单相半控桥式整流电路
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。
半控桥整流电路
原理图
仿真波形图
• U2 • i2 • UD • iD
• 实际运行中，该电路在接大电感负载的 情况下，若突然关断触发脉冲或将α迅速 移到180度，在没有接入续流二极管VD 时，可能出现一个晶闸管直通，两个整 流管交替导通的失控现象。
单相桥式半控整流（阻感性负 载，晶闸管在同一桥臂）
• 两个晶闸管串联电路 的优点是两个串联的 二极管除了起整流作 用外，还可以替代接 续流管，使电路不会 出现失控现象。
半控桥整流电路
单相桥式半控整流（阻感性负载， 不带续流二极管） 单相桥式半控整流（阻感性负载， 带续流二极管）
单相桥式半控整流（阻感性 负载，晶闸管在同一桥臂）
ห้องสมุดไป่ตู้
单相桥式半控整流（阻感性负 载，不带续流二极管）
• 特点：晶闸管在 触发时刻换流， 二极管在电源过 0时刻换流。
• 当电源电压u2的正半周，在控制角a=ωt时，触发晶闸 当电源电压u 的正半周，在控制角a=ωt a=ωt时 导通，则负载电源i 流通， 管VT1导通，则负载电源iD经VT1，VD2流通，达到 ωt=π时 开始由0变负，由于电感L的作用， ωt=π时，u2开始由0变负，由于电感L的作用，负载 电流维持不变， 继续导通，但此时的a 电流维持不变，使VT1继续导通，但此时的a点电位已 经开始低于b点电位，整流管VD 自然换到VD 经开始低于b点电位，整流管VD2自然换到VD1，并使 承受反压而截止。所以， 负半周开始， VD2承受反压而截止。所以，从u2负半周开始，VT1和 导通，与负载形成回路，， ，，负载电流不再经过变压 VD1导通，与负载形成回路，，负载电流不再经过变压 器副边绕组，而由VT 起自然续流作用， 器副边绕组，而由VT1和VD1起自然续流作用，输出电 压为这两个管子的正向压降，接近于0 压为这两个管子的正向压降，接近于0，使得在 π~π+α期间 期间， 波形不会出现负值。 π~π+α期间，uD波形不会出现负值。 • 在u2的负半周，晶闸管VT2承受正向电压，在 的负半周，晶闸管VT 承受正向电压， ωt=π+α时 被触发导通，并使VT ωt=π+α时，VT2被触发导通，并使VT1承受反向电压 而关断，于是VT 导通，电流i 从电源b端经VT 而关断，于是VT2和VD1导通，电流iD从电源b端经VT2、 负载、 会到a ωt=2π以后 以后， 由负变正， 负载、VD1会到a端。在ωt=2π以后，u2由负变正，整 流管VD 又自然换流到VD 续流， 等于0 流管VD1又自然换流到VD2，VT2和VD2续流，使uD等于0， 由于承受反压而截止……如此重复循环。 ……如此重复循环 而VD1由于承受反压而截止……如此重复循环。
单相半波桥式整流电路
-
u
2
电阻负载的特点：电压与电流成正比, b)
0
wt 1
p
2pLeabharlann wt两者波形相同。
u
g
c)
★ 两个重要的基本概念：
0
wt
u
d
触发延迟角：从晶闸管开始承受正向 d)
0a
q
wt
阳极电压起到施加触发脉冲止的电角
u
VT
度,用a表示,也称触发角或控制角。 e)
0
wt
导通角：晶闸管在一个电源周期中处
于通态的电角度，用θ 表示 。
2)带阻感负载的工作情况
电感性负载更为多见，如电机
及励磁绕组等。 阻感负载的特点：电感对电流 变化有抗拒作用，使得流过电 感的电流不发生突变。
u2
b)
0
wt1
p
ug
c) 0
ud
d) 0a id
e) 0
u VT
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
5
单相半波可控整流电路
p
2p
wt
变但瞬时值变化的脉动直流，其
u
g
波形只在u2正半周出现，故称 c) 0
wt
“半波”整流。
u
d
基本数量关系
d)
0a
q
wt
Ud
1
2p
p a
2U2 sin wtd (wt)
u
VT
e) 0
wt
0.45U
2
1
cos 2
单相半控桥整流电路实验报告
目录一、实验基本内容----------------------------------21.实验项目名称-----------------------------------2-----------------------------------23.实验完成目标-----------------------------------3二、实验条件描述-----------------------------------31.主要设备仪器-----------------------------------3三、实验过程描述-----------------------------------41.实现同步---------------------------------------42.半控桥纯阻性负载试验---------------------------43.半控桥阻-感性负载〔串联L=200mH〕实验-----------6四、实验仿真---------------------------------------9五、实验数据处理及讨论-----------------------------18六、实验思考---------------------------------------22一、实验基本内容：单相半控桥整流电路实验2.实验已知条件：单相半控桥整流电路如下图，图中晶闸管VT1,二极管VD4组成一对桥臂，VT3,VD2组成另一对桥臂，变压器u2加在桥臂的中间。
(1)阻性负载电源电压u2在〔0，α〕，VD2,VT3承受反向阳极电压处于截止状态，由于VT1未加触发脉冲而使VT1,VD4处于正向阻断状态，此时ud=0 , uVT1=u2, uVD2= -u2, uVT3=0, uVD4=0；wt=α时刻，触发VT1，VT1，VD4立即导通，VD2，VT3承受反向电压关断，此时ud= u2 , uVT1= 0, uVD2= -u2, uVT3=-u2, uVD4=0；u2在负半周〔π，π+α〕期间，VT3,VD2虽然承受正向阳极电压但由于门极没有触发信号而正向阻断，此时ud=0,uVT1=0,uVD4=u2,uVT3= -u2,uVD2=0; wt=π+α时刻触发VT3，则VT3,VD2，此时ud= u2，uVT1=-u2，uVD4=u2, uVT3=0, uVD2=0。
单相桥式半控整流电路
图3 单相半控桥电感性负载不接续流二极管的情况分析
四、单相桥式半控接续流二极管整流电路
➢有 续 流 二极 管 VDR 时 ， 续 流过 程 由 VDR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。
图4单相桥式半控整流电路接续流二极管的电路及波形
单相桥式半控整流电路
一、单相桥式半控整流电路（不接续流二极管）
单相全控桥中，每个导电回路中有2个 晶闸管，为了对每个导电回路进 行控制， 只需1个晶闸管就可以了，另1个晶闸管可 以用二极管代替，从而简化整个电路。如 此即成为单相桥式半控整流电路。（该电 路未接续流二极管）
图1 单相桥式半控带感性负载电路
图2 单相桥式半控整流电路，阻感负载时 的电路及波形
二、单相桥式半控整流电路工作原理
在u2负半周触发角α时刻触发VT3，VT3 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，VD2关断。VT3和VD4续流，ud
又为零。 半控整流电路与全控整流电路在电阻负载 时的工作情况相同。
二、单相桥式半控整流电路工作原理
在u2正半周，触发角α处给晶闸管VT
加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。
当u2过零变负时，因电感作用使电流
连续，VT1继续导通。但因α点电位低于b 点 电 位 ， 使 得 电 流 从 VD4 转 移 至 VD2， VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组， 而是由VT1和VD2续流。
五、接续流二极管整流电路数量关系
➢晶闸管和二极管电流有效值 ➢续流二极管电流有效值 ➢变压器二次侧电流有效值
I DR I d
单相半控桥式整流电路
➢ 负载输出电压的平均值为
VT1 VT2
u1
u2
Rd
VD3 VD
4
ud
ωt ug
i2
ωt
ωt
阻感性负载单相桥式半控整流电路
假设负载中电感很大 工作原理－无触发〔0，α〕
u2
T i2
VT1 VT2
＋
u1
u2
－
VD3 VD4
id L ud R
Thank you! Bye
单相可控整流电路的分析方法
• 1.可假设第一个触发脉冲前管子均关断。 • 2.确定触发脉冲时相应的SCR A-K两端电压是否正
偏，若是则导通； • 3.电压过零点时注意负载性质（阻性则电流同时
过零SCR关断；大电感性则电流量连续可继续导通 到另一组SCR触发导通时换相）。 • 4.负载端带续流二极管情况：输出电压不可能小 于零。
0α π
2π ωt
阻感性负载单相桥式半控整流电路
工作原理－有触发〔π ＋α，2 π 〕
T i2
VT1 VT2
－
u1
u2
u2
＋
VHale Waihona Puke 3 VD4id L ud R
0α π ud
0α π id
0α π i2
2π ωt
• ωt= π+ α 时，给VT2加触发信号：
2π
ωt
• •
VT2、VD3导通 iVT2 = iVD3 = id =- i2
阻感性负载单相桥式半控整流电路
u2
O ud u
u1
wt
T i2 u2
VT1
图1 由单结晶体管触发的单相半控桥式整流电路
图1 由单结晶体管触发的单相半控桥式整流电路改变电位器RP的数值可以调节输出脉冲电压的频率。
但是（RP＋R）的阻值不能太小，否则在单结晶体管导通之后，电源经过RP和R供给的电流较大，单结晶体管的电流不能降到谷点电流之下，电容电压始终大于谷点电压，因此，单结晶体管就不能截止，造成单结晶体管的直通现象。
选用谷点电流大一些的管子，可以减少这种现象。
当然，（RP＋R）的阻值也不能太大，否则充电太慢，使晶闸管的最大导通角受到限制，减小移相范围。
一般（RP ＋R）是几千欧到几十千欧。
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。
如选用C＝0.1~1uF，R1=250~100Ω，就可得到数十微秒的脉冲宽度。
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。
脉冲电压的幅度决定于直流电源电压和单结晶体管的分压比。
如电源电压为20V，晶体管的分压比为0.5，则在单结晶体管导通时，电容器上的电压约为10V，除去管压降外，可以获得幅度为7~8V的输出脉冲电压。
根据上述数据，输出脉冲的宽度和幅度都能满足触发晶闸管的要求。
图1中的电阻R2是作温度补偿用的。
因为在U P＝U BB＋U D的式中，分压比几乎不随温度而变，而U D将随温度上升而略有下降。
这样，UP就要随温度而变，这是不希望的。
当接入R2（及R1）后，UBB是由稳压电源的电压UZ经R2、RBB、R1分压而得，而RBB 随温度上升而增大，因此在温度上升后，RBB增大，电流就减小，R1和R2上的压降也相应减小，UBB就增大一些，于是补偿了UD因温度上升而下降之值，从而使峰点电压UP保持不变⑴稳压管的作用是将整流电压uo变换成梯形波（削去顶上一块，所谓削波），稳定在一个电压值UZ，使单结晶体管输出的脉冲幅度和每半周产生第一个脉冲（第一个脉冲使晶闸管触发导通后，后面的脉冲都是无用的）的时间不受交流电源电压波动的影响。
单相全波可控整流电路单相桥式半控整流电路
单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路一.单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又称单相双半波可控整流电路。
图1 单相全波可控整流电路及波形单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。
变压器不存在直流磁化的问题。
单相全波与单相全控桥的区别是：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，相应的，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。
因此，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用1.电路结构图2.单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。
如此即成为单相桥式半控整流电路（先不考虑VDR）。
单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路图如2所示，四个晶间管组成整流桥，其中vTl、vT4组成一对桥臂，vT 2、vT3组成另一对桥臂，vTl和vT3两只晶闸管接成共阴极，VT2和VT 4两只品间管接成共阳极，变压器二次电压比接在a、b两点，u2=1.414U2sin(wt)2.电阻负载半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。
其工作过程如下：a)在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。
b) u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。
c)在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。
d)u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。
VT3和VD4续流，u d又为零。
3.续流二极管的作用1)避免可能发生的失控现象。
2)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u d成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。