理及特点进行了分析，对整流元件进行了参数计算并选择出了合适的器件。
本设计选择KJ004集成触发器做为晶闸管的触发电路，详细的介绍了KJ004的工作原理。
本设计还设计了合理的保护电路。
最后利用simulink搭建仿真模型。
关键词：半控整流，驱动电路，保护电路，simulink仿真单相半控桥式整流电路设计1 主电路的设计1.1设计目的(1)、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。
(2)、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。
(3)、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。
1.2整流电路的选择整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，整流电路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。
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。
单相桥式半控整流
目录摘要 (2)1.设计任务和要求 (3)设计任务 (3)设计要求 (3)2.单相桥式半控整流电路的设计 (2)设计方案 (2)主电路的原理与设计 (4)驱动电路的原理与设计 (5)错误!未定义书签。
元器件的选取及相关参数计算 (8)错误!未定义书签。
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电力电子器件的保护 (11)错误!未定义书签。
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总电路原理图及工作原理 (12)建模与仿真 (12)心得体会 (13)参考文献 (13)摘要就是把交流电能转换成直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、驱动电路、整流主电路、保护电路等组成。
它在直流电机调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
20世纪70年代以后，主电路多用硅整流电路和晶闸管组成。
而变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可以减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。
整流电路的种类很多，主要有半波整流电路、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。
本课程设计为单相桥式半控整流电路。
关键字：整流驱动过电压保护变压单相桥式半控整流电路1.设计任务和要求设计任务单相桥式半控整流电路的技术要求：设计一单相桥式半控整流电路，对RL负载供电，其中R=10Ω，L=20mH；要求直流输出电压在0～180伏连续可调。
设计要求1)方案设计2)完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择3)触发电路的设计4)绘制系统电路图5)利用matlab仿真软件建模并仿真，获取电压电流波形，对结果进行分析6)撰写设计说明书2.单相桥式半控整流电路的设计设计方案在单相桥式全控整流电路中，每一个导电回路中都有两个晶闸管，即利用两个晶闸管同时导通以控制导电的回路。
实际上对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管就够了，另一个可以用二极管代替。
从而简化整个电路，调节起来也比较方便，并且也节省了成本，这就是单相桥式半控整流电路。
单相桥式半控整流电路课程设计
高级工电力电子课程设计设计题目: 单相桥式半控整流电路设计专业: 电气自动化技术班级: ZG1008 学号: ****************: *******: ***设计时间 :2012年6月14日前言电力电子器件是电力电子技术发展的基础。
正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。
而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。
电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。
功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。
电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行成本方面有很大潜力。
单相桥式整流电路的优点：输出电压高、变压器利用率高、脉动小。
单相桥式整流电路的缺点：二极管的数量多，二极管的正向电阻不为零，整流电路内阻大，损耗也较大。
目前有不同性能指标的集成电路作为桥式整流电路，称之为“整流桥堆”。
目录第 1 章．设计任务书 (3)第 2 章．方案选择 (4)2.1．主电路的选择 (4)2.1．触发电路的选择 (5)2.3．保护电路的选择 (7)第 3 章．主电路设计 (11)3.1.主电路的设计 (11)3.2.工作原理 (12)3.3.参数计算 (13)3.4．变压器的选取 (15)第 4 章．触发电路的设计 (16)4.1.触发电路的设计 (16)4.2.保护电路的设计 (17)第 5 章．总路的设计 (18)5.1.工作原理 (18)5.2.波形图 (19)第 6 章. 设计小结 (20)参考文献 (21)第1章．设计任务书设计任务：1）.进行方案比较，并选择方案。
单相桥式半控整流电路实验
实验二单相桥式半控整流电路实验一．实验目的1．研究单相桥式半控整流电路在电阻负载，电阻—电感性负载及反电势负载时的工作。
2．熟悉MCL—05组件锯齿波触发电路的工作。
3．进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。
二．实验线路及原理见图4-6。
三．实验内容1．单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载。
2．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（带续流二极管）。
3．单相桥式半控整流电路供电给反电势负载（带续流二极管）。
4．单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（断开续流二极管）。
四．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。
2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。
3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）4．MCL—05组件或MCL—05A组件5．MEL—03三相可调电阻器或自配滑线变阻器。
6．MEL—02三相芯式变压器。
7．二踪示波器8．万用电表五．注意事项1．实验前必须先了解晶闸管的电流额定值（本装置为5A），并根据额定值与整流电路形式计算出负载电阻的最小允许值。
2．为保护整流元件不受损坏，晶闸管整流电路的正确操作步骤（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。
（2）在控制电压U ct =0时，接通主电源。
然后逐渐增大U ct ，使整流电路投入工作。
（3）断开整流电路时，应先把U ct 降到零，使整流电路无输出，然后切断总电源。
3．注意示波器的使用。
4．MCL —33（或MCL —53组件）的内部脉冲需断开。
5．接反电势负载时，需要注意直流电动机必须先加励磁六．实验方法1．将MCL —05（或MCL —05A ，以下均同）面板左上角的同步电压输入接MCL —18的U 、V 输出端（如您选购的产品为MCL —Ⅲ、Ⅴ，则同步电压输入直接与主控制屏的U 、V 输出端相连）， “触发电路选择”拨向“锯齿波”。
单相桥式半控整流电路
单相桥式半控整流电路一.单相桥式半控整流电路手册1.单相桥式半控整流电路原理图如图1-1所示图1-1二.工作原理单相桥式半控整流电路在电阻性负载时的工作情况与全控电路完全相同。
当在阻感性负载工作时，当电源电压u2在正半周期，控制角为a 时触发晶闸管VT1使其导通，电源经VT1和VD4向负载供电。
当u2过零变负时，由于电感的作用使VT1继续导通。
因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2,电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。
此阶段忽略器件的通态压降，则ud=0,不像全控电路那样出现ud为负的情况。
在u2负半周控制角为a时触发VT3使其导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。
u2过零变正时，VD4导通。
VT3和VD4续流，ud又为零。
此后重复以上过程。
若无续流二极管，则当a突然增大至180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使lid成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控。
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，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。
三.波形分析利用matlab仿真,能够直观地观察整流电路波形的变化（注:从上至下，第一个为电源电压波形，第二个为品闸管VT1两端电压波形，第三个为VT2两端电压波形，第四个为负载电流，第五个为负载两端电压波形，第六个为触发脉冲。
）1.单相桥式半控整流电路电阻性负载。
仿真原理图如图波形图如图3T-2（Q=30）RUEdeMrwO（apUy^muUtionCodeBohHelp比”—卜的❶•图3@■,M。
I图3-1-1图3-1-22.单相桥式半控整流电路阻感性负载仿真原理图如图3-2-1,波形图如图3-2-2（Q=30）RUEde M E OhpUrCugr«mitmuhtionAni>/aiiCedeBobH«lp3.单相桥式半控整流电路反电势负载仿真原理图如图3-3-1,波形图如图3-3-20dt4%图3-2-1 图3-2-2fita(dieMewOiaplayCUgMm^muiatcnAna^atCodebchHelp图3-3-1 :臼z-八1A图3-3-2四.电路参数晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为七/2U 和&U 。
单相桥式半控整流电路的设计
2.2主要元器件的选择
1)晶闸管的选取
图2晶闸管的结构及符号
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。
晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 其结构及符号如图2所示。由于单相桥式半控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。
单结晶体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要决定于电容器放大电的时间常数。R1或C太小，放电快，触发脉冲的宽度小，不能使晶闸管触发。因为晶闸管从阻断状态到完全导通需要一定时间，一般在10uf以下，所以触发脉冲的宽度必须在10uf以上。但是，若C值太大，由于充电时间常数（RP+R）C的最小值决定于最小控制角，则（RP+R）就必须很小，如上所述，这将引起单结晶体管的直通现象。如果R1太大，当单结晶体管尚未导通时，其漏电流就可能在R1上产生较大的电压，这个电压加在晶闸管的控制极上而导致误触发。一般规定，晶闸管的不触发电压为0.15~0.3V，所以上述电压不应大于这个数值。
3）晶闸管 提取路径：Simulink\SimpowerSystem\Power Electronics\Thyristor
（3）随着发射极电流ie不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不在降了，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，Vv和谷点电流Iv。
（4）过了V点后，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uc继续增加时，ie便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ve＜Vv，管子重新截止。
单相桥式半控整流电路建模与仿真(阻感性负载)
（4）曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意
图等不准徒手画，必须按国家规定标准或工程要求绘制（采用计算机辅助绘图）。
（5）课程设计说明书（报告）中图表、公式要求如下：
（a）图：图的名称采用中文，中文字体为五号宋体，图名在图片下面。引
用图应在图题右上角标出文献来源。图号以章为单位顺序编号。格式为：图1-1，
（1）计算正确，论述清楚，文字简练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、
表按制图要求绘制。
（2）段落及层次要求：每节标题以四号黑体左起打印（段前段后各0.5行），
节下为小节，以小四号黑体左起打印（段前段后各0.5行）。换行后以小四号宋
体打印正文。节、小节分别以1、1.1、1.1.1依次标出，空一字符后接各部分的标题。
签字：
年月日
课程设计说明书撰写格式
为了保证课程设计质量，特制定本规范。
设计说明书要求按统一格式打印，其版面要求：A4纸，页边距：上2cm，下
2cm，左2.5cm、右2cm；字体：正文宋体、小四号；行距：固定值20；页码：
底部居中。
一份完整的设计说明书应包括以下几个方面：
一、封面（包括题目、院系、学生班级、设计组号、学生组员姓名、指导
1．设计目的：
1）加深电力电子技术内容的理解.
2）锻炼学生的分析问题，解决问题，查阅资料，以及综合应用知识的能力。
3）学会使用MATLAB\SIMULINK软件来进行电力电子的建模与仿真.
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
已知:单相半波可控整流电路中,晶闸管参数如下
负载参数: （阻感性负载）.当
教师姓名等）(见附1)。
电力电子课程设计 单相半波可控整流
电力电子课程设计单相半波可控整流目录1. .......................................................................................................................... 绪论 (2)2. 单相半控桥式整流电路电路设计 (2)2.1电路原理图 (2)2.2单相桥式半控整流电路的计算公式 (3)2.3带阻感负载时的工作情况 (3)3. MATLUB仿真 (4)3.1 MATLUB仿真图 (4)3.2 元器件参数设置 (4)3.2.1设置晶闸管参数 (4)3.2.2设置交流电源参数 (5)3.2.3设置负载参数 (5)3.2.4设置脉冲参数 (6)3.3 仿真结果展示 (7)4. 结论 (8)参考文献 (9)1. 绪论电力电子技术是以电力、电能为研究对象的电子技术，又称电力电子学（Power Electronics）。
它主要研究各种电力电子半导体器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或设置，以完成对电能的变换和控制。
电力电子学是横跨“电子”“电力”“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
由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的变换和控制，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的相似之处。
单相桥式整流电路是一种相对重要的整流电路，把交流电能转换成直流电能的一种桥式整流电路。
它可以应用到很多的地方，在许多的元器件中都有用到，范围广泛。
本课程设计内容是设计一个单相桥式半控整流电路为PL负载提供直流电源。
本文需要研究的是设计一个主电路、控制电路组成的总电路，以及要进行MATLAB仿真实验。
其中主电路是要设计一个单相半控桥式整流电路，控制电路是要同步信号为锯齿波的触发电路。
2. 单相半控桥式整流电路电路设计单相半控桥式整流电路总体设计框图如图所示2.1 电路原理图实验电路如图所示。
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1.2课程设计的目的
“电力电子技术”课程设计是在教学和实验的基础上，结合课程中所学理论知识，得到深化和提高。因此，通过电力电子技术课程设计以达到以下目的：
单相桥式半控整流电路课程设计
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课程设计
题目：单相桥式半控整流电路2
学 生：余青林
学 号：2
院 （系）：电气与信息工程学院
专 业：电气工程及其自动化
指导教师：陈景文
d）晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态.。
4）晶闸管的基本特性
a）静态特性
静态特性又称伏安特性，指的是器件端电压与电流的关系。这里阳极伏安特性和门极伏安特性。
阳极伏安特性
晶闸管的阳极特性表示晶闸管阳极与阴极之间的电流之间的关系曲线，如图2-5
图 2-5
正向阻断高阻区； 负阻区； 正向导通低阻区； 反向阻断高阻区
单相桥式半控整流电路（电感负载 无续流二极管），电路简图如2-2
图 2-2
该电路没有续流二极管 。相当于用图2-2中的 来代替续流二极管来实现续流的功能。故图2-2电路，不会出现失控。且续流期间导电回路只有一个压降管，少了一个压降管，有利于降低损耗。
2.2元器件的选择
2.2.1晶闸管
晶闸管又称晶体闸流管，可控硅整流管。其广泛的应用，开辟了电力电子技术迅速发展的时代。被用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。
电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大道几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。
1） 晶闸管的结构
晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须装散热器。引出阳极A、阴极K和门极G三个联接端。
内部结构：四层三个结如图2-3
图 2-3
2） 晶闸管的工作原理
晶闸管由四层半导体（ ）组成，形成三个结 ( )、 ( )、 ( )，并分别从 引入A、G、K三个电极，如图2-4（左）。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2-4（右）图示的两个晶闸管 和 组成的等效电路。
2015年12月25日
1课程设计的目的与要求
1.1引言
电力电子技术是弱电控制强电的方法和手段，是当代高新技术发展的重要内容，也是支持电力系统技术革命发展的重要基础，并节能降耗、增产节约提高生产效能的重要技术手段。微电子技术、计算机技术以及大功率电力电子技术的快速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。
图 2-6
b） 动态特性
晶闸管常用语低频的相控电力电子电路中，有时也在高频电力电子电路中得到应用，如逆变器等。在高频电路应用时，需要严格的考虑晶闸管的开关特性，即开通特性和关断特性。
晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。
晶闸管，以前被简称为可控硅；它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
1）培养综合应用所学的知识，并设计处具有电压可调功能的直流电源系统的能力；
2）较全面的巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握整流电路设计的基本方法；
3）培养独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；
4）培养分析、总结及撰写技术报告的能力。
1.3课程设计的内容和要求
在理解单相桥式半控整流电路（二极管在一个桥臂）电路工作原理的基础上，设计出单相桥式半控整流电路带电阻和电感（取较大和较小电感各一个）负载时的电路原理图，使用PSIM软件对所设计的电路带不同负载的情况下晶闸管取不同的触发角（要求α= 和< 各取一个角度）进行仿真，分别获得 的波形，并对所给出的角度计算上述数值。
图 2-电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性.
b）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用
c）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。
2课程设计方案选择
2.1整流电路
单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就不会有不同的特点。而负载性质又分为带电阻性负载、电阻-电感性负载和反电动势负载时的工作情况。
单相桥式半控整流电路（电阻负载 有续流二极管），电路简图如2-1
图 2-1
该电路在实际应用中需要加设续流二极管 ，以避免可能可能发生的失控现象。实际运行中，若没有续流二极管，则当α突然增大至180°或者触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通或者两个二极管轮流导通的情况，这使 成为正弦半波，即半周期 为正弦，另外半周期 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。
阳极伏安特性可以划分为两个区域：第一象限为正向特性区，第三象限为反向特性区。第一象限的正向特性又可以分为正向阻断状态及正向导通状态。
门极伏安特性
晶闸管的门极与阴极间存在着一个PN结 ，门极伏安特性就是指这个PN
结上正向的门极电压与门极电流之间的关系。由于这儿结的伏安特性很分散，无法找到一条典型的代表曲线，只能用一条极限高阻门极特性和一条极限低阻门极特性之间的一片区域来表示所有的门极伏安特性。如图2-6阴影部分所示。