单相半控桥式晶闸管整流电路的设计样本

学号：

课程设计

题目单相半控桥式晶闸管整流电路设计

（带续流二极管）（阻感负载）

学院自动化

专业自动化

班级100...班

姓名

指引教师许湘莲

年12 月29 日

一课程设计性质和目

性质：是电气信息专业必修实践性环节。

目：

1、培养学生综合运用知识解决问题能力与实际动手能力；

2、加深理解《电力电子技术》课程基本理论；

3、初步掌握电力电子电路设计办法。

二课程设计内容:

单相半控桥式晶闸管整流电路设计（带续流二极管）（阻感负载）

设计条件：

1、电源电压：交流100V/50Hz

2、输出功率：500W

3、移相范畴0º~180º

三课程设计基本规定

1、两人一种题目，按学号组合；

2、依照课程设计题目，收集有关资料、设计主电路、控制电路；

3、用MATLAB/Simulink对设计电路进行仿真；

4、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，阐明主电路工作原理、选取元器件参数，阐明控制电路工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，阐明仿真过程中遇到问题和解决问题办法，附参照资料；

5、通过答辩。

电力电子技术课程设计是在教学及实验基本上，对课程所学理论知识深化和提高。本次课程设计要完毕单相桥式半控整流电路设计，对电阻负载供电，并使输出电压在0到180伏之间持续可调，由于是半控电路，因而会用到晶闸管与电力二极管。此外，还要用MATLAB 对设计电路进行建模并仿真，得到电压与电流波形，对成果进行分析。

核心词：半控整流晶闸管

1 设计基本规定 (1)

1.1设计重要参数及规定：........................................................................................ 错误!未定义书签。

1.2 设计重要功能 (1)

2总体系统 (2)

2.1主电路构造及其工作原理 (2)

2.2 参数计算 (2)

3硬件电路 (4)

3.1 系统总体原理框图 (4)

3.2 驱动电路 (5)

3.2.1 驱动电路方案 (5)

3.2.2 驱动电路设计 (5)

3.3 保护电路 (8)

3.3.1 变压器二次侧熔断器 (8)

3.3.2 晶闸管保护电流 (9)

3.4 触发电路 (10)

4 元器件选取 (11)

4.1 晶闸管 (11)

4.1.1 晶闸管构造与工作原理 (11)

4.1.2 晶闸管选取 (13)

4.2 电力二极管 (13)

5 MATLAB建模与仿真 (14)

6 心得体会 (18)

参照文献 (19)

1 设计基本规定

1.1设计重要参数及规定：

设计条件：1、电源电压：交流100V/50Hz

2、输出功率：500W

3、移相范畴0º~180º

1.2 设计重要功能

单相桥式半控整流电路工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。单相桥式整流电路在感性负载电流持续时，当相控角α<90°时，可实现将交流电功率变为直流电功率相控整流；在α>90°时，可实现将直流电返送至交流电网有源逆变。在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以保证不发生换相（换流）失败事故。

不含续流二极管电路具备自续流能力，但一旦浮现异常，会导致：一只晶闸管与两只二极管之间轮流导电，其输出电压失去控制，这种状况称之为“失控”。失控时输出电压相称于单相半波不可控整流时电压波形。在失控状况下工作晶闸管由于持续导通很容易因过载而损坏。由于半导体自身具备续流作用，半控电路只能将交流电能转变为直流电能，而直流电能不能返回到交流电能中去，即能量只能单方向传递。

含续流二极管电路具备电路简朴、调节以便、使用元件少等长处，并且不会导致失控显现，续流期间导电回路中只有一种管压降，少了一种管压降，有助于减少损耗。

2总体系统

2.1主电路构造及其工作原理

单相桥式半控整流电路虽然具备电路简朴、调节以便、使用元件少等长处，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小缺陷。其使用电路图如下图2.1所示。

图2.1 主体电路构造原理图

在交流输入电压u2正半周（a 端为正）时，Th1和D1承受正向电压。这时如对晶闸管Th1引入触发信号，则Th1和D1导通电流通路为u2+→Th1→R →D1→u2-。

这时Th2和D1都因承受反向电压而截至。同样，在电压u2负半周时，Th2和D2承受正向电压。这时，如对晶闸管Th2引入触发信号，则Th2和D2导通，电流通路为：u2-→Th2→R →D2→u2+。

这时Th1和D1处在截至状态。显然，与单相半波整流相比较，桥式整流电路输出电压平均值要大一倍。

2.2 参数计算

输出电压平均值： 1

221cos 1cos 2sin ()0.922

d U U U td t U παααωωππ++===⎰ （2-1） α=0时，U d =U d0=0.9U ；α=1800时，U d =0。可见，α角移相范畴为1800。

向负载输出直流电流平均值为

1cos 1cos 0.922

d d U U I R R R ααπ++=== （2-2） 输出电压平均值： U d =0.9U 22

cos 1α+ （2-3）

输出电流平均值： d I = U d /R （2-4） 流过晶闸管电流有效值： I VT = d I /2 （2-5）

波形系数： K f = I VT /d I =2/2 （2-6）

交流侧相电流有效值： I 2=π

απ-·I d （2-7） 续流管电流有效值： I VD =π

α·I d （2-8）

I == （2-9）

012

I Imsin Im d td t π

ωωππ==⎰ （2-10）

Im/2Im/f K π=

= （2-11） 1.57T f d

I K I = （2-12） 2.51.57f d T K I I A ∴== （2-13）

令0=∂0时，U 2=220V,P 出=50V ×10A=500W 。U d =0.9U 2(1+∂cos )/2=198V

I d =P 出/U d =10.8A ，K f =I VT / I d =2/2=0.707，

晶闸管额定电流为：I T = K f I d /1.57=2.5A,取2倍电流安全储备，并考虑晶闸管元件额定

电流系列取5A 。 晶闸管元件额定电压2U 2=2100=141.4V ，取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额