单相桥式全控整流电路课程设计.doc

1 引言 (1)

2 主要任务 (1)

2.1工作原理 (1)

2.1.1单相桥式全控整流电路带在阻感负载时的电路及其波形 (1)

2.1.2单相桥式全控整流电路带在阻感负载时的工作原理 (2)

2.2整流电路的参数计算 (2)

2.3触发电路的设计 (4)

3 电路仿真 (4)

3.1MATLAB软件介绍 (4)

3.2仿真图 (5)

4.仿真结果及分析 (7)

4.1仿真结果 (7)

4.2仿真结果分析 (7)

5 总结 (7)

参考文献 (8)

致谢 (9)

1 引言

整流电路（Rectifier）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。

整流电路的分类

（1）按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。

（2）按电路结构可分为桥式电路和零式电路。

（3）按交流输入相数分为单相电路和多相电路。

（4）按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双拍电路。

交流-直流变流器又称整流器、AC-DC变流器，其作用是将交流电转变为直流电，一般也称整流，并且在整流的同时还对直流电压电流进行调节，以符合用电设备的要求。整流电路的仿真可以用powersys模型库中的二极管和晶闸管等模块来构建，对三相整流电路模型库中有6-pulsediode bridge、 6-pulse thyristorbridge、 universalbridge 等模块可以调用，使用这些模块可以使仿真更方便。复杂的大功率多相整流器可以在三相桥的基础上构建。

2.主要任务

2.1工作原理

2.1.1单相桥式全控整流电路带阻感负载时的电路（如图1）及其波形（如图2）

图1 单相桥式全控整流电路带阻感负载时电路图

图2 单相桥式全控整流电路阻感负载时的波形图

2.1.2单相桥式全控整流电路带阻感负载时的电路工作原理

在电源电压u 2正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在ωt=α时触发，

VT1、VT4导通，电流经VT1、负载、VT4和T 二次侧形成回路，但由于大电感的存在，u 2过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT4继续导通，直到VT2、

VT3被触发导通时，VT1、VT4承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。

在电源电压u2负半周期间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，在ωt=π+α时触发，VT2、VT3导通，VT1、VT4承受反相电压截止，负载电流从VT1、VT4中换流至VT2、VT3中，在ωt=2π时，电压u 2过零，VT2、VT3因电感中的感应

电动势一直导通，直到下一个周期VT1、VT4导通时，VT2、VT3因加反向电压才截止。

值得注意的是，只有当α≤π/2时，负载电流i d 才连续，当α＞π/2时，

负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是0~π/2.

2.2整流电路的参数计算

设计条件：

电源电压：交流HZ V 50100

输出功率：W 500

u i i

触发角?=30α

阻感负载

（1）整流电路一次侧电压 V U 2201=

整流电路二次侧电压 V U 1002=

（2）整流输出电压平均值

V U U d 94.7730cos 1009.0cos 9.02=???==α （2-2-1）

（3）选用的电阻阻值为 Ω===15.1250094.772

P U R d

（2-2-2）（4）变压器上二次侧电流有效值 A A R U I I d

d 36.625.1294

.772====

（2-2-3）（5）晶闸管上电流有效值 A ====5.421

22d d d T

VT I I I I ππ

πθ

（2-2-4）晶闸管上电流平均值 A I I d dVT 18.321

（2-2-5）晶闸管上最大正反向电压22U

晶闸管额定电压 V U U N )26.424~84.282(2)3~2(2=?=

（2-2-6）晶闸管额定电流

A I I dVT N )36.6~77.4()2~5.1(=?=

（2-2-7）

（6）变压器的选取

变压器额定容量 VA I U S 63622== (2-2-8) 变压器额定电压

1002202121==U U U U N N (2-2-9) 变压器应选变比为 2.2V 100V

2202

1===U U K (2-2-10)

（7）触发脉冲时间 s T 0017.036030501

1=??

?= (2-2-11)

s T 0117.0360305012=?

+??=π (2-2-12) 2.3触发电路的设计

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要求：

（1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。

（2）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及极阻值在某高阻和低阻之间，才可能算是合格的产品。晶闸管期间出厂时，所标注的门极触发电流gt I 、门极触发电压U 是指该型号的所有合格器件都能按触发导电的最小门极电流、电压值，所以在接近坐标原点处以触发脉冲应一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，也就是晶闸管的导通需要一定的时间，只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的擎住电流以上时，晶闸管才能导通，所以触发应有足够的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠的导通，对于电感性负载，脉冲的宽度要宽些，一般为HZ 50，18度电度角，为了可靠的，快速的触发大功率晶闸管，常常在触发脉冲的前沿叠加上一个触发脉冲。

3.电路的仿真

3.1MATLAB 软件介绍

MATLAB 是一种科学计算软件。MATLAB 是Matrix Laboratory （矩阵实验室）的缩写，这是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。由于它使用方便，输入便捷，运算高效，适应工作人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此特别受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也在国内外高校教学和科学研究的常用软件。

MATLAB 由美国Mathworks 公司于1984年开始推出，历经升级，到2001年已经有了6.0版，现在MATLAB6.1、6.5、7.0版都已相继面世。1993年出现了SIMULINK ，这是基于框图的仿真平台，SIMULINK 挂接在MATLAB 环境上，以MATLAB 的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。SIMULINK 提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了

极大便利。在SIMULINK平台上，拖拉和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模型框图，并对模型进行仿真。在SIMULINK平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函数仿真时，需要熟悉记忆大量M 函数的麻烦，对广大工程技术人员来说，这无疑是最好的福音。现在的MATLAB 都同时捆绑了SIMULINK， SIMULINK的版本也在不断地升级，从1993年的MATLAB4.0/SIMULINK 1.0版到2001 年的MAT-LAB 6.1/SIMULINK 4.1 版， 2002年即推出了MATLAB6.5/SIMULINK 5.0 版。MATLAB已经不再是单纯的矩阵实验室了，它已经成为一个高级计算和仿真平台。

3.2仿真图

3.2.1单相桥式全控整流电路阻感负载MATLAB建模

单相桥式全控整流电路阻感负载仿真电路图如图3

图3 单相桥式全控整流电路阻感负载仿真电路图

3.2.2参数设置

图4 脉冲触发1的参数设置图5 脉冲触发2的参数设置

图6 电阻及电感的参数设置图7 电源的参数设置

4.仿真结果及分析

α时的仿真结果如图8

4.1 ?

=30

图8 时的仿真结果

=30

4.2仿真结果分析

从上面的仿真结果可以看出，仿真的结果与理论分析的结果基本一致：第一，带阻-感负载时，一对桥臂导通使另一对桥臂的两个晶闸管承受反压而关断，每周期换相两次。第二，带阻-感负载时，电流变化很小，这时由于电感对负载电流起到了平波的作用。第三，带阻-感负载时，电流逐渐增大，经过几个周期后达到稳态，电路的工作情况与理论分析基本一致。

5 总结

单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）与单相半波整流电路仿真波形相比较，输出的电压和电流波形频率都提高了约一倍，流过每个晶闸管的平均电流Idt只有负载平均电流的一半。变压器二次侧电流I2的波形是对称的正负矩形波，而晶闸管承受的最大正反向电压则和单相半波可控整流电流一样。

参考文献

[1]王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009

[2]李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005

[3]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006

[4]钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010

致谢

在本次论文设计过程中，李静老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成课题设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师表示由衷的感谢和敬意。