第3章 晶闸管整流电路
晶闸管相控整流电路
电源故障
输入电源缺相、电压过高或过 低，影响整流电路的正常运行
。
பைடு நூலகம்
故障诊断方法与步骤
外观检查
观察整流电路的外观，检查是否有明显的烧 毁、断裂等故障现象。
电阻测量
使用万用表测量整流电路中各元件的电阻值， 判断是否正常。
电压测量
测量整流电路的输入和输出电压，判断是否 在正常范围内。
的电压和电流。
电路优化方法
降低损耗 选择低阻抗的元件，以减小电路的导通电阻和漏电流。 采用合理的散热设计，确保元件温度不超过额定范围。
电路优化方法
提高效率
1
2
优化电路布局，减小线路损耗。
3
选择适当的触发延迟角，以平衡输出电压和电流， 提高转换效率。
电路优化方法
01
增强稳定性
02
加入适当的反馈控制，如电压反馈或电流反馈，以提高电 路的稳定性。
稳定性
确保电路在各种工况下都能稳定运行 。
设计原则与步骤
• 可靠性：选用可靠的元件，确保电路的长 期稳定运行。
设计原则与步骤
1. 明确设计要求
确定输出电压、电流的规格以及电路 的效率要求。
2. 选择合适的元件
根据设计要求选择合适的晶闸管、二 极管、电容、电感等元件。
设计原则与步骤
3. 设计主电路
03
优化元件参数匹配，减小参数失配对电路稳定性的影响。
06
晶闸管相控整流电路的 故障诊断与维护
常见故障类型与原因
晶闸管损坏
由于电流过大、电压过高或散 热不良等原因，导致晶闸管烧
毁或击穿。
触发电路故障
晶闸管整流电路原理
晶闸管整流电路原理
晶闸管是一种“电力电子开关”，它的基本组成是一个由两个PN结构成的三端器件，即晶闸管。
晶闸管又称为可控硅，是一种新型半导体器件，它有两个控制极和两个漏极构成，通过控制PN结的导通时间来控制它的导通与关断，从而实现对电路的控制。
在晶闸管中，只有一个PN结作为电极，而且PN结不能像一般二极管那样直接用电流进行充电或放电。
因为当给PN结施加正向电压时，PN结的内部会有大量电子通过，使PN结两端的电压升高；当给PN结施加反向电压时，电子被阻断，PN结会变成一个高阻值的、不带电的绝缘层。
这样就限制了PN结中电子的运动范围，从而保证了PN结内没有足够多的电子可以通过。
另外，当给PN结加反向电压时，晶闸管会在内部形成一个高电压梯度（即门极反向击穿）。
这样在晶闸管内部就会形成一个非常强的电场（相当于正向压强）。
这种电场将使电子从被阻断的PN结流向正向电压加在它上面的方向。
—— 1 —1 —。
电力电子技术课件-第3章 整流电路
Rid
2U2 sinwt
(3-2)
b)
图3-3 b) VT处于导通状态
在VT导通时刻，有wt=a，id=0，这是式（3-2）的初 始条件。求解式（3-2）并将初始条件代入可得
id
2U 2
sin(a
R (wta )
)e wL
Z
2U2 sin(wt ) (3-3)
Z
式中，Z
R2
(wL)2，
u
d
变且波形近似为一条水平线。
O i
d
iO
VT 1,4
I
d
wt
☞u2过零变负时，由于电感
I
d
的作用VT1、VT4仍有电流id，并
w t 不关断。
i
O
VT
2,3
I
d
wt
☞wt=p+a时刻，触发VT2和
O i
2
I
d
w t VT3，VT2和VT3导通，VT1和
O
I
u
d
VT 1,4
w t VT4承受反压关断，流过VT1和
二. 阻感负载
3、基本数量关系
√流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：
I dT
p a 2p
Id
(3-5)
IT
1
2p
p a
I
2 d
d
(wt
)
p a 2p
Id
(3-6)
√续流二极管的电流平均p 值 aIdDR和有效值IDR分别为
I dDR 2p I d
(3-7)
I DR
1
2p
2p a p
pa R
R
1 sin 2a p a
电力电子(晶闸管整流)
一、概述二、课程设计方案本次课程设计的要紧内容是利用晶闸管整流来设计直流电机操纵系统，要紧设计内容有1、电路功能：〔1〕、用晶闸管缺角整流实现直流调压，操纵直流电动机的转速。
〔2〕、电路由主电路与操纵电路组成，主电路要紧环节：整流电路及保卫电路。
操纵电路要紧环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保卫电路。
〔3〕、主电路电力电子开关器件采纳晶闸管、IGBT或MOSFET。
〔4〕、系统具有完善的保卫2、系统总体方案确定3、主电路设计与分析〔1〕、确定主电路方案〔2〕、主电路元器件的计算及选型〔3〕、主电路保卫环节设计4、操纵电路设计与分析〔1〕、检测电路设计〔2〕、功能单元电路设计〔3〕、触发电路设计〔4〕、操纵电路参数确定设计要求有一下四点：1、设计思路清晰，给出整体设计框图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。
4、绘制总电路图5、写出设计报告；要紧的设计条件有：1、设计依据要紧参数〔1〕、输进输出电压：〔AC〕220〔1+15%〕、〔2〕、最大输出电压、电流依据电机功率予以选择〔3〕、要求电机能实现单向无级调速〔4〕、电机型号布置任务时给定2、可提供实验与仿真条件三、系统电路设计1、主电路的设计〔1〕、主电路设计方案主电路的要紧功能是实现整流，将三相交流电变为直流电。
要紧通过整流变压器和三相桥式全控整流来实现。
整流变压器是整流设备的电源变压器。
整流设备的特点是原方输进电流，而副方通过整流原件后输出直流。
变流是整流、逆流和变频三种工作方式的总称，整流是其中应用最广泛的一种。
作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。
工业用的整流直流电源大局部根基上由交流电网通过整流变压器与整流设备而得到的。
整流变压器是专供整流系统的变压器。
整流变压器的功能：1.是提供整流系统适当的电压，2.是减小因整流系统造成的波形畸变对电网的污染。
第三章_电力电子技术—整流电路_li(第一次课)
变压器二次侧电流有效值i2与输出电流有效值i相等
I I2 1
(
2U 2 U sin t )2 d( t ) 2 R R
1 I 2
1 sin 2 2
I dVT
VT可能承受的最大正向电压为 VT可能承受的最大反向电压为
2 U2 2 2U 2
3.1单相可控整流电路
相控方式——通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出 电压大小的方式
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
阻感负载的特点：
电感对电流变化有抗拒作用，使得流过 电感的电流不能发生突变，因此负载的电流 波形与电压波形不相同。
3.1单相可控整流电路
3.1.1 单相半波可控整流电路——阻感负载
ud O i1 O
t
t
b)
3.1单相可控整流电路
3.1.3 单相全波可控整流电路
单相全波与单相桥式全控比较
单相全波只用2个VT，比单相全控桥少2个，相应地， 门极驱动电路也少2个 单相全波导电回路只含1个VT，比单相桥少1个，因而 管压降也少1个 VT承受最大正向电压 2U2，最大反向电压为 2 2U 2 ， 是单相全控桥的2倍 单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多
结构简单，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
实际上很少应用此种电路
分析该电路的主要目的在于利用其简单易学
的特点，建立起整流电路的基本概念
3.1单相可控整流电路
3.1.2 单相桥式全控整流电路——电阻负载
电路结构 VT1和VT4组成一对桥臂 VT2和VT3组成另一对桥臂
变频器技术与应用第3章 思考与练习解答
思考与练习1.交-直-交变频器的主电路包括那些组成部分？并说明各部分的作用。
答:交-直-交变频器的主电路由整流电路、中间电路、逆变电路三部分组成。
整流电路：把从电网接入幅值和频率都恒定的交流电压信号，经由整流器转换为直流电压；中间电路：整流器输出电压含有频率为电源频率6倍的纹波，中间电路的滤波电路能减少电压和电流的波动，还可以避免变频器被雷击时二极管被烧坏。
在直流回路中的制动电阻或反馈通道吸收电动机的再生电能，能使电动机快速制动。
逆变电路：能把直流电源逆变成交流电源，驱动电动机实现变速。
2.说明可控整流电路和不可控整流电路的组成和原理有什么区别。
答:不可控整流电路使用的器件为电力二极管，三相桥式整流电路共有6个整流二极管，其中3个二极管、、的阴极连接在一起，称为共阴极组；另外3个二极管、、的阳极连接在一起，称为共阳极组。
在接入电源、、工作期间，每等份时间段内，在共阴极组中二极管阳极电位最高的优先导通，在共阳极组中二极管阴极电位最低的优先导通。
同一时刻每组各一个二极管同时导通，其余四个反向截止。
在自然换相点各二极管换相导通或截止。
在每个周期内，每个二极管导通1/3周期，即导通角为120°，极性始终上正下负，为脉动直流电压。
负载电阻上输出的平均电压为输入相电压的2.34倍，不可改变。
可控整流电路：三相桥式整流电路中的二极管换为晶闸管（又称可控硅），就成为三相桥式全控整流电路。
当闸管阳极和阴极承受正向电压且门极和阴极两端加正向触发电压时才能导通，所以晶闸管可控整流电路输出电压的平均值可随门极控制电压信号的变化连续可调，负载上平均电压的平均值电压可被晶闸管触发延迟角调控。
3.中间电路有哪些形式？并说明各形式的功能。
答: 中间电路有哪些形式有滤波电路、制动电路。
滤波电路分为电压型可以可使直流母线电压基本保持恒定，能有效的减小受负载变动造成的影响；电流型电流基本不受负载的影响。
制动电路：分为动力制动、反馈制动、直流制动三种方式。
电力电子技术第3章 三相可控整流电路
第二节 时
三相全控桥式整流电路
整流电压为三相半波时的两倍，在大电感负载
20
图 3.9 三相桥式全控整流电路
21
图 3.10 三相全控桥大电感负载 α =0°时的波形
22
图 3.11 三相全控桥大电感负载 α =30°时的电压波形
23
图 3.12 三相全控桥大电感负载 α =60°时的电压波形
3
图 3.2是 α =30°时的波形。设 VT3 已导通， 当经过自然换流点 ωt0 时，因为 VT1的触发脉冲 ug1还没来到，因而不能导通，而 uc 仍大于零，所 以 VT3 不能关断，直到ωt1 所处时刻 ug1触发 VT1 导通，VT3 承受反压关断，负载电流从 c相换到 a 相。
4
图 3.2 三相半波电路电阻负载 α =30°时的波形
32
一、双反星形中点带平衡电抗器的可控整流电路 在低电压大电流直流供电系统中，如果要采用 三相半波可控整流电路，每相要多个晶闸管并联， 这就带来均流、保护等一系列问题。如前所述三相 半波电路还存在直流磁化和变压器利用率不高的问 题。
33
图 3.15 带平衡电抗器双反星形可控整流电路
34
图 3.16 带平衡电抗器双反星形可控整流 ud 和 uP 波形
26
图 3.14 三相桥式半控整流电路及波形 （a）电路图 （b）α =30° （c）α =120°
27
一、电阻性负载 控制角 α =0时，电路工作情况基本与三相全 控桥 α =0时一样，输出电压 ud波形完全一样。输 出直流平均电压最大为 2.34U2Φ。
28
由图 3.14（ b），通过积分运算可得Ud 的计 算公式
12
当 α >30°时，晶闸管导通角 θV=150°- α。 因为在一个周期内有 3次续流，所以续流管的导通 角 θVD=3（ α -30°）。晶闸管平均电流为
晶闸管整流电路
T u u
VT u id
VT
a)
1
2
u
d
R
u b) u
2
0
g
wt
1
p
2p
wt
wt
0 u VT
q
wt
如改变触发时刻：
在一个周期内，输出直流 电压脉动1次。
e)
0
wt
单相半波可控整流电路及波形
2.3.1 单相半波可控整流电路
基本数量关系
首先，引入两个重要的基本概念： 触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉 冲止的电角度,用表示,也称触发角或控制角。 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 。
引言
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。 按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为
单拍电路和双拍电路。
2.1
不可控器件—电力二极管· 引言
Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
2) 带阻感负载的工作情况
阻感负载的特点： VT处于断态时： 触发后VT开通：
c) u2 b) 0
wt 1
p
2p
wt
ug
id=0，VT关断承受反压
0 ud + d) 0 id e) 0 +
wt
负载直流平均电压下降
讨论负载阻抗角j、触发 角 a 、晶闸管导通角 θ 的 关系。
wt
q
《晶闸管整流电路》课件
电源
实验设备与测试方法
示波器 万用表
测试方法
实验设备与测试方法
使用示波器观察整流电路的输出波形
记录实验数据和波形，以便后续分析
使用万用表测量各点的电压和电流值
调试步骤与注意事项
调试步骤 1. 检查实验设备是否完好，确保电源、导线等正常工作。
2. 根据实验要求连接电路，确保连接正确无误。
启动条件
需要满足一定的电压和电 流条件，以确保晶闸管能 够正常启动。
正常工作过程
电流流向
工作状态
在正常工作状态下，电流从阳极流向 阴极，同时维持一定的电压和电流值 。
晶闸管整流电路处于稳态工作状态时 ，各参数保持恒定，系统稳定运行。
控制方式
通过调节触发信号的相位角，可以控 制输出电压和电流的大小，从而实现 整流功能。
2. 总结实验中的问题和不足之处，提出改进措施 。
THANKS.
电感器
总结词：特性
详细描述：电感器是一种储能元件，具有隔交通直的特 性。在整流电路中，它能够有效地将交流分量转化为磁 场能储存起来并在需要时释放出来。
03
晶闸管整流电路的
工作过程
启动过程
启动方式
通过在阳极和阴极之间施 加正向电压，使晶闸管从 截止状态进入导通状态。
触发信号
在启动过程中，需要施加 一个触发信号，使晶闸管 内部的电子发生跃迁，从 而导通电流。
设计原则与步骤
电路仿真
利用仿真软件对设计的电路进行模拟，验证其性能和可 靠性。
优化改进
根据仿真结果，对电路进行优化和改进，提高其性能和 可靠性。
元件选择与参数计算
1 2
元件选择
根据电路的工作环境和性能要求，选择合适的元 件型号和规格。
第3章 整流电路3-1 单相全波可控整流电路
o
ωt1 π
2π
ωt
ug
– VT2导通，两端电压为0
o ud
ωt
• 负 载：ud = –u2，id = Id
o
ωt
• 变压器：i1 = –nId
αθ i1
• 电 感：电感放电，感应电压为负
o
ωt
uVT1
• 晶闸管：uVT1 = 2u2，iVT1 = 0
o
ωt
• 晶闸管：uVT2 = 0，iVT2 = Id
12:18
第3章 整流电路
3
3.1.3 单相全波可控整流电路
带阻性负载时的工作情况
电路分析：寻找α = 0的位置
• VT1和VT2都不导通：VT1承受电压u2，VT2承受电压–u2
• VT1导通，VT2承受反压–2u2 • VT2导通，VT1承受反压2u2 • VT1和VT2同时导通？
u2
o
ωt
12:18
第3章 整流电路
18
思考题
计算题
如图所示，单相全波半控整流电路，变压器二次侧电压有效值U2
• 画出ud、i1和VT1的工作波形
• 求Ud、Id和α关系
u2
• 求晶闸管的移相范围 • 求晶闸管的额定电压和额定电流
o
ωt1 π
2π
ωt
α
ug
o
ωt
ud
i1 T
VT1
o
ωt
*
* u2
ωt1 π
2π
ωt
ug
– VT2阻断，承受正向电压–2u2
o ud
ωt
• 负 载：ud = u2，id = Id • 变压器：i1 = nId
o
三相可控整流电路晶闸管课后作业
17
13．三相整流桥，阻感负载，R=5Ω，L=∞，U2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、 Id、ID、I2和γ的值并作出ud、iD和i2的波形。
压三力相检可测控方整法流及电仪路表
18
压三力相检可测控方整法流及电仪路表
19
ud、iD和i2的u波2 形如下ua ： ub
uc
O t1
t
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
14
7．三相半波可控整流电路，反电动势阻感负载，U2=100V，R=1Ω，L=∞， LB=1mH，求当a=30时、E=50V时Ud、Id、γ的值并作出ud与iT的波形。
解：考虑LB时，有：
Ud＝1.17U2cosα－ΔUd
ΔUd＝3XBId∕2π
Id＝（Ud－E）∕R
解方程组得：
Ud＝（πR 1.17U2cosα＋3XBE）∕（2πR＋3XB）＝94.63（V）
和有效值IT。整流变压器一次侧电压为220V,求变压器一、二次侧
绕组电流的有效值，并作出ud、id和i2的波形；
解：ud、id和i2的波形如下图：
u2
O
ud
O
id
O i2
Id
O
t
t Id
t Id
t
压三力相检可测控方整法流及电仪路表
10
u2
O
ud
O
id
O i2
Id
O
输出平均电压：
Ud＝0.9 U2 cosα
其波形系数。
0
4
2
0
4
5 4
2 0 2
2
a)
b)
c)
图1-43
解：a)
Kf1
I1 Id1
1.75
晶闸管整流电路分类
晶闸管整流电路分类1. 引言晶闸管整流电路是一种常用的电力电子器件，广泛应用于各种电力控制系统中。
晶闸管整流电路的分类是根据其工作方式和输出特性来进行的。
本文将对晶闸管整流电路的分类进行详细介绍。
2. 半波整流电路半波整流电路是最简单的一种晶闸管整流电路。
它通过一个晶闸管和一个负载电阻来实现电流的单向导通。
工作原理如下：•在正半周期，当输入电压大于晶闸管的触发电压时，晶闸管导通，负载电阻上有电流通过，输出电压为正；•在负半周期，输入电压小于晶闸管的触发电压，晶闸管不导通，负载电阻上无电流通过，输出电压为零。
半波整流电路输出的电压波形只有正半周期，效率较低，适用于一些对输出电压要求不高的应用。
3. 全波整流电路全波整流电路是通过两个晶闸管和两个负载电阻来实现电流的单向导通。
工作原理如下：•在正半周期，晶闸管1导通，晶闸管2不导通，负载电阻1上有电流通过，输出电压为正；•在负半周期，晶闸管1不导通，晶闸管2导通，负载电阻2上有电流通过，输出电压为正。
全波整流电路输出的电压波形具有正半周期和负半周期，输出电压的纹波较小，效率较高，适用于对输出电压要求较高的应用。
4. 桥式整流电路桥式整流电路是通过四个晶闸管和一个负载电阻来实现电流的单向导通。
工作原理如下：•在正半周期，晶闸管1和晶闸管4导通，晶闸管2和晶闸管3不导通，负载电阻上有电流通过，输出电压为正；•在负半周期，晶闸管2和晶闸管3导通，晶闸管1和晶闸管4不导通，负载电阻上有电流通过，输出电压为正。
桥式整流电路输出的电压波形具有正半周期和负半周期，输出电压的纹波较小，效率较高，适用于对输出电压要求较高的应用。
与全波整流电路相比，桥式整流电路不需要中心点，结构更加简单。
5. 三相整流电路三相整流电路是通过六个晶闸管和一个负载电阻来实现电流的单向导通。
它适用于三相交流电源的整流，广泛应用于工业领域。
工作原理如下：•在正半周期，三相电源中的一个相位电压大于晶闸管的触发电压，该相位的两个晶闸管导通，负载电阻上有电流通过，输出电压为正；•在负半周期，三相电源中的一个相位电压小于晶闸管的触发电压，该相位的两个晶闸管不导通，负载电阻上无电流通过，输出电压为零。
电力电子技术-第三章--单相整流讲解
3.1.1 单相半波可控整流电路
（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier）
1. 电阻负载的工作情况
在工业生产中，某些负载基本上是电阻性的， 如电阻加热炉、电解和电镀等。
电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形 相同并且同相位，电流可以突变。 • 1. 工作原理 • 首先假设以下几点： • (1) 开关元件是理想的，即开关元件(晶闸管)导通 时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大； • 一般认为晶闸管的开通与关断过程瞬时完成。 • (2) 变压器是理想的，即变压器漏抗为零，绕组的 电阻为零、励磁电流为零。
id 的连续波形每周期分为两 段：u2过零前一段流经SCR， 时宽为π-α；之后一段流经 VDR ，时宽为π+α。由两器 件电流拼合而成。
若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有
SCR 平均值： I a I
dVT
2 d
（2-5）
SCR 有效值：
IVT
1
2
a
I
d2d
(t
在ωt=0到α期间，晶闸管uAK大于零， 但门极没有触发信号，处于正向关断状
态，输出电压、电流都等于零。
在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管 被触发导通，负载电压ud= u2。 在ωt1时刻，触发VT使其开通，u2加 于负载两端，id从0开始增加。这时，交 流电源一方面供给电阻R消耗的能量， 另一方面供给电感L吸收的磁场能量。
)
a 2
I
（2-6）
d
VDR 平均值： VDR 有效值：
a IdVDR 2 Id
（2-7）
IVDR
1
2
2 a
电力电子技术 第2至第8章作业 答案
第2至第8章作业第2章电力电子器件1、使晶闸管导通得条件就是什么？答:使晶闸管导通得条件就是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。
或:U AK>0且U GK>0。
2、维持晶闸管导通得条件就是什么？答:维持晶闸管导通得条件就是使晶闸管得电流大于能保持晶闸管导通得最小电流,即维持电流。
3、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压与外电路得作用使流过晶闸管得电流降到接近于零得某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通得晶闸管关断。
4、图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间得电流波形,各波形得电流最大值均为I m,试计算各波形得电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。
πππ4π4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形7、晶闸管得触发脉冲需要满足哪些条件？答:(1)触发信号应有足够得功率。
(2)触发脉冲应有一定得宽度,脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
第3章整流电路1、单相半波可控整流电路对电感负载供电,L＝20mH,U2＝100V,求当α＝0°与60°时得负载电流I d,并画出u d与i d波形。
2.单相桥式全控整流电路,U2＝100V,负载中R＝2Ω,L值极大,当α＝30°时,要求:①作出u d、i d、与i2得波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管得额定电压与额定电流。
3.单相桥式全控整流电路,U2=100V,负载中R=2Ω,L值极大,反电势E=60V,当a=30°时,要求:①作出u d、i d与i2得波形;②求整流输出平均电压U d、电流I d,变压器二次侧电流有效值I2;③考虑安全裕量,确定晶闸管得额定电压与额定电流。
4.单相桥式半控整流电路,电阻性负载,画出整流二极管在一周内承受得电压波形。
电力电子课程设计——单相全波晶闸管整流电路设计
电力电子技术课程设计说明书单相全波晶闸管整流电路设计摘要为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础理论，我们现在初次进行电力电子课程设计。
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,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。
但是晶杂管相控整流电路中随着触发角α的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。
把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。
通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。
这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景。
电力电子器件是电力电子技术发展的基础。
正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。
而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。
电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。
功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。
关键词：半导体、电力变换、整流电路ABSTRACTTo cultivate the use of basic knowledge of the ability of a simple circuit design, solid basic theory, we are now the first time the power electronics curriculum design.With the increasing development of science and technology, the circuit is also getting higher and higher, due to the need to size adjustable DC power supply in the actual production, and phase-controlled rectifier circuit structure is simple, easy to control, stable performance, easy to use it to get large and medium-sized, small-capacity DC, is currently the DC method has been widely applied. However, the grain hybrid tube of α increases with the firing angle of the phase-controlled rectifier circuits, harmonic component corresponding increase in the current, power factor is very low. SPWM control inverter circuit for the rectifier circuit, constitutes a PWM rectifier. Proper control of the PWM rectifier, so that the input current is very close to sine wave, and phase with the input voltage, power factor is approximately 1. This rectifier circuit is called a high power factor rectifier, which has broad application prospects.Power electronic devices is the basis for the development of power electronics technology. It is the invention of the power thyristor, semiconductor converter separated from the electronics, the development of the specialized disciplines of power electronics technology.Full-controlled power semiconductor devices invented in the 1990s, to further expand the areas and scope of the power electronics technology and coverage. The field of power electronics technology has gone deep into the sectors of national economies, including iron and steel, metallurgy, chemical industry, electric power, petroleum, automotive, transportation and people's daily life. The power range to thousands of megawatts of HVDC, as small as one-watt cell phone charger, power electronics technology can be seen everywhere.Key words semiconductor；power conversion；rectifier circuit目录1、设计任务书 (6)2、单相晶闸管整流电路供电方案的选择 (7)2.1单相桥式全控整流电路 (7)2.2单相双半波可控整流电路 (7)3、单相晶闸管整流电路主电路设计 (8)3.1主电路原理图 (8)3.2变压器参数的计算 (9)4、电路元件的选择 (10)4.1整流元件的选择 (10)5、保护元件的选择 (11)5.1变压器二次侧熔断器的选择 (11)5.2保护电路原理图及工作原理 (11)5.3晶闸管保护电路的选择 (11)6、单相整流电路的相控触发器电路 (13)6.1相控触发电路原理图及工作原理 (13)6.2相控触发芯片的选择 (13)7、单相整流电路设计总设计结果 (15)7.1 晶闸管工作原理 (15)7.2总电路的原理框图 (17)总结 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)1、《电力电子技术》课程设计任务书1.1设计课题目单相全波晶闸管整流电路设计（纯电阻负载）1.2设计要求1、单相全波晶闸管整流电路的设计要求为：负载为阻性负载.2、技术要求:(1) 电网供电电压：交流380V 10% f=50Hz；(2) 直流输出电压：0~220V/50~220V范围内；(3) 直流输出电流额定值100A，直流输出电流连续的最小值为10A；(4) 输出功率：500W；在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。
电力电子技术 第2至第8章作业 答案
第2至第8章作业第2章 电力电子器件1。
使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流（脉冲）。
或:U AK 〉0且U GK >0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么?答:维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
3。
怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
4。
图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
002π2π2ππππ4π4π25π4a)b)c)图1-430图1 晶闸管导电波形7。
晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件？答：（1）触发信号应有足够的功率。
（2）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡,使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通.第3章整流电路1。
单相半波可控整流电路对电感负载供电,L＝20mH，U2＝100V,求当α＝0°和60°时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。
2．单相桥式全控整流电路,U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出u d、i d、和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
3．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2Ω,L值极大，反电势E=60V，当a=30°时，要求：①作出u d、i d和i2的波形；②求整流输出平均电压U d、电流I d，变压器二次侧电流有效值I2；③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。
4．单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周内承受的电压波形。
晶闸管整流的设计原理
晶闸管整流的设计原理晶闸管整流是一种常见的电路设计，它采用功率半导体器件——晶闸管来进行电流整流操作。
晶闸管整流广泛应用于交流电源、直流电源和变流器等领域，具有体积小、重量轻、效率高的特点。
下面将详细介绍晶闸管整流的设计原理。
晶闸管整流的设计原理主要涉及晶闸管的导通和关断两个状态。
晶闸管的导通是通过控制其门极进行的，当门极施加正电压时，晶闸管进入导通状态；而当门极施加负电压时，晶闸管进入关断状态。
晶闸管整流的过程相对简单，主要包括导通和关断两个步骤。
首先是导通过程。
当输入交流电源上升到或超过晶闸管的开启电压（通常为0.6V），晶闸管开始导通。
此时输入电压呈上升趋势，晶闸管的瞬态电流也会短时间内上升到额定电流，晶闸管处于导通状态。
在导通过程中，晶闸管的电压降低，并且维持在很低的水平上，使得输入电源的电流能够通过晶闸管，输出到负载上。
导通的持续时间由输入电源的电压波形所决定，一般为半个周期。
然后是关断过程。
当输入交流电源下降至或超过晶闸管的关断电压（通常为0V），晶闸管开始关断。
此时输入电压呈下降趋势，晶闸管的瞬态电流也会短时间内下降到零，晶闸管处于关断状态。
在关断过程中，晶闸管的电流为零，不再存在通路，输入电源的电流不能通过晶闸管。
关断的持续时间由输入电源的电压波形所决定，一般也为半个周期。
在晶闸管整流电路中，还要注意到晶闸管的触发控制问题。
晶闸管的导通需要通过控制其门极电压来实现，一般采用触发电路来实现晶闸管的导通。
常用的触发电路有简单的正脉冲触发电路和门极极性反转触发电路。
正脉冲触发电路是通过在晶闸管的门极上施加正脉冲信号来实现导通；而门极极性反转触发电路是通过在晶闸管的门极上施加负脉冲信号来实现导通。
触发电路的设计使得晶闸管整流更加灵活，能够满足不同应用场景的需求。
此外，在实际的晶闸管整流电路设计中，还需要考虑到晶闸管的额定电流和额定电压等参数。
晶闸管的额定电流决定了其能够承受的最大电流值，过大的电流可能导致晶闸管热失控，从而影响整流效果；而晶闸管的额定电压则决定了其能够承受的最大电压值，超过额定电压可能使晶闸管击穿，从而导致损坏。
第三章 整流电路
c) 0 i2 d) 0
ωt
ωt
2-19
3.1.2 单相桥式全控整流电路
2）带阻感负载的工作情况 ） 假设电路已工作于稳态，id 的平 均值不变。 假设负载电感很大，负载电流id 连续且波形近似为一水平线。
u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4 并不关断。 至 ωt=π+α 时 刻 ， 晶 闸 管 VT1 和 VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2 和VT3 导通后，VT1 和VT4 承 受反压关断，流过VT1和VT4的电 流迅速转移到VT2和VT3上，此过 程称换相 换相，亦称换流 换流。 换相 换流
第3章 章
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
整流电路
单相可控整流电路 三相可控整流电路 变压器漏感对整流电路的影响 电容滤波的不可控整流电路 整流电路的谐波和功率因数 大功率可控整流电路 整流电路的有源逆变工作状态
3.8 晶闸管直流电动机系统 3.9 相控电路的驱动控制 本章小结
2U2 sinωtd(ωt) =
2 2
π
U2 cosα = 0.9U2 cosα （3-15）
2
晶闸管移相范围为0~90°。 ° 晶闸管承受的最大正反向电压均为 电流的平均值和有 id i VT O
1,4
ωt
ωt
Id Id Id Id Id
晶闸管导通角θ与a无关，均为180°。
2-1
第3章 章
整流电路：
整流电路·引言 整流电路 引言
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类： 整流电路的分类
按组成的器件可分为不可控 半控 全控 不可控、半控 全控三种。 不可控 半控、全控 按电路结构可分为桥式电路 零式电路。 桥式电路和零式电路 桥式电路 零式电路。 按交流输入相数分为单相电路 多相电路。 单相电路和多相电路 单相电路 多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为 单拍电路和双拍电路 单拍电路 双拍电路。 双拍电路
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2
0Leabharlann π2π3π
t
uT
Tr
ug
id
0
t
ud id Ud
VT
ud id
0
t
u1
u2
ud
-
uT
t
0
2U 2
-
变压器Tr起变换电压和隔离的作用。
在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在 ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上 的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻， 电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断， 负载电流为零。 在电源电压负半波，uAK＜0，晶闸管承受反向电 压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有 输出电压，直到电源电压u2的下一周期。直流输 出电压ud和负载电流id的波形相位相同。
第3章 晶闸管整流电路
本章要点
功率二极管、晶闸管的结构、工作原理、特性、 参数 不同负载时，单相整流电路的结构、工作原理、 波形分析和数量关系
用于单相整流电路的简易触发电路
电力电子器件的命名、选择原则
1.1 功率二极管
1.1.1 功率二极管的结构和工作原理
1、功率二极管的结构
2、功率二极管的工作原理
导通角θ，是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。
（2） 移相与移相范围 移相是指改变触发脉冲ug出现的时刻，即改变控制角α的 大小。 移相范围是指触发脉冲ug的移动范围，它决定了输出电压 的变化范围。单相半波可控整流器电阻性负载时的移相范 围是0～180º 。
2、基本数量关系
（1）直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id
1.2.1 晶闸管的结构
1、晶闸管的结构
具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。常见
的外形有两种：螺栓型和平板型。
结构和图形符号
A A
K G VT
P1 N1
G
J1 J2
J3
G
P2 N2
A K K
1、晶闸管工作原理的实验说明
1.2.2 晶闸管的工作原理
由电源、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路； 由电源、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触 发电路）。
7、断态电压临界上升率du/ dt
在额定结温和门极断路条件下，不导致器件从断 态转入通态的最大电压上升率。过大的断态电压 上升率会使晶闸管误导通。 8、通态电流临界上升率di / dt
在规定条件下，由门极触发晶闸管使其导通时， 晶闸管能够承受而不导致损坏的通态电流的最大 上升率。在晶闸管开通时，如果电流上升过快， 会使门极电流密度过大，从而造成局部过热而使 晶闸管损坏。
由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单 向导电、反方向阻断的电力电子器件。
1.1.2 功率二极管的伏安特性
1、功率二极管的伏安特性
2、功率二极管的开关特性
I dD
1.1.3 功率二极管的主要参数
1、额定正向平均电流（额定电流）
是指在规定的环境温度和标准散热条件下，管子允许长期 通过的最大工频半波电流的平均值。元件标称的额定电流
注意：晶闸管是以电流的平均值而非有效值作为 它的电流定额，这是因为晶闸管较多用于可控整 流电路，而整流电路往往按直流平均值来计算。
它的通态平均电流IT(AV)和正弦电流最大值Im之间 的关系表示为： 1 1 I T(AV) 0 I m sin td (t ) I m 2 正弦半波电流的有效值为： 1 1 2 IT 0 ( I m sint ) d (t ) I m 2 2
2 AK 2
3、数量关系
直流输出电压平均值Ud为
1 Ud 2U 2 sintd (t ) 2 从Ud的波形可以看出，由于电感的存在，电源电 压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了 负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电 感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压 平均值趋于零，则id也很小。所以，实际的大感 电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管。
电源电压反向后，从正向电流降为零起到 能重新施加正向电压为止定义为器件的电 路换向关断时间toff。反向阻断恢复时间trr与 正向阻断恢复时间tgr之和。
toff=trr+tgr
1.2.4 晶闸管的主要参数
1、额定电压UTn
（1）正向重复峰值电压UDRM
在控制极断路和正向阻断条件下，可重复加在晶 闸管两端的正向峰值电压。规定此电压为正向不 重复峰值电压UDSM的80%。 （2）反向重复峰值电压URRM
（5）晶闸管承受的最大正反向电压Um
晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。
U m 2U 2
二、单相半波可控整流电路（阻感性负载）
1、电路的结构
阻感性负载的等效电路可用一个电感和电阻的串联电路来表 示。
2、工作原理
（1）在ωt=0~α期间：晶闸管阳-阴极间的电压uAK大于零， 此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、 电流都等于零。 （2）在ωt=α时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电 源电压u2加到负载上，输出电压ud= u2 。由于电感的存在， 负载电流id只能从零按指数规律逐渐上升。 （3）在ωt=ωt1~ ωt2期间：输出电流id 从零增至最大值。在 id的增长过程中，电感产生的感应电势力图限制电流增大， 电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储 能。
当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，
形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下：
IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑
晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的
正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将 处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使 其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关 断晶闸管可采用的方法有 : 将阳极电源断开；改变晶闸 管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。
U2 I IT I2 R
1 π sin 2 4π 2π
（4）功率因数cosφ
整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在 功率的比值
cos P UI 2 S U2I2 1 π sin 2 4π 2π
式中 P—变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R
S—变压器二次侧视在功率，S=U2I2
K f I T 1.57 I T(AV )
式中 Kf―为波形系数
流过晶闸管的电流波形不同，其波形系数也不同，
实际应用中，应根据电流有效值相同的原则进行
换算，通常选用晶闸管时，电流选择应取(1.5～2) 倍的安全裕量。
3、维持电流IH
在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后， 从较大的通态电流降至维持通态所必须的最小阳 极电流。
U 1 2π
2U sint dt
2
2
U2
1 π sin 2 4π 2π
输出电流有效值I:
U U2 I R R 1 π sin 2 4π 2π
（3）晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值 单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压器二次侧流 过相同的电流，故其有效值相等，即：
通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备两个条件: （1）晶闸管主电路加正向电压。 （2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为 半控型器件。为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到 一定数值以下，这只有通过使阳极电压减小到零或反向的 方法来实现。
2、晶闸管工作原理的等效电路说明
（4）在ωt=ωt2~ ωt3期间：负载电流从最大值开始下 降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持 电流不变。 （5）在ωt=π时，交流电压u 过零，由于感应电压的 存在，晶闸管阳极、阴极间的电压u 仍大于零，晶 闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变 成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网， 电感的储能全部释放完后，晶闸管在u 反压作用下 而截止。直到下一个周期的正半周，即ωt=2π+α时， 晶闸管再次被触发导通，如此循环不已。
晶闸管的开关特性如图所示。
晶闸管开关特性的说明
第一段延迟时间td。阳极电流上升到10％所需时间，此时J2 结仍为反偏，晶闸管的电流不大。
第二段上升时间tr，阳极电流由0.1上升到0.9所需时间，这 时靠近门极的局部区域已经导通，相应的J2结已由反偏转 为正偏，电流迅速增加。 通常定义器件的开通时间ton为延迟时间td与上升时间tr之和。 即 ton=td+tr
直流输出电压平均值Ud:
1 Ud 2π
2U 2 sin tdt
2U 2 1 cos 1 cos 0.45U 2 π 2 2 输出电流平均值Id:
Ud U 2 1 cos Id 0.45 R R 2
（2）输出电压有效值U与输出电流有效值I 输出电压有效值U:
在控制极断路时，以重复加在晶闸管两端的反向 峰值电压。此电压取反向不重复峰值电压URSM的 80%。
晶闸管的额定电压则取UDRM和URRM的较小值且靠 近标准电压等级所对应的电压值。 选择管子的额定电压UTn应为晶闸管在电路中可能 承受的最大峰值电压的2~3倍。
2、额定电流IT(AV)
是指：在环境温度为40度和规定的散热条件下， 晶闸管在电阻性负载时的单相、工频（50Hz）、 正弦半波（导通角不小于170度）的电路中，结温 稳定在额定值125度时所允许的通态平均电流。
4、擎住电流IL 晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号之后， 要器件维持通态所需要的最小阳极电流。对于同 一个晶闸管来说，通常擎住电流IL约为维持电流IH 的(2～4)倍。
5、门极触发电流IGT
在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从 阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。 6、门极触发电压UGT 对应于门极触发电流时的门极触发电压。触发电 路给门极的电压和电流应适当地大于所规定的UGT 和IGT上限，但不应超过其峰值IGFM 和 UGFM。