单相桥式半控整流

目录

摘要 (2)

1.设计任务和要求 (3)

设计任务 (3)

设计要求 (3)

2.单相桥式半控整流电路的设计 (2)

设计方案 (2)

主电路的原理与设计 (4)

驱动电路的原理与设计 (5)

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元器件的选取及相关参数计算 (8)

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电力电子器件的保护 (11)

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总电路原理图及工作原理 (12)

建模与仿真 (12)

心得体会 (13)

参考文献 (13)

摘要

就是把交流电能转换成直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、驱动电

路、整流主电路、保护电路等组成。它在直流电机调速、发电机的励磁调节、电

解、电镀等领域得到广泛应用。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流电路和

晶闸管组成。而变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压的匹配以及交

流电网与整流电路之间的电隔离（可以减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。

整流电路的种类很多，主要有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式

全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。本课程设计

为单相桥式半控整流电路。

关键字：整流驱动过电压保护变压

单相桥式半控整流电路

1.设计任务和要求

设计任务

单相桥式半控整流电路的技术要求：

设计一单相桥式半控整流电路，对RL负载供电，其中R=10Ω，L=20mH；要求直流输出电压在0～180伏连续可调。

设计要求

1)方案设计

2)完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择

3)触发电路的设计

4)绘制系统电路图

5)利用matlab仿真软件建模并仿真，获取电压电流波形，对结果进行分析

6)撰写设计说明书

2.单相桥式半控整流电路的设计

设计方案

在单相桥式全控整流电路中，每一个导电回路中都有两个晶闸管，即利用两个晶闸管同时导通以控制导电的回路。实际上对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管就够了，另一个可以用二极管代替。从而简化整个电路，调节起来也比较方便，并且也节省了成本，这就是单相桥式半控整流电路。

本设计电路主要由触发电路、主电路、和过电压过电流保护电路组成

主电路的原理与设计

在单相桥式半控整流电路中，电网电压经变压器到整流电路，整流部分由两个晶闸管VT1、VT3和两个二极管VD2和VD4组成，如下图2-1所示。由于负载为阻感负载，因此在电路中加了续流二极管VDR，以免发生失控现象。实际运行中如果没有徐i，则当α突然增大至180°或者触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续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Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。

图2-1 单相半控整流电路主电路

在U2正半周，触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，U2经VT1和VT4向负

载供电。U2过零变负时，因电感作用使电流连续，VDR导通，Ud为零。此时为负的U2通过VDR向VT1施加反压使其关断。而此时由刚才L中储存的能量正好保证了电流在VDR-R-L回路中流通，此过程也就是续流的过程。也就是说此时如果忽略VDR的管压降，则在续流期间Ud为零，就不会像全控桥电路那样出现Ud 为负的现象了。

在U2负半周，当晶闸管在触发角α处给晶闸管VT3加触发脉冲，U2经过VT3和VD2向负载供电。U2过零变正的时候，同样因电感作用使电流连续，VDR导通，Ud为零。此时为负的U2通过VDR向VT3施加反压使其关断。L中储存的能量保证电流在VDR-R-L回路中流通。也就是说如果忽略VDR的管压降，则在续流期间Ud为零，Ud也就不会出现为负的现象了。

驱动电路的原理与设计

单结晶体管（简称UJT）又称双基极二极管，它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。其结构、符号和等效电路如图2-2所示。只有一个PN结作为发射极而有两个基极三端半导体器件，早期称为双基极二极管。其典型结构是以一个均匀轻掺杂高电阻率的N型单晶半导体作为基区,两端做成欧姆接触的两个基极，在基区中心或者偏向其中一个极的位置上用浅扩散法重掺杂制成 PN结作为发射极(图中2-2a)。当基极B1和B2之间加上电压时（图中2-2b），电流从B2流向B1,并在结处基区对B1的电势形成反偏状态。如果将一个信号加在发射极上，且此信号超过原反偏电势时，器件呈导电状态。一旦正偏状态出现，便有大量空穴注入基区，使发射极和B1之间的电阻减小，电流增大，电势降低，并保持导通状态，改变两个基极间的偏置或改变发射极信号才能使器件恢复原始状态。因此，这种器件显示出典型的负阻特性（见图2-2c）,特别适用于开关系统中的弛张振荡器，可用于定时电路、控制电路和读出电路。

图2-2 单节晶体管结构、符号及等效电路

从图2-2可以看出，两基极b1与b2之间的电阻称为基极电阻rbb=rb1+rb2若在两个基极b2、b1间加上正电压Vbb，则A点电压为：VA=[rb1/(rb1+rb2)]vbb=(rb1/rbb)vbb=ηVbb

式中：η----称为分压比，其值一般在之间；rb1----第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化；rb2----第二基极与发射结之间的电阻，其数值与ie无关；发射结是PN结，与二极管等效。

当Ve＜η Vbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceo。

当Ve≥η Vbb+VD时 VD为二极管正向压降（约为伏），PN结正向导通，Ie显着增加，rb1阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而