单相半波可控整流电路设计

电力电子技术课程设计说明书

单相半波可控整流电路设计

学生姓名：学号：

学生姓名：学号：

学院：计算机与控制工程学院

专业：电气工程及其自动化

指导教师：

2016年月

中北大学

课程设计任务书

2015/2016 学年第一学期

学院：计算机与控制工程学院

专业：电气工程及其自动化

学生姓名：学号：

学生姓名学号：

课程设计题目：单相半波可控整流电路设计

起迄日期: 2015年12月27日~ 2016年1月8日课程设计地点:德怀楼八层虚拟仿真实验室

指导教师:

学科部副主任：

下达任务书日期: 2015 年 12月 26日

课程设计任务书

课程设计任务书

目录

1.绪论 (1)

2. 2.单相半波可控整流电路设计 (2)

2.1课程设计任务及要求 (2)

2.2 电路原理图 (3)

2.3单相半波可控整流电路的计算公式 (4)

2.4带阻感负载时的工作情况 (5)

3. MATLAB仿真 (5)

3.1 MATLAB仿真图 (5)

3.1.1主电路仿真图 (5)

3.1.2触发电路仿真图 (6)

3.2 元器件参数设置 (6)

3.2.1设置MOSFET参数 (7)

3.2.2设置电阻负载参数 (7)

3.2.3设置电源参数 (8)

3.2.4设置脉冲参数 (8)

3.3 仿真结果展示 (9)

4. 结论 (11)

参考文献 (12)

附录 (12)

1.绪论

电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅;它的理论基础为半导体物理学;它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。

本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。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。

在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术；各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。

2. 单相半波可控整流电路设计

单相半波可控电路总体设计框图如图所示

图1电路设计流程图

2.1课程设计任务及要求 1) 设计的电路为单相半波可控整流电路，负载为电阻负载。

2) 已知参数：直流负载电阻5R V =，单相交流电压100cos100()U t V π=。

3) 绘制电路原理图。首先，分别分析并计算电阻两端平均电压25UL V =和30UL V =，功率管相对应的触发角。其次，按照原理图，在仿真软件中建立仿真模型， 验证计算结果，结果应包含电阻两端平均电压25UL V =和30UL V =时的电路工作的波形图。并对仿真结果进行必要的文字分析

4) 根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定器件类型，可供选择的变流器件为晶闸管、MOSFET 和IGBT ，设计电路原理图；

5) 画出电路方框图，完成电路各部分的指标分配，计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值，叙述主要元器件的功能及他们之间的控制关系和数据传输。

6) 用Visio 绘图软件绘制电路原理图

7) 利用Matlab仿真软件对电路图进行仿真分析

2.2电路原理图及波形

图2.电路原理图

U2

0wt

Ug

0wt

Ud

wt

Uvt

wt 0

图3.单向半波可控整流电路电阻负载波形图

实验电路如图2所示。通过查阅有关资料分析其工作原理，确定器件变流

器件为Mosfet 。主电路原理说明： T 为变压器，Uvt 是变流器MOSFET 两端电压，U2为变压器副端电压，R 为阻性负载，Ud 为负载两段电压。Id 为流过负载的电流，Ug 为触发电压。

根据MOSFET 导通的两个条件（MOSFET 的阳-阴极之间加正向电压；门极

加正向电压，流入足够的门极电流）可以判断：在电源电压U2的正半周，U2>0，MOSFET 承受正向电压，可以被触发导通，但在给MOSFET 门极施加触发信号之前，MOSFET 处于正向阻断状态，电流Id=0,输出电压Ud=0，电源电压全部加在MOSFET 上，即Uvt=U2。 设在wt α=时刻向MOSFET 送出触发脉冲，MOSFET 被触发导通，若忽略MOSFET 的导通压降，则输出电压与电源电压相等，即ud=u2，电流Id=ud/Rd 。 当2wt π

=时，电源电压u2=0，使得流过MOSFET 的

电流降到维持电流以下而关断，此时电流Id=0，ud=0. 在电源电压u2的负半周，u2<0，MOSFET 承受反向电压，处于反向阻断状态，负载电压ud=0，电源电压全部加在MOSFET 上，Uvt=u2。直到第二个周期相当于ωt1时刻再次施加触发脉冲，MOSFET 再次被触发导通，如此周而复始。

2.3单相半波可控整流电路的计算公式：

根据设计要求可知电源电压为余弦函数，有效值2

U =，

0.02T s =，触发角22π

π

α-<<

输出电压平均值：2sin(1sin )2Ud απ

=- （2—1） 负载电阻值：5R =Ω

1.当25Ud V =时，有公式可求出触发角34.75α=-︒

电流平均值Ud Id R

==5A 2.当30Ud V =时，有公式可求出触发角65.25α=-︒