单相半控桥式整流电路设计
单相半控桥式整流电路设计
摘要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。
整流的基础是整流电路。
由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。
整流电路的应用十分广泛。
广泛的应用于直流电动机、电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源灯。
本设计研究了单相半控桥式整流电路，对整流电路的原理及特点进行了分析，对整流元件进行了参数计算并选择出了合适的器件。
本设计选择KJ004集成触发器做为晶闸管的触发电路，详细的介绍了KJ004的工作原理。
本设计还设计了合理的保护电路。
最后利用simulink搭建仿真模型。
关键词：半控整流，驱动电路，保护电路，simulink仿真单相半控桥式整流电路设计1 主电路的设计1.1设计目的(1)、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。
(2)、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。
(3)、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。
1.2整流电路的选择整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
单相半波桥式整流电路
-
u
2
电阻负载的特点：电压与电流成正比, b)
0
wt 1
p
2pLeabharlann wt两者波形相同。
u
g
c)
★ 两个重要的基本概念：
0
wt
u
d
触发延迟角：从晶闸管开始承受正向 d)
0a
q
wt
阳极电压起到施加触发脉冲止的电角
u
VT
度,用a表示,也称触发角或控制角。 e)
0
wt
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 。
2)带阻感负载的工作情况
电感性负载更为多见，如电机
及励磁绕组等。 阻感负载的特点：电感对电流 变化有抗拒作用，使得流过电 感的电流不发生突变。
u2
b)
0
wt1
p
ug
c) 0
ud
d) 0a id
e) 0
u VT
+ q
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
5
单相半波可控整流电路
p
2p
wt
变但瞬时值变化的脉动直流，其
u
g
波形只在u2正半周出现，故称 c) 0
wt
“半波”整流。
u
d
基本数量关系
d)
0a
q
wt
Ud
1
2p
p a
2U2 sin wtd (wt)
u
VT
e) 0
wt
0.45U
2
1
cos 2
单相桥式半控整流电路
图3 单相半控桥电感性负载不接续流二极管的情况分析
四、单相桥式半控接续流二极管整流电路
➢有 续 流 二极 管 VDR 时 ， 续 流过 程 由 VDR完成，晶闸管关断，避免了某一 个晶闸管持续导通从而导致失控的现 象。同时，续流期间导电回路中只有 一个管压降，有利于降低损耗。
图4单相桥式半控整流电路接续流二极管的电路及波形
单相桥式半控整流电路
一、单相桥式半控整流电路（不接续流二极管）
单相全控桥中，每个导电回路中有2个 晶闸管，为了对每个导电回路进 行控制， 只需1个晶闸管就可以了，另1个晶闸管可 以用二极管代替，从而简化整个电路。如 此即成为单相桥式半控整流电路。（该电 路未接续流二极管）
图1 单相桥式半控带感性负载电路
图2 单相桥式半控整流电路，阻感负载时 的电路及波形
二、单相桥式半控整流电路工作原理
在u2负半周触发角α时刻触发VT3，VT3 导通，则向VT1加反压使之关断，u2经 VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时， VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud
又为零。 半控整流电路与全控整流电路在电阻负载 时的工作情况相同。
二、单相桥式半控整流电路工作原理
在u2正半周，触发角α处给晶闸管VT
加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。
当u2过零变负时，因电感作用使电流
连续，VT1继续导通。但因α点电位低于b 点 电 位 ， 使 得 电 流 从 VD4 转 移 至 VD2， VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组， 而是由VT1和VD2续流。
五、接续流二极管整流电路数量关系
➢晶闸管和二极管电流有效值 ➢续流二极管电流有效值 ➢变压器二次侧电流有效值
I DR I d
(完整版)单相桥式半控整流电路
单相桥式半控整流电路1.带电阻负载的工作情况在单向桥式半控整流电路中，VT1和VD4组成一对桥臂，VD2和VT3组成另一对桥臂。
在u 正半周（即a 点电位高于b 点电位），若4个管子均不导通，负载电流id 为零，ud 也为零，VT1、VD4串联承受电压u ，设VT1和VD4的漏电阻相等，则各承受u 的一半。
若在触发角处给VT1加触发脉冲，VT1和VD4即导通，电流从电源a 端经VT1、R 、VD4流回电源b 端。
当u 过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VD4关断。
在u 负半周，仍在触发延迟角处触发VD2和VT3，VD2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R 、VD2流回电源a 端。
到u 过零时，电流又降为零，VD2和VT3关断。
此后又是VT1和VD4导通，如此循环地工作下去。
晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。
整流电压平均值为α=0时， Ud =Ud0=0.9 U2。
α =180°时， Ud = 0。
可见，α角的移相范围为0--180°。
θ 的范围为0--180.向负载输出的直流电流平均值为：晶体管VT1和VD4，VD2和VT3轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：流过晶闸管的电流有效值为:变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为2.带RL负载的工作情况先不考虑(续流二极管VDR ）1.每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。
2.在u2正半周，处触发VT1，u2经VT1和VD4向负载供电。
3.u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通，但因a点电位低于b点电位，电流是由VT1和VD2续流，ud=0。
4.在u2负半周，处触发触发VT3，向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。
5.u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。
VT3和VD4续流，ud又为零。
续流二极管VDR1若无续流二极管，则当α突然增大至180或触发脉冲丢失时，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。
单相半控桥式整流电路的设计说明
Kf=IVT/ Id= /2=0.707，
晶闸管的额定电流为：IT= KfId/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 U2= 100=141.4V，取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列取300V。
令 时，
指导教师签名：
课程负责人签名：
年 月 日
1
1.1 设计的主要参数及要求：
设计要求：1、电源电压：交流220V/50Hz
2、输出电压围：20V-50V
3、最大输出电流：10A
4、具有过流保护功能，动作电流：12A
5、具有稳压功能
6、电源效率不低于70%
1.2 设计的主要功能
单相桥式半控整流电路的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连续时，当相控角α<90°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流；在α>90°时，可实现将直流电返送至交流电网的有源逆变。在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以确保不发生换相（换流）失败事故。
（2）具有稳压功能。
2、设计要求
（1）合理选择晶闸管型号；
（2）完成电路理论设计、绘制电路图、电路图典型波形并进行模拟仿真。
二、主要参考资料
[1] 王兆安，黄俊，电力电子技术（第4版）[M]，北京：机械工业，2000.
[2] 王兆安，明勋，电力电子设备设计和应用手册（第2版）[M]，北京：机械工业，2005.
输出电流的平均值：
2.3 参数计算
输出电压平均值：
U =0.9U2
输出电流平均值：
= Ud/R
a)流过晶闸管电流有效值：
单相桥式半控整流电路的设计
2.2主要元器件的选择
1)晶闸管的选取
图2晶闸管的结构及符号
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。
晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 其结构及符号如图2所示。由于单相桥式半控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。
单结晶体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要决定于电容器放大电的时间常数。R1或C太小，放电快，触发脉冲的宽度小，不能使晶闸管触发。因为晶闸管从阻断状态到完全导通需要一定时间，一般在10uf以下，所以触发脉冲的宽度必须在10uf以上。但是，若C值太大，由于充电时间常数（RP+R）C的最小值决定于最小控制角，则（RP+R）就必须很小，如上所述，这将引起单结晶体管的直通现象。如果R1太大，当单结晶体管尚未导通时，其漏电流就可能在R1上产生较大的电压，这个电压加在晶闸管的控制极上而导致误触发。一般规定，晶闸管的不触发电压为0.15~0.3V，所以上述电压不应大于这个数值。
3）晶闸管 提取路径：Simulink\SimpowerSystem\Power Electronics\Thyristor
（3）随着发射极电流ie不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不在降了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压，Vv和谷点电流Iv。
（4）过了V点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以uc继续增加时，ie便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ve＜Vv，管子重新截止。
单相半控桥式晶闸管整流电路设计
单相半控桥式晶闸管整流电路设计
首先，我们需要选取合适的晶闸管。
选择晶闸管时，需要考虑电流、
电压和功率的要求，以确保晶闸管能够正常工作并满足应用需求。
第二步是设计电流限制电路。
电流限制电路用于限制电流通过晶闸管
的大小，以防止晶闸管因过载而损坏。
一种常见的电流限制电路是采用电
流互感器，通过测量电流并输出反馈信号，以控制晶闸管的导通角度。
此外，还可以使用电流变压器或电阻器来实现电流限制。
接下来，我们需要设计控制电路。
控制电路用于控制晶闸管的导通角度，并确定晶闸管何时开启和关闭。
常用的控制电路包括脉冲宽度调制（PWM）控制和零点检测控制。
在PWM控制中，通过调制输入信号的脉冲
宽度来控制晶闸管的导通角度。
而零点检测控制则是通过检测电压波形的
零点来判断晶闸管的开启和关闭时机。
此外，为了确保整流电路的稳定性和安全性，还需要添加电容滤波电
路和过压保护电路。
电容滤波电路用于平滑输出电压，减少电压波动；而
过压保护电路则用于防止电压超出设定范围，保护电路和设备。
最后，根据设计的电路参数和需求进行计算和选取其他元器件，如电阻、电感、二极管等。
通过计算和仿真，验证电路的性能和稳定性，确保
整流电路能够正常工作。
总结起来，设计单相半控桥式晶闸管整流电路需要考虑晶闸管的选取、电流限制电路、控制电路、电容滤波电路和过压保护电路等因素。
通过综
合考虑这些因素，并进行计算和仿真，可以设计出一个性能稳定的单相半
控桥式晶闸管整流电路。
单相半控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)
单相半控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)概述本文将介绍单相半控桥式晶闸管整流电路的设计，该电路适用于阻感负载。
晶闸管无法正常导通，需要外部触发信号时，使用RC触发电路。
设计的目的是通过阻感负载实现电能的稳定输出。
晶闸管选择在设计单相半控桥式晶闸管整流电路时，需要选购合适的晶闸管。
常用的有BTA08-600、BTA12-600B和BTA16-600BW。
在选购时，需要考虑晶闸管的额定电压和额定电流。
同时还需注意晶闸管的触发电流和停止电流。
桥式整流电路的设计桥式整流电路主要由4只晶闸管和4只二极管组成。
需要注意的是，二极管的极性应与晶闸管的导通方向相反。
桥式整流电路的原理是，晶闸管V1和V2分别控制输出电源的正半周期，而V3和V4则控制负半周期。
整个电路的输出电压可以通过改变晶闸管的导通角度来控制。
控制角度越大，输出电压就越高。
阻感负载的设计在实际应用中，常使用阻感负载来实现负载的稳定输出。
阻感的本质是将电流稳定地输出到负载上，有效地抑制了电路中的尖峰和电压陡峭上升。
具体设计时，需要考虑阻感的额定电流和电感值。
在设计的过程中，还需注意负载的功率和输出电压的稳定性。
RC触发电路的设计由于晶闸管无法正常导通，需要外部触发信号时，我们需要使用RC触发电路。
常见的RC触发电路有正弦波触发和方波触发两种。
在实际设计中，需要根据具体的应用场景来选择合适的触发电路。
总结本文介绍了单相半控桥式晶闸管整流电路的设计方法，包含了晶闸管和阻感负载的选择、桥式整流电路的设计、阻感负载的设计以及RC触发电路的设计等内容。
希望对读者在实际应用中提供参考。
单相半控桥式晶闸管整流电路设计(反电势、电阻)
单相半控桥式晶闸管整流电路设计(反电势、电阻)1. 背景在电力系统中，直流电源是非常重要的一种电源。
晶闸管在电力控制方面拥有广泛的应用，因为它能够提供高效的控制机制，包括在半导体设备上实现电流开关，以及实现定时控制等功能。
单相半控桥式晶闸管整流电路是一种非常常见的整流电路类型，也非常适合用于小功率应用。
本文将介绍如何设计一种单相半控桥式晶闸管整流电路，同时还会探讨反电势电路和电阻的设计问题。
2. 基本原理单相半控桥式晶闸管整流电路是一种将交流信号转换为直流信号的电路。
它通过将半桥整流电路和反电势电路组合在一起，完美地解决了整流电流方向的问题。
在这种电路中，半桥整流电路利用两个反相并联的晶闸管实现半波整流，而反电势电路则通过电感、电容的组合实现对负载电流的控制。
3. 电路设计3.1 半桥整流电路如图所示，首先需要设计半桥整流电路。
在这种电路中，使用两个反相并联的晶闸管V1和V2以及两个并联的负载电阻R1和R2实现单向导电性。
在负载电阻R1和R2上加上一个串联电感L1，可以有效地抑制负载电流的突变。
+---->Vout|Vin ---+--->V1------+| || R1 || |+-----+------+------>GND| || || L1| || |+------+------>Vout|R2||GND3.2 反电势电路接下来需要安装反电势电路。
反电势电路通过控制电感、电容并结合晶闸管V3的使能脚，实现对负载电流的控制。
+----+-------+| | |C1| | || L2 G|+----|---TT-+--->Vout| |V3-----D-+| |+-------+值得一提的是，在选择元器件时，需要注意反电势电路的电感和电容的选取，因为它们显著影响反电势电路的性能。
3.3 电阻最后需要考虑的是电阻。
这个简单的部分是整个电路设计的最后一步。
需要根据设计参数以及所需功率和工作电压等因素来确定电阻的取值，并按照电路图所示的方式将其安装在负载电路的两端。
实验七单相桥式半控整流电路实验
调整触发角并记录实验数据
调整触发角
通过改变晶闸管的触发角，观察整流 电路的工作状态变化。
记录实验数据
在调整触发角的过程中，记录输入、 输出电压、电流等参数的变化情况， 并进行分析。
04 实验结果与分析
整流电路的输出电压与电流波形
总结词
通过实验，我们观察到了整流电路的输出电压与电流波形，并对其进行了分析。
解决方案2
尝试增加负载电阻的阻 值，以减小电流对输出
电压的影响。
对电力电子技术的展望与思考
展望
随着电力电子技术的不断发展，未来可能会 有更加高效、智能的整流电路出现，为电力 系统的稳定运行提供更加可靠的保障。
思考
在实验过程中，我深刻体会到了电力电子技 术在实际应用中的重要性。我认为，为了更 好地掌握这门技术，除了学习理论知识外， 还需要多进行实践操作，通过实验加深对原 理的理解。同时，也需要关注电力电子技术 的发展动态，了解最新的研究成果和应用情 况。
的控制。
了解单相桥式半控整流电路在不 同控制信号下的工作状态和输出
特性。
学习整流电路的参数计算和元件选择
学习整流电路的参数计算，包括输入电压、输出电压、电流等参数的计算方法。
学习元件的选择原则，包括晶闸管、二极管、电容等元件的选择标准和使用注意事 项。
掌握根据实际需求进行元件参数的计算和选择，以确保整流电路的性能和稳定性。
详细描述
在实验过程中，我们通过改变触发角的大小，观察到了整流电路输出电压和电流波形的变化。随着触 发角的增大，输出电压和电流波形均呈现出逐渐减小的趋势。这一结果表明，触发角是影响整流电路 性能的重要参数。
元件参数对整流电路性能的影响
总结词
实验结果显示，元件参数对整流电路的性能具有重要影响。
单相桥式半控课程设计
单相桥式半控课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解单相桥式半控整流电路的基本原理和电路组成。
2. 学生能够掌握单相桥式半控整流电路的导电过程和工作特点。
3. 学生能够解释单相桥式半控整流电路中各元器件的作用及其相互关系。
技能目标：1. 学生能够正确绘制单相桥式半控整流电路图，并识别电路中的关键元件。
2. 学生能够运用所学知识，分析单相桥式半控整流电路在不同负载下的工作状态。
3. 学生能够通过实验操作，验证单相桥式半控整流电路的导电规律，提高实践操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术学科的兴趣，激发学习热情，增强自信心。
2. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与交流能力，养成良好的学习习惯。
3. 增强学生对我国电子科技发展的自豪感，树立正确的价值观，培养创新意识和实践能力。
课程性质：本课程为电子技术基础课程，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生具备一定的电子元器件知识和基础电路分析能力，但对单相桥式半控整流电路的了解有限。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过实例分析、实验操作等教学手段，使学生在掌握知识的同时，提高实践操作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 介绍单相桥式半控整流电路的基本概念、原理和电路结构。
- 分析单相桥式半控整流电路中晶闸管、负载、触发电路等关键元件的作用。
- 讲解单相桥式半控整流电路在不同负载下的导电过程和输出特性。
2. 实践操作：- 绘制单相桥式半控整流电路图，并进行电路仿真分析。
- 搭建单相桥式半控整流电路实验装置，观察并记录不同负载下的导电过程。
- 分析实验结果，验证单相桥式半控整流电路的工作原理。
3. 教学大纲：- 第一课时：单相桥式半控整流电路的基本概念、原理和电路结构介绍。
- 第二课时：分析单相桥式半控整流电路的关键元件，如晶闸管、负载等。
- 第三课时：讲解单相桥式半控整流电路在不同负载下的导电过程和输出特性。
单相半控桥式整流电路的设计
单相半控桥式整流电路的设计
单相半控桥式整流电路是一种常见的电源电路，可以将交流电转换为直流电，适用于
各种电力电子设备和工业自动化控制系统。
设计该电路需要考虑以下几个方面：
1. 选择适当的元器件
适当的元器件是设计电路的核心，其中包括变压器、整流器、滤波器、SCR等。
设计
应根据电路的需求合理选择元器件，保证电路能够正常工作。
选择元器件时还需要考虑到
元器件的效率、可靠性、寿命等因素。
2. 计算电路参数
电路参数是设计电路的关键，包括电压、电流、功率、电阻等。
计算电路参数应该根
据具体需求，如输出电压、负载电流等来确定，以保证电路的稳定性和性能。
3. 设计电路图
在确定好元器件和电路参数后，应该画出详细的电路图，包括各个元器件的连接方式
和电路参数，以便后续电路的搭建和测试。
4. 制作和测试电路板
将电路图转化为实际电路需要搭建电路板，制作电路板时需要注意线路的连接和焊接
质量，以保证电路的可靠性和稳定性。
在制作完成后，应该进行电路板的测试，以发现和
修复潜在的问题。
总之，单相半控桥式整流电路设计需要综合考虑元器件选择、电路参数、电路图设计、电路板制作和测试等多个方面，以保证电路的稳定性和性能。
单相桥式半控整流电路(阻感性负载不带续流二极管)(精)
单相桥式半控整流电路电路选择在 MATLAB 软件中搭建实验模拟电路,在模拟电路中仿真并且观察各数据的波形。
元件可以从 MATLAB 软件的 Simulink 和 Power System元件库中的找到有关元件。
一、单相桥式半控整流电路原理图及原理单相桥式半控整流电路原理图如下:L u2二、单相桥式半控整流电路工作原理1、若是感性负载,当 u2在正半周时,在ωt =α处给晶闸管 VT1加触发脉冲, VT1导通后,电流从 u2正端→ VT1→ L → R → VD4→ u2负端向负载供电。
u2过零变负时,因电感 L 的作用使电流连续, VT1继续导通。
但 a 点电位低于 b 点,使电流从 VD4转移至 VD2, VD4关断,电流不再流经变压器二次绕组,而是经 VT1和VD2续流,则 ud=0。
2、在 u2负半周ωt =π+α时刻触发 VT3使其导通,则向 VT1加反压使之关断, u2经VT3→ L → R → VD2→ u2端向负载供电。
u2过零变正时, VD4导通, VD2关断。
VT3和 VD4续流, ud 又为零。
此后重复以上过程。
三、单相桥式半控整流电路仿真电路建模在 MATAB 软件中建立的单相桥式半控整流电路的仿真图图 1 单相桥式半控整流电路原理图图 2 单相桥式半控整流电路建摸图四、仿真电路中各参数的设置1、晶闸管的参数设置图 3 晶闸管的参数2、交流电源参数的设置图 4 交流电源的参数 3、晶闸管触发脉冲的参数设置图 5 第一个脉冲的参数设置图 6 第二个脉冲的参数设置 4、二极管的参数设置图 7 二极管的参数5、阻感负载的参数设置图 8 负载参数设置五、仿真波形由于电路中需要测量的参数比较多 , 因此在仿真电路中使用了两个示波器 , 这样观察波形更方便 , 也更清晰 .这次防真中选取了四个触发角来观察波形 , 分别为 20度 ,60度 ,80度和 150度 , 以下是防真中的波形 ,每两图是一组波形 .图 9 触发角为 20度 (示波器 1图 10 触发角为 20 度(示波器 2 图 11 触发角为 60 度(示波器 1图 12 触发角为 60 度(示波器 2 图 13 触发角为 80 度(示波器 1图 14 触发角为 80 度(示波器 2 图 15 触发角为 150 度(示波器 1图 16 触发角为 150 度(示波器 2 六、结论结合以上波形图，我们可以分析出单相桥式半控整流电路具有以下的特点： 1、电感在电路中具有续流作用； 2、晶闸管在触发时换流，二极管则在电源过零时刻换流； 3、尽管电路具有续流作用，但还应该加续流二极管。
单相半控桥式整流电路
0 uT1
0
uD1
π
2π ωt
π
2π ωt
0
π
2π ωt
在无触发信号时电路分析
π~2π区间
u2
0
π
VT1
uT1
VT2
u2
Rd
0
π
VD2
VD1
uD1
0
π
2π ωt
2π ωt
2π
ωt
在无触发信号时电路分析
π~2π区间
u2
0
π
2π ωt
uT1
VT1
VT2
u2
VD2
Rd VD1
0
uD1
π
2π ωt
0
2π
10/8/2023
各电量的计算
Ud = 0.9u2（1+cosα ）/2 uTM =1.414u2 0≤α ≤π
10/8/2023
电感性负载波形分析
ωt1~ωt2区间
VT1
+
ud VT2
0 ωt1
ωt2
ωt
VD2
Rd VD1
10/8/2023
电感性负载波形分析
ωt1~ωt2区间
VT1
+
ud VT2
0≤α ≤π 二极管只承受反压而不承受正压,最大值是0。
VT2
晶 9u闸2（管1V+Tc1o、suαVT2）2共/2阴极接法，二极管VD1、VD2共阳极接法。
uTM =1.
Rd
Hale Waihona Puke - 9u2（1+cosα ）/2
uTM =1.
9u2（1+cosα ）/2 uTM =1.
成稿单相半控桥式晶闸管整流电路课程设计
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2培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。
4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。
5、提高学生课程设计报告撰写水平。
三、设计数据:1、电源电压：交流100V/50Hz2、输出功率：500W3、移相范围30º~150º4、反电势：E=70V四、设计内容：单相半控桥式晶闸管整流电路的设计（带续流二极管）（反电势、电阻负载）五、设计要求（1）画出电路原理图（2）完成参数计算六、课程设计报告要求课程设计用纸和格式统一，要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。
设计报告不少于20页。
1、设计的基本要求（给出所要设计的装置的主要技术数据和设计装置要达到的要求（包括性能指标），最好剑术所设计装置的主要用途）2、总体方案的确定（包括调制方式，pwm控制方法，主电路形式确定等）3、具体电路设计（主电路设控制电路设计以及参数计算等）4、附录（电路图，仿真结果图等）5、参考文献前言电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。
它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。
单相半控桥式晶闸管整流电路的设计(阻感负载)概要
1 设计的基本要求1.1 设计的主要参数及要求：设计要求：1、电源电压：交流220V/50Hz2、输出电压范围：20V-50V3、最大输出电流：10A4、具有过流保护功能，动作电流：12A5、具有稳压功能6、电源效率不低于70%1.2 设计的主要功能单相桥式半控整流电路的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连续时，当相控角α<90°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流；在α>90°时，可实现将直流电返送至交流电网的有源逆变。
在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以确保不发生换相（换流）失败事故。
2 系统总体电路的设计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确定了此方案：单相桥式半控整流电路电路简图如下：图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。
2.2 主电路的结构及其工作原理单相半控桥式整流电路带阻感负载且有续流二极管的主电路图如图2所示：图2 单相半控桥式整流主电路图图2 有续流二极管的主电路图对于带阻感负载的单相桥式半控整流电路而言，当负载中电感很大时，在2u 正半周，触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，2u 经VT1和VD4向负载供电。
2u 过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通但因VT1端电位高于VD2端电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经交流源，而是由VT1和VD2续流，在此阶段0d u =。
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单相半控桥式整流电路设计Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】摘要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。
整流的基础是整流电路。
由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。
整流电路的应用十分广泛。
广泛的应用于直流电动机、电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源灯。
本设计研究了单相半控桥式整流电路，对整流电路的原理及特点进行了分析，对整流元件进行了参数计算并选择出了合适的器件。
本设计选择KJ004集成触发器做为晶闸管的触发电路，详细的介绍了KJ004的工作原理。
本设计还设计了合理的保护电路。
最后利用simulink搭建仿真模型。
关键词：半控整流，驱动电路，保护电路，simulink仿真单相半控桥式整流电路设计1 主电路的设计设计目的(1)、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。
(2)、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。
(3)、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。
整流电路的选择整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。
变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
可以从各种角度对整流电路进行分类。
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，分为单拍电路和双拍电路。
单相桥式整流电路可分为单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们有不同的工作特点。
下面分析两种单相桥式整流电路的优缺点。
单相全控桥式整流电路单相桥式全控整流电路带阻感负载电路图如图1所示：图1 单相全控桥式整流电路优点：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。
缺点：每次都要同时触发两只晶闸管，线路较为复杂，器件损耗比较大。
单相桥式半控整流电路带阻感负载电路图如图2所示：图2 单相桥式半控整流电路优点：线路简单、调整方便，器件损耗比单相全控桥式整流电路小。
弱点：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（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。
在本设计中，需要设计的是单纯的整流电路，没有要求逆变等功能，为了简化电路，减少开关器件损耗，我选择用单相桥式半控整流电路。
主电路原理说明单相桥式半控整流电路带反电势电阻负载电路图如3所示：图3 不带续流二极管的单相桥式半控整流电路原理分析：如图3，每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。
电路带反电动势负载工作，|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。
晶闸管导通之后，u d=u2，直至|u2|=E，i d即降至0使得晶闸管关断，此后u d=E。
与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。
当<时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。
在u2在正半周时，在ωt＝α（α>30）处给晶闸管VT1加触发脉冲，VT1导通后，电流从u2正端→VT1→R→E →VD4→u2负端向负载供电。
当u2减小到E，晶闸管截止导通。
在u2负半周ωt ＝π+α时刻触发VT3使其导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3→R→E→VD2→u2端向负载供电。
|u2|<E时，晶闸管截止导通。
整流输出电压与电流波形如图4所示图4 输出波形实际情况下，若无续流二极管，则当突然增大至180或触发脉冲丢失时，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。
有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。
续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。
单相桥式半控整流电路带续流二极管电路简图如图5所示：图5 带续流二极管的单相桥式半控整流电路加入续流二极管后输出的电压与电流波形都跟不带续流二极管一样，如图4所示。
1．4器件的选择变压器的选择根据题意，输入100V/50Hz交流电，移相范围30o~150o，反电势E=70V，可知δ=30o，由得到1sin δ-=2U =100V变压器二次侧的电压即为给定的输入电压，所以本设计不需要加变压器。
整流器件的选择整流电路输出电压当30α=°时，可以得到d U 最大有效值为dMAX U =101V由输出最大功率为500W 得到最大的电流为晶闸管与二极管承受的最大反向电压为晶闸管与二极管的额定电压为晶闸管与二极管的额定电流求出max 5d I A =，流过晶闸管与二极管电流的有效值为晶闸管与二极管的额定电流为根据上述参数，选择两个型号为KP10-6的晶闸管和两个型号为P600K 的二极管。
2触发电路的设计晶闸管的触发电路的作用触发电路产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路。
触发电路要求触发电路应该满足以下几点要求：1、 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，比如对感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发。
2、触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1~2A/s。
3、触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。
4、应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
触发电路的选择1 单结晶体管触发电路2 正弦波同步触发电路3 锯齿波同步触发电路4 集成触发电路方案选择的论证1 单结晶体管触发电路：脉冲宽度窄，输出功率小，控制线性度差；移相范围一般小于180度，电路参数差异大，在多相电路中使用不易一致，不付加放大环节。
适用范围：可触发50A以下的晶闸管，常用于要求不高的小功率单相或三相半波电路中，但在大电感负载中不易采用。
2 正弦波同步触发电路：由于同步信号为正弦波，故受电网电压的波动及干扰影响大，实际移相范围只有150度左右。
适用范围：不适用于电网电压波动较大的晶闸管装置中。
3 锯齿波同步触发电路：它不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，移相范围宽，具有强触发，双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发200A 的晶闸管。
适用范围：在大众中容量晶闸管装置中得到广泛的应用。
4 集成触发电路：移相范围小于180度，为保证触发脉冲的对称度，要求交流电网波形畸变率小于5%。
适用范围：应用于各种晶闸管。
本设计主电路为单相半控整流电路，选择的触发电路最好是能产生双脉冲的触发电路，所以我选择集成触发电路KJ004做为主电路的触发电路。
集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代分立式电路。
KJ004集成触发器工作原理触发电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。
KJ004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。
电路原理图如图6所示：图6 KJ004电路原理图工作原理：如图4所示KJ004的电路原理图，点划框内为KJ004的集成电路部分，它与分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路相似。
V1～V4等组成同步环节，同步电压uS经限流电阻R20加到V1、V2基极。
在uS的正半周，V1导通，电流途径为(+15V－R3－VD1－V1－地)；在uS负半周，V2、V3导通，电流途径为(+15V－R3－VD2－V3－R5－R21―(―15V))。
因此，在正、负半周期间。
V4基本上处于截止状态。
只有在同步电压|uS|＜时，V1～V3截止，V4从电源十15V经R3、R4取得基极电流才能导通。
电容C1接在V5的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。
在V4导通时，C1经V4、VD3迅速放电。
当V4截止时，电流经(+15V－R6－C1－R22－RP1－(－15V))对C1充电，形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于流过R22、RP1的充电电流和电容C1的大小。
根据V4导通的情况可知，在同步电压正、负半周均有相同的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系。
V6及外接元件组成移相环节。
锯齿波电压uC5、偏移电压Ub、移相控制电压UC分别经R24、R23、R26在V6基极上叠加。
当ube6>+时，V6导通。
设uC5、Ub 为定值，改变UC，则改变了V6导通的时刻，从而调节脉冲的相位。
V7等组成了脉冲形成环节。
V7经电阻R25获得基极电流而导通，电容C2由电源+15V经电阻R7、VD5、V7基射结充电。
当 V6由截止转为导通时，C2所充电压通过 V6成为 V7基极反向偏压，使V7截止。
此后C2经（+15V－R25－V6－地）放电并反向充电，当其充电电压uc2≥+时，V7又恢复导通。
这样，在V7集电极就得到固定宽度的移相脉冲，其宽度由充电时间常数R25和C2决定。
V8、V12为脉冲分选环节。
在同步电压一周期内，V7集电极输出两个相位差为180°的脉冲。
脉冲分选通过同步电压的正负半周进行。
如在us正半周V1导通，V8截止，V12导通，V12把来自V7的正脉冲箝位在零电位。
同时，V7正脉冲又通过二极管VD7，经V9～V11放大后输出脉冲。
在同步电压负半周，情况刚好相反，V8导通，V12截止，V7正脉冲经 V13～V15放大后输出负相脉冲。
KJ004管脚图及其说明KJ004管脚图如图7所示：图7 KJ004管脚图表1 KJ004引脚说明触发电路接线图KJ004接线图如图8所示:图8 KJ004接线图KJ004各管脚波形图如图9所示：图9 KJ004管脚输出波形原理说明：同步变压器加到主电路输入电压上，即形成了同步电压。