单相半波可控整流电路设计

单相半波可控整流电路

设计

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

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)

课程设计任务及要求 (2)

电路原理图 (3)

单相半波可控整流电路的计算公式 (4)

带阻感负载时的工作情况 (5)

3.M A T L A B仿真 (5)

MATLAB仿真图 (5)

主电路仿真图 (5)

触发电路仿真图 (6)

元器件参数设置 (6)

设置M O S F E T参数 (7)

设置电阻负载参数 (7)

设置电源参数 (8)

设置脉冲参数 (8)

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

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

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。 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