单相半控桥式整流电路设计

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|

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

1

sin 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。