单相半控桥式晶闸管整流电路电阻负载

电气工程学院电力电子课程设计设计题目：单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载）学号：姓名：同组人：指导教师：设计时间：设计地点：电力电子课程设计成绩评定表指导教师签字：年月日电力电子课程设计任务书学生姓名：指导教师：一、课程设计题目：单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载）二、课程设计要求1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真；3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果；4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案；5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。

三、进度安排2．执行要求课程设计共5个选题，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。

严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。

摘要本次课程设计的题目为：单相半控桥式晶闸管整流电路，其中负载为纯电阻负载。

电路设计的主要参数及要求：1、电源电压：交流100V/50Hz；2、输出功率：500W；3、移相范围：0º-180º。

对于单相半控桥式晶闸管整流电路（电阻负载），其电路设计的主要功能为：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。

单相桥式半控整流电路在纯电阻负载电流连续时，当相控角α<180°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流，同时，调节触发电路，可改变触发角进行调压；在α>180°时，由于二极管的单相导电性，电路无法实现逆变，输出电压为零。

关键词：单相半控桥式晶闸管整流电路、纯电阻负载、相控角调节AbstractABSTRACT：Curriculum design topics: single-phase half-controlled bridge thyristor rectifier circuit, where the load is purely resistive load. The main parameters and requirements of the circuit design: 1, the power supply voltage: AC 100V/50Hz, output power: 500W; 2; 3, the phase shift range: 0 º ~180 º.For the single phase half controlled bridge thyristor rectifier circuit (resistive load), the main function of the circuit design:Characteristics of single phase bridge half controlled rectifier circuit is triggered thyristor turn-on, and rectifier diode is higher than that of cathode voltage in the anode voltage natural conduction.Single phase bridge half controlled rectifier circuit load current is continuous in the pure resistance, while the mouldings α <180 °, c an realize the phase control rectifier, AC power into DC power at the same time, adjusting trigger circuit, which can change the trigger angle regulator; when α >180 °, because the phase conductivity diode, the circuit can not be achieved inverter, output voltage to zero. KEYWORDS：S ingle phase half controlled bridge thyristor rectifier circuit, pure resistive load, adjust phase mouldings目录第一章系统方案设计 (1)一、主电路方案设计 (1)1.1主电路方案论证 (1)1.2主电路结构及其工作原理 (2)1.3参数计算 (3)1.4主电路器件选用 (3)二、控制电路方案设计 (4)2.1 触发控制电路方案 (4)2.1.1 方案一 (4)2.1.2 方案二 (5)第二章仿真 (8)一、主电路仿真 (8)1.1 仿真设置 (8)1.2 仿真结果 (10)二、控制电路仿真 (11)2.1 方案一仿真 (11)2.2 方案二仿真 (13)2.2.1 各部分电路分析与仿真 (14)2.2.2输出控制信号仿真 (17)第三章电路调试 (19)一、实物制作 (19)二、实际控制信号测量 (20)2.1 电路各组成部分输出波形 (20)2.2 控制信号输出波形 (21)第四章结论 (24)第五章心得体会与建议 (25)参考文献 (26)附录1：元器件清单 (27)第一章系统方案设计一、主电路方案设计1.1 主电路方案论证方案一：单相半控桥式整流电路（含续流二极管）单相桥式半控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少等优点，而且不会导致失控显现，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，如图1-1。

图 1-1含续流二极管方案二：单相半控桥式整流二极管（不含续流二极管）不含续流二极管的电路具有自续流能力，但一旦出现异常，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，这种情况称之为“失控”。

失控时的的输出电压相当于单相半波不可控整流时的电压波形。

在失控情况下工作的晶闸管由于连续导通很容易因过载而损坏。

因为半导体本身具有续流作用，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，如图1-2。

图 1-2不含续流二极管经过比较本设计选择方案一含续流二极管的单相半控桥式整流电路能更好的达到设计要求。

1.2 主电路结构及其工作原理单相桥式半控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少等优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。

其使用的电路图如下图2-1所示。

图1-3 主体电路结构原理图在交流输入电压u2的正半周（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导通电流的通路为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的负半周时，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，电流的通路为：u2-→Th2→R→D2→u2+。

这时Th1和D1处于截至状态。

显然，与单相半波整流相比较，桥式整流电路的输出电压的平均值要大一倍，即输出电压的平均值：U o=0.9U∙1+2cosα2输出电流的平均值：I o=U oR L=0.9UR L∙1+cosα21.3 参数计算输出电压平均值：U d=0.9U2∙1+cosα2输出电流平均值：I d=U d R流过晶闸管电流有效值：I Tℎ=I √2交流侧相电流的有效值：I2=√π−αα∙I d续流管电流有效值：I D=√απ∙I d1.4 主电路器件选用：由已知条件可知U1=100V P o=500W 移相范围0°—180°假设R=1.25Ω，α=0°，可得：U d=√P o R=25VI d=U d=20A输出电压有效值：U2=U d=25V所以变压器变比：N2=100:25=4:1变压器选用变压器容量S=500V A 变比N2取4：1晶闸管选用（考虑裕量）额定电压：U T=(2−3)√2U2=(70.71−106.07)V 额定电流：I T=√2I d=28.28A流过晶闸管电流有效值：I rms=10√2=14.14A 晶闸管平均电流(有裕量)：I AV=(1.5−2)×I rms1.57=(13.51−18.02)A故选用额定电压为100V，通态平均电流为20A的晶闸管。

二、控制电路方案设计为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

2.1 触发控制电路方案对于触发电路通常有如下要求：●触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率；●触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步；●触发脉冲能满足主电路移相范围的要求；●触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡。

2.1.1 方案一:单结晶体管自激振荡电路：1. 电源接通：E通过Re对C充电，时间常数为ReC；2. Uc增大，达到UP ，单结晶体管导通，C通过R1放电；3. Uc减少，达到Uv，单结晶体管截止，ｕR1 下降，接近于零；4. 重复充放电过程。

Re的值不能太大或太小，满足电路振荡的Re的取值范围：E−U P I P ≥R e≥E−U VI V图2-1 仿真电路图2.1.2 方案二：图2-2 控制电路原理图图2-3 仿真电路图主要元器件（1）LM339LM339引脚图 LM393引脚图主要功能：LM339内部装有四个独立的电压比较器，每个比较器有两个输入端和一个输出端。

两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。

在任意一个输入端加一个固定电压做参考电压，另一端加一个待比较的信号电压。

当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。

当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。

LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。

选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。

另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。

由于本次实验过程中LM339较为紧缺，所以我们改用LM393进行试验，因为LM339与LM393的功能与性能较为接近，只是封装稍有不同。

（2）LM324主要功能：LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。