单相桥式晶闸管全控整流电路课程设计

学号：2011551917

湘潭大学

课程设计

题目单相全控桥式晶闸管整流电路设计

学院信息工程学院

专业自动化专业

班级自动化4班

姓名严梦宇

指导教师兰志勇

2014 年 5 月19 日

课程设计任务书

学生姓名：严梦宇专业班级：自动化4班

指导教师：兰志勇工作单位：湘潭大学

题目:

初始条件：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计（阻感负载）

1、电源电压：交流100V、50Hz

2、输出功率：500w

3、移相范围0°~90°

摘要

本次课程设计只要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先对几种典型的整流电路的介绍，从而对比出桥式全控整流的优点，然后对单相全控桥式晶闸管整流电路的整体设计，包括主电路，触发电路，保护电路。主电路中包括电路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件选择，参数设计；保护电路包括过电压保护，过电流保护，电压上升率抑制，电流上升率抑制。之后就对整体

电路进行Matlab仿真，最后对仿真结果进行分析与总结。

关键词：单相全控桥、晶闸管、整流

单相桥式全控整流电路

电路简图如图：

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。

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。

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1-5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。

系统流程框图

主电路的设计

主电路原理图如图1-6所示

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

主电路工作波形图

电路工作波形如图1-7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-。

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

222122

2sin ()cos 0.9cos d U U td t U U πααωωααππ+===⎰

由设计任务有输出功率500w ，100V U 2=，移相范围0º~90º，则输出电压平均值d U 的最大值可由得。

U 等于90V

可见，当α在2/~0π范围内变化时，整流器可在0-90V 范围内取值。

2.整流输出电压有效值为

100V

3.整流输出电流平均值为：

5A

4.负载大小为：

20 欧姆

5.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：

2.5A

( 3.5355

6.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 .

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。

2.2 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。