电力电子课程设计

电⼒电⼦课程设计
1 绪论
1.1 电⼒电⼦技术的发展
晶闸管出现前的时期可称为电⼒电⼦技术的史前期或黎明时期。

晶闸管由于其优越的电⽓性能和控制性能，使之很快就取代了⽔银整流器和旋转变流机组。

并且，其应⽤范围也迅速扩⼤。

电⼒电⼦技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展⽽确⽴的。

晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通⽽不能使其关断的器件，属于半控型器件。

对晶闸管电路的控制⽅式主要是相位控制式，简称相控⽅式。

晶闸管的关断通常依靠电⽹电压等外部条件来实现。

这就使得晶闸管的应⽤受到了很⼤的局限。

70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电⼒双极型晶体管（BJT）和电⼒场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。

全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通⼜可使其关断。

在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为表的复合型器件异军突起。

它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。

与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了MOSFET和GTO。

1.2 电⼒电⼦技术的应⽤
电⼒电⼦技术是⼀门新兴技术，它是由电⼒学、电⼦学和控制理论三个学科交叉⽽成的，在电⽓⾃动化专业中已成为⼀门专业基础性强且与⽣产紧密联系的不可缺少的专业基础课。

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、⼤型计算机所需的⼯作电源、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。

1.3 电⼒电⼦技术课程中的整流电路
整流电路按组成的器件不同，可分为不可控、半控与全控三种，利⽤晶闸管半导体器件构成的主要有半控和全控整流电路；按电路接线⽅式可分为桥式和零式整流电路；按交流输⼊相数⼜可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。

正是因为整流电路有着如此⼴泛的应⽤，因此整流电路的研究⽆论在是从经济⾓度，还是从科学研究⾓度上来讲都是很有价值的。

本设计正是结合了Matlab仿真软件对单相半控桥式晶闸管整流电路进⾏分析。

2 系统⽅案及主电路设计
2.1 ⽅案的选择
我们知道，单相整流电路形式是各种各样的，可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，整流的结构也是⽐较多的。

因此在做设计之前我们主要考虑了以下⼏种⽅案：
1、⽅案⼀：单相桥式半控整流电路
图2-1 单相桥式半控整流电路
对每个导电回路进⾏控制，相对于全控桥⽽⾔少了⼀个控制器件，⽤⼆极管代替，有利于降低损耗！如果不加续流⼆极管，当α突然增⼤⾄180°或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器⼆次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发⽣⼀个晶闸管导通⽽两个⼆极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期为ud为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。

所以必须加续流⼆极管，以免发⽣失控现象。

2、⽅案⼆：单相桥式全控整流电路
图2-2 单相桥式全控整流电路
此电路对每个导电回路进⾏控制，⽆须⽤续流⼆极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应⽤⼴泛。

变压器⼆次绕组中，正负两个半周电流⽅向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利⽤率也⾼。

3、⽅案三：单相半波可控整流电路：
图 2-3 单相半波可控整流电路
此电路只需要⼀个可控器件，电路⽐较简单，VT的a 移相范围为180 。

但输出脉动⼤，变压器⼆次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。

为使变压器铁⼼不饱和，需增⼤铁⼼截⾯积，增⼤了设备的容量。

实际上很少应⽤此种电路。

4、⽅案四：单相全波可控整流电路：
图 2-4 单相全波可控整流电路
此电路变压器是带中⼼抽头的，结构⽐较复杂，只要⽤2个可控器件，单相全波只⽤2个晶闸管，⽐单相全控桥少2个，因此少了⼀个管压降，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。

不存在直流磁化的问题，适⽤于输出低压的场合作电流脉冲⼤（电阻性负载时），且整流变压器⼆次绕组中存在直流分量,使铁⼼磁化，变压器不能充分利⽤。

⽽单相全控式整流电路具有输出电流脉动⼩，功率因数⾼，变压器⼆次电流为两个等⼤反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利⽤率⾼的优点。

相同的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在均电流减⼩⼀半；且功率因数提⾼了⼀半。

2.2 系统流程框图
根据⽅案选择与设计任务要求，画出系统电路的流程框图如图2-1所⽰。

整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。

根据设计任务，在此设计中采⽤单相桥式全控整流电路带阻感性负载。

图2-5 系统流程框图
2.3 主电路的设计
图2-6 主电路原理图
输⼊过电流保护整流主电路过电压保护
驱动触发电路
输出
图2-7 主电路⼯作波形图
电路如图2-6和图2-7所⽰。

为便于讨论，假设电路已⼯作于稳态。

(1) ⼯作原理
在电源电压2u 正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在αω=t 时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T ⼆次侧形成回路，但由于⼤电感的存在，2u 过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VT1、VT2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2u 负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在απω+=t 时触发，VT3、VT4导通，VT1、VT2受反相电压截⽌，负载电流从VT1、VT2中换流⾄VT3、VT4中在πω2=t 时，电压2u 过零，VT3、VT4因电感中的感应电动势⼀直导通，直到下个周期VT1、VT2导通时，VT3、VT4因加反向电压才截⽌。

值得注意的是，只有当时2πα≤，负载电流d i 才连续，当时2πα>，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20π-。

2.4 整流电路参数计算
1.在阻感负载下电流连续，整流输出电压的平均值为
2221
22
2sin ()cos 0.9cos d U U td t U U πα
α
ωωααπ
π
+=
=
=? (2-1)
由设计任务有电感700L mH =，电阻500R =Ω，220V U 2=，则输出电压平均值d U 的最⼤值可由下式可求得。

20.9cos00.92201198V d U U ==??= (2-2) 可见，当α在2/~0π范围内变化时，整流器可在0~198V 范围内取值。

2.整流输出电压有效值为
2221
(2sin )()220V U U t d t U πα
α
ωωπ
+=
==? (2-3)
3.整流输出电流平均值为：
2222198
0.3625362.5(2)500(2 3.14500.7)d d d d U U I A mA
R R fL π=====++1980.3625362.5(2)
500(2 3.14500.7)d U A mA R fL π=
=
==++ (2-4) 4.在⼀个周期内每组晶闸管各导通180°，两组轮流导通，整流变压器⼆次
电流是正、负对称的⽅波，电流的平均值d I 和有效值I 相等，其波形系数为1。

流过每个晶闸管的电流平均值与有效值分别为：
10.50.36250.18125181.25222
T dT d d d I I I I A A mA θπππ=
===?== (2-5) 11
0.36250.25636256.362222
T T d d d I I I I A A mA θπππ=
===?== (2-6) 5、晶闸管在导通时管压降T u =0,故其波形为与横轴重合的直线段；VT1和VT2加正向电压但触发脉冲没到
时，VT3、VT4已导通，把整个电压2u 加到VT1或VT2上，则每个元件承受的最⼤可能的正向电压等于22U ；VT1和VT2反向截⽌时漏电流为零，只要另⼀组晶闸管导通，也就把整个电压2u 加到VT1或VT2上，故两个晶闸管承受的最⼤反向电压也为22U 。

2.5 晶闸管元件的选择
1、晶闸管的额定电流
选择晶闸管额定电流的原则是必须使管⼦允许通过的额定电流有效值TN I ⼤于实际流过管⼦电流最⼤有效值T I ，即
TN I =1.57)(AV T I >T I 或 )(AV T I >57.1T I
(2-7)
考虑（1.5～2）倍的裕量：
()220.25636
0.32657326.571.57 1.57
T T AV I I A mA ?≥
=== (2-8) 此外，还需注意以下⼏点：
①当周围环境温度超过+40℃时，应降低元件的额定电流值。

②当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。

③关键、重⼤设备，电流裕量可适当选⼤些。

2、晶闸管的额定电压
晶闸管实际承受的最⼤峰值电压乘以（2～3）倍的安全裕量，即可确定晶闸管的额定电压：
22220(622933)TM U U V V ==?=（23）（23）(2～3)22220(622933)U U V ==?=（23）（23）(2～3)2TM (622～
933)22220(622933)TM U U V V ==?=（23）（23） (2-9) 取800V 。

由以上分析计算知选取晶闸管的型号为18KP -。

3、18KP -晶闸管的具体参数额定通态平均电流（IT （AV ））：1A; 断态重复峰值电压（UDRM ）:500V; 反向重复峰值电压（URRM ）:1800V; 断态重复平均电流（IDR （AV ））:≤6mA; 反向重复平均电流（IRR （AV ））:≤6mA; 门极触发电流（IGT ）:60mA; 门极触发电压（UGT ）:1.8V;
断态电压临界上升率（du/dt ）:50V/uS 维持电流（IH ）：60mA; 额定结温（TjM ）：110℃
3 驱动电路设计
3.1 触发电路简介
电⼒电⼦器件的驱动电路是电⼒电⼦主电路与控制电路之间的接⼝，是电⼒电⼦的重要环节，对整个装置的性能有很⼤的影响。

采⽤良好的性能的驱动电路。

可以使电⼒电⼦器件⼯作在⽐较理想的开关状态，缩短开关时间，对装置的运⾏效率，可靠性和安全性都有很⼤的意义。

对于相控电路这样使⽤晶闸管的场合，在晶闸管阳极加上正向电压后，还必须在门极与阴极之间加上触发电压，晶闸管才能从截⽌转变为导通，习惯上称为触发控制。

提供这个触发电压的电路称为晶闸管的触发电路。

它决定每⼀个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中不可缺少的⼀个重要组成部分。

晶闸管相控整流电路，通过控制触发⾓α的⼤⼩即控制触发脉冲起始位来控制输出电压的⼤⼩，为保证相控电路的正常⼯作，很重要的⼀点是应保证触发⾓α的⼤⼩在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

3.2 触发电路设计要求
晶闸管的型号很多，其应⽤电路种类也很多，不同的晶闸管型号，应⽤电路对触发信号都会有不同的要求。

但是，归纳起来，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。

不管是哪种触发电路，对它产⽣的触发脉冲都有如下要求：
1、触发信号为直流、交流或脉冲电压，由于晶闸管导通后，门极触发信号即失去了控制作⽤，为了减⼩门极的损耗，⼀般不采⽤直流或交流信号触发晶闸管，⽽⼴泛采⽤脉冲触发信号。

2、触发信号应有⾜够的功率（触发电压和触发电流）。

触发信号功率⼤⼩是晶闸管元件能否可靠触发的⼀个关键指标。

由于晶闸管元件门极参数的分散性很⼤，且随温度的变化也⼤，为使所有合格的元件均能可靠触发，可参考元件出⼚的试验数据或产品⽬录来设计触发电路的输出电压、电流值，并有⼀定的裕量。

3、触发脉冲应有⼀定的宽度，脉搏冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发信号导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流⽽维持导通。

普通晶闸管的导通时µ，故触发电路的宽度⾄少应有6sµ以上，对于电感性负载，由于电间约法为6s
感会抑制电流的上升，触发脉冲的宽度应更⼤⼀些，通常为0.5ms⾄1ms，此外，某些具体电路对触发脉冲宽度会有⼀定的要求，如三相全控桥等电路的触发脉冲宽度要⼤于60°或采⽤双窄脉冲。

为了快速⽽可靠地触发⼤功率晶闸管，常在触发脉冲的前沿叠加⼀个强触发
i可达到最⼤脉冲，强触发脉冲的电流波形如图4-1所⽰。

强触发电流的幅值gm
触发电流的5倍。

前沿
t约为⼏sµ。

1
图3-1 强触发电流波形
4、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲称相范围必须满⾜电路要求。

为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都在相同控制⾓α触发导通，这就要求脉冲的频率必须与阳极电压同步。

同时，不同的电路或者相同的电路在不同的负载、不同的⽤途时，要求的α变化的范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同，所⽤触发电路的脉冲移相范围必须满⾜实际的需要。

3.3 集成触发电路TCA789
3.3.1 TCA785芯⽚介绍
TCA785是德国西门⼦(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单⽚移相触发集成电路，它是取代TCA780及
TCA780D的更新换代产品，其引脚排列与TCA780、TCA780D和国产的KJ785完全相同，因此可以互换。

⽬前，它在国内变流⾏业中已⼴泛应⽤。

与原有的KJ系列或KC系列晶闸管移相触发电路相⽐，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，⽽移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可⼈为⾃由调节，所以适⽤范围较⼴。

（1）引脚排列、各引脚的功能及⽤法
TCA785是双列直插式16引脚⼤规模集成电路。

它的引脚排列如图3-2所⽰。

图3-2 TCA785的引脚排列
各引脚的名称、功能及⽤法如下：
引脚16(VS)：电源端。

使⽤中直接接⽤户为该集成电路⼯作提供的⼯作电源正端。

引脚1(OS)：接地端。

应⽤中与直流电源VS、同步电压VSYNC及移相控制信号V11的地端相连接。

引脚4(Q1)和2(Q2)：输出脉冲1与2的⾮端。

该两端可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差180°，两路脉冲的宽度均受⾮脉冲宽度控制端引脚13(L)的控制。

它们的⾼电平最⾼幅值为电源电压VS，允许最⼤负载电流为10mA。

若该两端输出脉冲在系统中不⽤时，电路⾃⾝结构允许其开路。

引脚14(Q1)和15(Q2)：输出脉冲1和2端。

该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差180°，脉冲宽度受它们的脉宽控制端引脚12(C12)的控制。

两路脉冲输出⾼电平的最⾼幅值为5VS。

引脚13(L)：⾮输出脉冲宽度控制端。

该端允许施加电平的范围为-0.5V—5VS，当该端接地时，Q1、Q2为最宽脉冲输出，⽽当该端接电源电压VS时，Q1、Q2为最窄脉冲输出。

引脚12(C12)：输出Q1、Q2脉宽控制端。

应⽤中，通过⼀电容接地，电容C12的电容量范围为150—4700pF，当C12在150—1000pF范围内变化时，Q1、Q2输出脉冲的宽度亦在变化，该两端输出窄脉冲的最窄宽度为100µs，⽽输出宽脉冲的最宽宽度为2000µs。

引脚11(V11)：输出脉冲Q1、Q2或Q1、Q2移相控制直流电压输⼊端。

应⽤中，通过输⼊电阻接⽤户控制电路输出，当
TCA785⼯作于50Hz，且⾃⾝⼯作电源电压Vs为15V时，则该电阻的典型值为15kΩ，移相控制电压V11的有效范围为0.2V—Vs-2V，当其在此范围内连续变化时，输出脉冲Q1、Q2及Q1，Q2的相位便在整个移相范围内变化，其触发脉冲出现的时刻为：
trr=(V11?R9?C10)/(VREF?K)
式中 R9、C10、VREF──分别为连接到TCA785引脚9的电阻、引脚10的电容及引脚8输出的基准电压；K──常数。

为降低⼲扰，应⽤中引脚11通过0.1µF的电容接地，通过2.2µF的电容接正电源。

引脚10(C10)：外接锯齿波电容连接端。

C10的实⽤范围为500pF—1µF。

该电容的最⼩充电电流为10µA。

最⼤充电电流为
1mA，它的⼤⼩受连接于引脚9的电阻R9控制，C11两端锯齿波的最⾼峰值为VS-2V，其典型后沿下降时间为80µs。

引脚9(R9)：锯齿波电阻连接端。

该端的电阻R9决定着C10的充电电流，其充电电流可按下式计算：I10=VREFK/R9
连接于引脚9的电阻亦决定了引脚10锯齿波电压幅度的⾼低，锯齿波幅值为： V10=VREFK/(R9 C10) ，电阻R9的应⽤范围为3300kΩ。

引脚8(VREF)：TCA785⾃⾝输出的⾼稳定基准电压端。

负载能⼒为驱动10块CMOS集成电路，随着TCA785应⽤的⼯作电源电压VS及其输出脉冲频率的不同，VREF的变化范围为2.8—3.4V，当TCA785应⽤的⼯作电源电压为15V，输出脉冲频率为50Hz时，VREF的典型值为3.1V，如⽤户电路中不需要应⽤VREF，则该端可以开路。

引脚7(QZ)和3(QV)：TCA785输出的两个逻辑脉冲信号端。

其⾼电平脉冲幅值最⼤为VS-2V，⾼电平最⼤负载能⼒为10mA。

QZ为窄脉冲信号，它的频率为输出脉冲Q2与Q1或Q1与Q2的两倍，是Q1与Q2或Q1与Q2的或信号，QV为宽脉冲信号，它的宽度为移相控制⾓φ+180°，它与Q1、Q2或Q1、Q2同步，频率与Q1、Q2或Q1、Q2相同，该两逻辑脉冲信号可⽤来提供给⽤户的控制电路作为同步信号或其它⽤途的信号，不⽤时可开路。

引脚6(I)：脉冲信号禁⽌端。

该端的作⽤是封锁Q1、Q2及Q1、Q2的输出脉冲，该端通常通过阻值10kΩ的电阻接地或接正电源，允许施加的电压范围为-0.5V—VS，当该端通过电阻接地，且该端电压低于2.5V时，则封锁功能起作⽤，输出脉冲被封锁。

⽽该端通过电阻接正电源，且该端电压⾼于4V时，则封锁功能不起作⽤。

该端允许低电平最⼤灌电流为0.2mA，⾼电平最⼤拉电流为0.8mA。

引脚5(VSYNC)：同步电压输⼊端。

应⽤中需对地端接两个正反向并联的限幅⼆极管，该端吸取的电流为20—200µA，随着该端与同步电源之间所接的电阻阻值的不同，同步电压可以取不同的值，当所接电阻为200kΩ时，同步电压可直接取AC220V。

（2）基本设计特点
TCA785的基本设计特点有：能可靠地对同步交流电源的过零点进⾏识别，因⽽可⽅便地⽤作过零触发⽽构成零点开关；它具有宽的应⽤范围，可⽤来触发普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及作为功率晶体管的控制脉冲，故可⽤于由这些电⼒电⼦器件组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整流电路及单相或三相逆变系统或其它拓扑结构电路的变流系统；它的输
⼊、输出与CMOS及TTL电平兼容，具有较宽的应⽤电压范围和较⼤的负载驱动能⼒，每路可直接输出250mA的驱动电流；其电路结构决定了⾃⾝锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强，可应⽤于较宽的环境温度范围(-25—+85°C)和⼯作电源电压范围(-0.5—+18V)。

（3）极限参数
电源电压：+8—18V或±4—9V；
移相电压范围：0.2V—VS-2V;
输出脉冲最⼤宽度：180°；
最⾼⼯作频率：10—500Hz；
⾼电平脉冲负载电流：400mA；
低电平允许最⼤灌电流：250mA；
输出脉冲⾼、低电平幅值分别为VS和0.3V；
同步电压随限流电阻不同可为任意值；
最⾼⼯作频率：10—500Hz；
⼯作温度范围：军品 -55—+125℃，⼯业品 -25—+85℃，民品 0—+70℃。

3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路
由于TCA785⾃⾝的优良性能，决定了它可以⽅便地⽤于主电路为单个晶闸管或晶体管，单相半控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥及其它主电路形式的电⼒电⼦设备中触发晶闸管或晶体管，进⽽实现⽤户需要的整流、调压、交直流调速、及直流输电等⽬的。

西门⼦TCA785触发电路，它对零点的识别可靠，输出脉冲的齐整度好，移相范围宽；同时它输出脉冲的宽度可⼈为⾃由调节。

西门⼦TCA785外围电路如图3-3 所⽰。

图3-3 TCA785锯齿波移相触发电路原理图
锯齿波斜率由电位器RP1 调节，RP2 电位器调节晶闸管的触发⾓。

交流电源采⽤同步变压器提供，同步变压器与整流变压器为同⼀输⼊，根据TCA785能可靠地对同步交流电源的过零点进⾏识别，从⽽可保证触发脉冲与晶闸管的阳极电压保持同步。

同步变压器的变⽐选为K 220/1544/314==≈。

4 保护电路设计
在电⼒电⼦电路中，除了电⼒电⼦器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采⽤合适的过电压、过电流、du/dt 保护和di/dt 保护也是必要的。

4.1 过电压保护
以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。

（1）交流侧过电压保护
可采⽤阻容保护或压敏电阻保护。

①阻容保护（即在变压器⼆次侧并联电阻R 和电容C 进⾏保护）单相阻容保护的计算公式如下：
2
2
0%6U S
i C ≥ (4-1)
%
%
3
.2022i U S U R K ≥ (4-2) S ：变压器每相平均计算容量（VA ）；
2U ：变压器副边相电压有效值（V ）； 0i %：变压器激磁电流百分值； U k %：变压器的短路电压百分值。

当变压器的容量在（10—000）KVA ⾥⾯取值时0i %=(4—10)在⾥⾯取值，
U k %=(5—10）⾥⾯取值。

电容C 的单位为µF ，电阻的单位为Ω。

电容C 的交流耐压≥1.5U e 。

U e ：正常⼯作时阻容两端交流电压有效值。

根据公式算得电容值为4.8µF,交流耐压为165V ，电阻值为12.86Ω，在设计中我们取电容为5µF ，电阻值为13Ω。

②压敏电阻1RV 的计算
mA U 1=223.1U =1.3323220=404.4V (4-3)
流通量取5KA 。

选MY31-440/5型压敏电阻（允许偏差+10％）作交流侧浪涌过电压保护。

（2）直流侧过电压保护
直流侧保护可采⽤与交流侧保护相同保护相同的⽅法，可采⽤阻容保护和压敏电阻保护。

但采⽤阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成dt di 加⼤。

因此，⼀般不采⽤阻容保护，⽽只⽤压敏电阻作过电压保护。

Ma U 1≥(1.8～2)DC U =(1.8～2.2)3198=356.4～435.6V (4-4)
选MY31-440/5型压敏电阻(允许偏差+10％)作直流侧过压保护。

（3）晶闸管两端的过电压保护
抑制晶闸管关断过电压⼀般采⽤在晶闸管两端并联阻容保护电路⽅法，可查下⾯的经验值表确定阻容参数值。

表4-1 阻容保护的数值(⼀般根据经验选定)
晶闸管额定电流/A
10 20 50 100 200 500 1000 电容/µF 0.1 0.15 0.2
0.25 0.5 1 2 电阻/Ω
100
80
40
20
10
5
2
由于0.25636T I A =,由上表可知选取C=0.1µF，R=100Ω。

4.2 过电流保护
快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是⽬前应⽤最普遍的保护措施。

快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。

接阻感负载的单相全控桥电路，通过晶闸管的有效值
/20.25636T d I I == A (4-5) 选取RLS-1快速熔断器，熔体额定电流1A 。

4.3 电流上升率di/dt 的抑制
晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表⾯较⼩的区域，局部电流密很⼤，然后以0.1mm/µs 的扩展速度将电流扩展到整个阴极⾯，若晶闸管开通时电流上升率di/dt 过⼤，会导致PN 结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。

其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联⼊电感。

如图4-1所⽰。

图4-1 串联电感抑制回路
4.4 电压上升率du/dt的抑制
加在晶闸管上的正向电压上升率du/dt也应有所限制,如果du/dt过⼤，由于晶闸管结电容的存在⽽产⽣较⼤的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作⽤，使晶闸管正向阻断能⼒下降，严重时引起晶闸管误导通。

为抑制du/dt 的作⽤，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。

如图4-2所⽰。

图4-2 并联R-C阻容吸收回路
5电路分析
图5-3 单相全控桥式整流电路理论波形
交流电压源参数U=220V（幅值为2202V），f=50Hz；
u正半周期，晶闸管TV1（和TV4）承受正向电压，在α时施加 1.在电源电压
2
触发信号CF1，使晶闸管TV1（和TV4）导通，则电源电压通过TV1和TV4加⾄负载上，晶闸管TV1两端的电压近视为0（忽略管压降）。

当电源电压过零变负时，由于电感的存在，TV1（和TV4）仍继续导通，负载电流Zi和电压Zu连续。

2.在α=45°、α=60°施加触发信号CF1，晶闸管TV1（和TV4）导通后，负载电压Zu接近于变压器⼆次侧电压AC的波形。

负载电流Zi存在断续，可知已知电感（700mH）还不够⼤，与前⾯的理论分析假设的⼤电感有区别。

3.当触发⾓α=90°，理论值平均电压Ud=0，图中Zu接近于0。

4.数据分析：
（1）、α=0°，实际值Ud=198.069；理论值Ud=198；实测值和理论值⾮常接近，误差极⼩，产⽣的误差可能是计算问题；
（2）、α=45°，实际值Ud=140.056；理论值Ud=140；实测值和理论值⾮常接近，误差极⼩；
（3）、α=60°，实际值Ud=99.034；理论值Ud=99；实测值和理论值⾮常接近，误差极⼩；
（2）、α=00°，实际值Ud=0.062；理论值Ud=0；实测值和理论值⾮常接近，误差极⼩。

总结
不得不说，这次电⼒电⼦的课程设计使我受益匪浅。

我选的课题是单相桥式整流带阻感性负载电路，通过平常在课堂上的学习，我们对这个电路在理论上已经有了⾮常充分的了解，课题看起来貌似也不难。

但通过这⼏天的设计，我深深的感悟到理论与实际相结合的重要性，光具有理论知识是远远不够的，只要在亲⾃动⼿操作的过程中，在不断发现问题再改正问题的过程
中，我们才能收获知识，得到进步。

此次的设计过程中，我更进⼀步地熟悉了单相桥式整流电路的原理以及触发电路的设计。

当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最⼤的收获，使⾃⼰的实践能⼒有了进⼀步的提⾼。

另外，通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，还必须把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从⽽提⾼⾃⼰的实际动⼿能⼒和独⽴思考的能⼒。

最后，我要特别感谢付涛⽼师对我的本课程设计在制作过程中得到了细⼼指导及许多同学的热⼼帮助，感谢他们提出的诚恳意见和⽆私的帮助。