单相桥式全控整流电路课程设计

课程设计课程名称：电力电子技术设计题目：单相桥式可控整流电路院（部）：电力学院专业：智能电网信息工程班级：1401学生姓名：温晓波学号：1410240331成绩：指导教师：张小燕完成时间：2016年12月5日至19日银川能源学院课程设计评定意见设计题目：单相桥式可控整流电路主要指标：电源电压：交流311V/50Hz、触发脚为60度。

院（部）: 电力学院专业班级：智能电网信息工程1401 学生姓名：温晓波学生学号：1410240331银川能源学院课程设计任务书目录1课程设计目的与要求 (1)1.1课程设计目的 (1)1.2课程设计的预备知识 (1)1.3 课程设计要求 (1)2 课程设计方案的选择 (2)2.1整流电路 (2)2.2元器件的选择 (3)2.2.1晶闸管 (3)2.2.2 可关断晶闸管 (4)3 主电路的设计 (5)3.1系统总设计框图 (5)3.2系统主体电路原理及说明 (5)3.3原理图的分析 (6)4辅助电路的设计 (7)4.1驱动电路的设计 (7)4.1.1触发电路 (7)4.2保护电路的设计 (8)4.2.1 主电路的过电压保护电路设计 (8)4.2.2主电路的过电流保护电路设计 (9)4.2.3电流上升率、电压上升率的抑制保护 (10)5元器件和电路参数计算 (11)5.1. 晶闸管的基本特性 (11)5.1.1．静态特性 (11)5.1.2．动态特性 (12)5.2晶闸管基本参数 (13)5.2.1晶闸管的主要参数说明 (13)5.2.2晶闸管的选型 (14)5.2.3变压器的选取 (14)5.3性能指标分析： (14)5.4元器件清单 (15)6电路仿真及结果分析 (15)7 课程设计体会摘要随着整流技术的日益完善,在现代生产中的应用也越来越多,整流电路（Rectifier）是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式各种各样，各具特色，通过在学习中分析和研究其工作原理，基本数量关系，以及负载性质对整流电路的影响，整流电路应用于电化工业、交通运输业中的磁悬浮列车的研发以及飞机船舶等各行各业，由于现代生产中的整流技术大多采用单相桥式可控整流电路,因此研究整流电路具有重要意义。

本设计主要研究单相桥式可控整流电路，对其工作原理及主要参数进行分析总结，进而更好的应用。

关键词：整流；单相桥式；触发电路；保护电路1 课程设计目的与要求1.1课程设计目的“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。

因此，通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：1）培养综合应用所学知识，并设计出具有电压可调功能的直流电源系统的能力；2）较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。

3）培养独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；4）培养分析、总结及撰写技术报告的能力。

1.2课程设计的预备知识熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。

1.3 课程设计要求1、单相桥式全控整流的设计要求为：负载为电阻负载，感性负载,L=0.01H,R=1欧姆.2、技术要求:1)、电源电压：交流311V/50Hz2)、触发脚为60度。

按课程设计指导书提供的课题，根据基本要求及参数独立完成设计。

2 课程设计方案的选择2.1整流电路单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。

而负载性质又分为带电阻性负载、电阻-电感性负载和反电动势负载时的工作情况。

单相桥式全控整流电路（电阻-电感性负载）电路简图如下：TLu(a)图2.1此电路对每个导电回路进行控制，与单相桥式半控整流电路相比，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。

变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。

单相全控桥式整流电路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，变压器利用率高的优点。

单相全控桥式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半，且功率因数提高了一半。

根据以上的分析，我选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为电阻-电感性负载）。

2.2元器件的选择2.2.1晶闸管晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。

能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。

晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。

广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。

1）晶闸管的结构晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。

引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。

内部结构:四层三个结如图2.22）晶闸管的工作原理图晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极，如图1.2(左)所示。

由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图2.3（右）所示的两个晶闸管T（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。

1图2.2晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形a)晶闸管外形b)内部结构c)电气图形符号d)模块外形图2.3 晶闸管的内部结构和等效电路3）晶闸管的门极触发条件（1）晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；（2）晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通；（3）晶闸管一旦导通门极就失去控制作用；（4）要使晶闸管关断，只能使其电流小到零一下。

晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流ＩＧ的电路称为门极触发电路。

也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。

只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。

2.2.2 可关断晶闸管可关断晶闸管简称GTO1可关断晶闸管的工作原理图1.3 GTO的结构、等效电路和图形符号GTO的导通机理与SCR是完全一样的。

GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。

GTO在关断机理上与SCR是不同的。

门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。

3 主电路的设计3.1系统总设计框图系统原理方框图如3.1所示：图3.1系统原理方框图3.2系统主体电路原理及说明带电阻负载的电路图及波形图带电感负载的电路图及波形图假设 ，工作于稳定状态，负载电流连续，近似为一平直的直线。

(1) 工作原理在电源电压2u 正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在αω=t 时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT4和T 二次侧形成回路，但由于大电感的存在，2u 过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT4继续导通，直到VT3、VT2被触发导通时，VT1、VT4承受反相电压而截止。

输出电压的波形出现了负值部分。

在电源电压2u 负半周期间，晶闸管VT3、VT2承受正向电压，在απω+=t 时触发，VT3、VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从VT1、VT4中换流至VT3、VT2中在πω2=t 时，电压2u 过零，VT3、VT2因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VTR L >>ω4导通时，VT3、VT2因加反向电压才截止。

值得注意的是，只有当2πα≤时，负载电流d i 才连续，当2πα>时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是20π-。

（1） 输出电压平均值d U 和输出电流平均值d I(3-2-1)(3-2-2) （2）晶闸管的电流平均值dT I 和有效值T I(3-2-3) (3-2-4) （3）输出电流有效值I 和变压器二次电流有效值2I(3-2-5)（4）晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为3.3原理图的分析该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电路构成。

输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。

在电路中还加了防雷击的保护电路。

然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。

整流电路中的晶闸管在触发信号的d dT 21I I =d I I I ==222U ()()()ααωωαπαcos 9.0cos π22d sin 2π1222d U U t t U U ===⎰+R U I dd =d T 21I I =作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。

在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护,而过压保护则采用RC电路。

这部分的选择主要考虑到电路的简单性，所以才这样的保护电路部分。

整流部分电路则是根据题目的要求，选择的我们学过的单相桥式整流电路。

该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功能。

触发电路是由设计题目而定的，题目要求了用单结晶体管直接触发电路。

单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。

一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。

4 辅助电路的设计4.1驱动电路的设计对于使用晶闸管的电路，在晶闸管阳极加正向电压后，还必须在门极与阴极之间加触发电压，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。

驱动电路亦称触发电路。

根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。

触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。

4.1.1触发电路晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。

触发电路对其产生的触发脉冲要求：①触发信号可为直流、交流或脉冲电压。

②触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。

由闸管的门极伏安特性曲线可知，同一型号的晶闸管的门极伏安特性的分散性很大，所以规定晶闸管元件的门极阻值在某高阻和低阻之间，才可能算是合格的产品。

晶闸管器件出厂时，所标注的门极触发电流Igt、门极触发电压U是指该型号的所有合格器件都能被触发导通的最小门极电流、电压值，所以在接近坐标原点处以触发脉冲应一定的宽度且脉冲前沿应尽可能陡。