电子电路设计单相桥式半控整流电路
电力电子实验报告——单相桥式半控整流电路仿真
仲恺农业工程学院实验报告自动化（院、系）自动化专业121 班组电力电子实验课学号201210344105 姓名彭森荣日期2014年11月20日教师评定实验一：单相桥式半控整流电路仿真一、实验目的：1.通过实验了解单项桥式半控整流电路的工作原理；2.通过仿真发现在没有续流二极管时发生失控的波形图，并分析；3.初步熟悉multisim 13软件的使用。
二、实验器材：实验PC机、multisim 13电路仿真软件等。
三、实验原理：单项桥式半控整流电路中，假设负载的电感很大，且电路已工作在稳态的时候。
在输入交流正弦电压u2，晶闸管在α处的上升沿进行触发，两个不同的触发信号使得两个晶闸管在不同时刻触发。
在u2的正半周，触发信号给VD1进行触发，此时VD2关断，与D4形成通路，构成正向导通桥式电路，这个阶段，若忽略器件的通态电压，那么输出的电压变为0，不会出现负数的情况；同样，当在u2的负半周时，当触发信号到达的时候，VD2被触发而开通，VD1关断，与D3形成通路，构成反向导通桥式电路，这个阶段中，同样假设忽略器件的通态，那么当U2过零边正时，输出电压又变为零。
两次触发使得电流大方向并不发生改变，从而使得输出的电流和电压都是在坐标轴的上方，即数值均不为负数，因此达到了整流的效果。
本实验在进行仿真的时候，没有用到续流二极管（其作用是防止在实际运用的1 / 52 / 5 时候发生失控）进行续流，而是用开关对晶闸管VD2进行间接控制，以便看到失控时的仿真效果。
四、 实验步骤与内容：1. 按照原理的实验图在multisim 中进行操作，如图（1）所示；2. 对脉冲信号源V2，V3进行数据的修改，其中V2修改如图（2）所示，V （3）的修改如图（3）所示；3. 修改电感L 的数据和电阻R 的阻值，不断测试数据是否合适仿真，并把电流器和电压器的阻值分别改为11.246Ω和113.82M Ω；4. 把输入的信号源的相角值由0改为36°，以观察此时的波形图；5. 电子元件的数据修改完成后，点击开始仿真，并打图（1） 图（2）图（3）3 / 5开示波器观察示波的波形，适当时候把开关打开，再观察波形；6. 形成报告，分析结果。
电工电子技术-单相桥式整流电路
_
u2负半周时电流通路
TA
u1
D4
u2
D1
D3
D2
RL u0
B
+
在u2的负半周，VD2、VD4正向导通，二极管VD1、VD3反向截 止，电流的路径是：B→VD2→RL→VD4→A。
+ u2
u2 uo
D4 D1
D3
D2
RL u0
t t
u2>0 时 u2<0 时
D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: 由+经D1 RLD3-
12.1.2 单相桥式整流电路
单相桥式整流电路是工程中最常用的一种单相全波整流 电路。它由四只二极管组成，如图（a）图所示，图（b）图 所示是它的简化画法。
1．工作原理
u2正半周时电流通路
+
TA
u1
VD4
u2
VD
RL
VD1 3
u0
VD2
B_
在电压u2的正半周，VD1、VD3正向导通，VD2、VD4反向截 止，电流的路径是：A→VD1→RL→VD3→B。
D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: 由-经D2 RLD4+
输出是脉动的直流电压！
几种常见的硅整流桥
+ ~~ -
~+~-
+AC-
2．负载上的直流电压和直流电流
负载上的直流电压为：
U o
1 π
π 02U 2Fra biblioteksin tdt
22 π
U2
0.9U 2
负载上的直流电流为：
Io
Uo RL
0.9 U 2 RL
3．二极管的选择
每只二极管的平均电流为负载上直流电流的一半，即
实验一单相桥式半控整流电路实验
实验一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—电感性负载时的工作。
2．熟悉NMCL—05E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．实验线路及原理实验原理图如图1。
晶闸管VT1、VT3和二极管VD4、VD6组成单相桥式半控整流电路。
电源电压为线电压U UV，VT1、VT3分别获取触发单元1和触发单元3输出的控制脉冲。
2触发单元的同步信号均取自U UV，所以脉冲相位相同。
通过调节给定单元的直流给定电压可以调节控制角。
VD2图1 实验原理图实际接线图如图2。
1-2 单相桥式半控整流电路图2 实际接线图三．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）。
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．教学实验台主控制屏2．NMCL—33组件3．NMCL—05E组件4．NMEL —03/4组件 5．NMCL —31A 组件 6．双踪示波器（自备） 7．万用表（自备）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．NMCL —33的内部脉冲需断开。
六．实验方法1．将NMCL —05E 面板左上角的同步电压输入接MEL —002T 的U 、V 输出端。
三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压U uv =220v 。
不可控、半控、全控整流电路
1.2 单相桥式全控整流电路
负载为直流电动机时，如 果出现电流断续，则电动
uad
q =p
机 的机械特性将很软 。
E
0
p
wt
为了克服此缺点，一般 在主电路中直流输出侧 串联一个平波电抗器。
id
O
wt
图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负 载串平波电抗器，电流连续的临界情况
这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连 续时的波形相同，ud的计算公式也一样。 为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：
a)
变压器二次侧接成星形得到
u 2 a =0 u a
ub
uc R
id
零线，而一次侧接成三角形
b)
避免3次谐波流入电网。
O wt1
wt2
w t3
wt
uG
三个晶闸管分别接入a、b、c
c) O
wt
ud
三相电源，其阴极连接在一 d)
O
wt
起——共阴极接法 。
i VT 1
e)
自然换相点：
O f) u VT 1
单相全波与单相全控桥的区别：
单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。 单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相 应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最 大电压是单相全控桥的2倍。 单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个， 因而管压降也少1个。
从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输出电 压的场合应用。
1.2 单相桥式全控整流电路
1) 带电阻负载的工作情况
电路结构
工作原理及波形分析
VT1和VT4组成一对桥臂，在 u2正半周承受电压u2，得到 触发脉冲即导通，当u2过零 时关断。
单相桥式半控整流电路阻感负载移相范围
单相桥式半控整流电路是一种常见的电子电路，用于将交流电转换为直流电。
在许多电力电子应用中，这种电路被广泛应用。
在这篇文章中，我们将重点讨论单相桥式半控整流电路在阻感负载移相范围内的应用和特性。
1. 半控整流电路的基本原理单相桥式半控整流电路由四个功率晶闸管和四个二极管组成，其基本原理是通过控制晶闸管的导通角度来控制整流电路的输出电压和电流。
在半控整流电路中，晶闸管在每个交流周期内只进行一次导通，通过改变晶闸管的导通角，可以实现电压和电流的控制。
2. 阻感负载移相范围在实际应用中，半控整流电路通常用于驱动感性负载，如电感、变压器等。
在这种情况下，负载的电流和电压波形将出现移相现象，这是由于感性负载的特性所导致的。
在移相范围内，整流电路的性能和稳定性会发生改变，需要进行合适的设计和控制。
3. 移相现象的原因当桥式半控整流电路驱动感性负载时，感性负载将导致电流和电压波形的移相现象。
这是由于感性负载的特性，即在感性元件中通过的电流滞后于电压。
在整流电路中，感性负载的移相现象将导致输出电流的波形发生变化，对电路的稳定性和性能产生影响。
4. 整流电路的适应性在阻感负载移相范围内，整流电路需要具有良好的适应性，能够稳定地驱动感性负载并保持整流电流的稳定性。
这需要对整流电路进行合理的设计和参数选择，以确保在移相范围内仍能保持较好的性能和稳定性。
5. 控制策略在阻感负载移相范围内，需要采取合适的控制策略来实现整流电路对感性负载的稳定驱动。
常见的控制策略包括改变晶闸管的触发脉冲相位、调整晶闸管的触发角度等。
通过合理的控制策略，可以实现整流电路在移相范围内的稳定运行。
6. 参数设计在设计阻感负载移相范围内的半控整流电路时，需要进行合理的参数设计。
这包括选择合适的晶闸管类型和参数、确定适当的触发脉冲相位、优化感性负载参数等。
合理的参数设计可以提高整流电路的性能和稳定性。
7. 应用案例针对阻感负载移相范围内的半控整流电路，在实际应用中存在着大量的案例和经验。
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。
实验二__单相桥式半控整流电路实验
电力电子技术实验总结报告姓名：学号：专业与班级：电气20 - 班实验名称: 实验二单相桥式半控整流电路实验成绩：日期：20 - -实验二单相桥式半控整流电路实验一、实验目的(1)加深对单相桥式半控整流电路带电阻性、电阻电感性负载时各工作情况的理解。
(2)了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用，学会对实验中出现的问题加以分析和解决。
三、实验线路及原理本实验线路如图3-1所示，两组锯齿波同步移相触发电路均在DJK03-1挂件上，它们由同一个同步变压器保持与输入的电压同步，触发信号加到共阴极的两个晶闸管，图中的R用D42三相可调电阻，将两个 900Ω接成并联形式，二极管VD1、VD2、VD3及开关S1均在DJK06挂件上，电感L d在DJK02面板上，有100mH、200mH、700mH三档可供选择，本实验用700mH，直流电压表、电流表从DJK02挂件获得。
图2-1 单相桥式半控整流电路实验线路图四、实验内容(1)单相桥式半控整流电路带电阻性负载。
(2)单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载。
五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中有关单相桥式半控整流电路的有关内容。
(2)了解续流二极管在单相桥式半控整流电路中的作用。
六、思考题(1)单相桥式半控整流电路在什么情况下会发生失控现象?答：当a突然增大至180度或触发脉冲丢失是，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Ud成为正弦波，即半周期Ud为正弦，另外半周期Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。
在感性负载下发生失控现象。
需在负载前加并续流电容。
(2)在加续流二极管前后，单相桥式半控整流电路中晶闸管两端的电压波形如何?七、试验数据及波形(1)单相桥式半控整流电路带电阻性负载：记录于下表中。
计算公式: U d = 0.9U2(1+cosα)/2描绘α=600、900时Ud、Uvt的波形。
α=600α=900(2)单相桥式半控整流电路带电阻电感性负载不接续流二极管VD3时，描绘α=600、900时Ud、Uvt的波形α=600 α=900③接上续流二极管VD3，接通主电路，观察不同控制角α时U d 的波形，八、实验报告(1)画出①电阻性负载，②电阻电感性负载时U d/U2=f(α)的曲线。
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• 4.小结
三.单相桥式半控整流电路（晶闸管 在同一桥臂）
• 1.电路结构与与原理 • (1)电路结构
• （2）.工作原理 • 当 正半周时，在wt=α时刻，触发晶闸管 使其导通，
电流从电源 正端— —L—R— — 负载向负载供电。 • 过零变负时，因电感L的作用使电流连续，L产生的感应
希望能有所改善。
• 2.建模
• 3仿真结果分析
• 4.小结 • VD3和VD4串联可起到续流作用。
心得体会
• 这次课程设计让我们明白了很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，所以我们查阅了很多 关于电力电子的书籍，并且也通过网络查到了很多有关电 力电子的知识。
心得体会
• 另外通过这次课程设计， 对文档的编排也有了一 定的掌握，这对于以后的毕业设计及工作需要都 有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复 习一遍电力电子这门课程，把以前很多没学懂的 问题都学懂学透了。所以课程设计是理论知识的 升华。
• 整个课程设计过程中，由于理论知识的缺乏，课 程设计还有很多不足之处，在以后的课程设计中，
• 2、在u2负半周ωt＝π+α时刻触发VT3使其导通，则向VT1 加反压使之关断，u2经VT3→L→R→VD2→u2端向负载 供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4 续流，ud又为零。此后重复以上过程
• 2. 建模
• 3仿真结果分析
• 4.小结
• 电路具有自续流能力，但实用中还需要加 设续流二极管VD，以避免可能发生的失控 现象。
三类半控桥式整流电路
1.单相桥式半控整流电路（阻-感性负载、不 带续流二极管）
2.单相桥式半桥
臂）
一·单相桥式半控整流电路（阻-感性 负载、不带续流二极管）
• 1.电路结构和工作原理 • （1）电路结构 •
VT1
VT3
L
u2 AC
VD2
VD4
R
• 2.工作原理
• 1、若是感性负载，当u2在正半周时，在ωt＝α处给晶闸 管VT1加触发脉冲，VT1导通后，电流从u2正端 →VT1→L→R→VD4→u2负端向负载供电。u2过零变负 时，因电感L的作用使电流连续，VT1继续导通。但a点电 位低于b点，使电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流 不再流经变压器二次绕组，而是经VT1和VD2续流，则 ud=0。
续流二极管的作用
------有续流二极管VD时，续流过程由VD 完成，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。 ------同时，续流期间导电回路中只有一个 管压降，有利于降低损耗。
二.单相桥式半控整流电路（带续流 二极管）
• 1.电路结构与原理 • （1）电路结构
• （2）.工作原理 • 假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态 ------在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2 经VT1和VD4向负载供电。 ------u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导 通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移VD3，
VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和 VD3续流。 ------在 u2 负半周触发 角 a 时刻触发 VT3 ， VT3 导通，向 VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD3向负载供电。u2 过零变正时，VD4导通，VD3关断。VT3和VD4续流， ud又 为零。
• 2.建模
• 3.仿真结果分析
失控现象
------假设电感足够大，电流不断续 ------当关断VT1，VT2准备关闭系统时，由于电 流的持续性，T1会一直导通！D3和D4轮流 换流，无法关闭系统，造成失控！ ------在失控时，ud仍为正弦半波，即半周期ud 为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保 持恒定。即使没有驱动信号，仍然无法关闭系统。 为了避免失控，通常在输出端反联二极管
• 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单，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。
电动势使 受正向电压而导通电流从L—R— — 形成回路， 这样经过 和 续流。此阶段忽略器件的通态压降，则 =0， 不像全控那样出现为负的情况。
• 在 负半周wt=π+α时刻，触发 使其导通，则 承受反压而关 断， 经 —L—R— — 端向负载供电。
• 过零变正时，因电感L的作用使电流连续，L产生的感应 电动势使 受正向电压而导通电流从L—R— — 形成回路， 这样经过 和 续流。此阶段忽略器件的通态压降， 又为0 此后重复此过程