1、學 號：2011551917課 程 設 計題 目單相全控橋式晶閘管整流電路設計學 院信息工程學院專 業自動化專業班 級自動化4班2014年5月19日課程設計任務書題 目: 初始條件：單相全控橋式晶閘管整流電路的設計（阻感負載）1、電源電壓：交流100V、50Hz2、輸出功率：500w3、移相范圍0°90°摘要本次課程設計只要是對單相全控橋式晶閘管整流電路的研究。首先對幾種典型的整流電路的介紹，從而對比出橋式全控整流的優點，然后對單相全控橋式晶閘管整流電路的整體設計，包括主電路，觸發電路，保護電路。主電路中包括電路參數的計算，器件的選型；觸發電路中包括器件選擇，參數設計；保護

2、電路包括過電壓保護，過電流保護，電壓上升率抑制，電流上升率抑制。之后就對整體電路進行Matlab仿真，最后對仿真結果進行分析與總結。關鍵詞：單相全控橋、晶閘管、整流單相橋式全控整流電路電路簡圖如圖： 單相橋式全控整流電路 此電路對每個導電回路進行控制，無須用續流二極管，也不會失控現象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩，應用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優點。相同的負載下

3、流過晶閘管的平單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半；且功率因數提高了一半。 系統流程框圖根據方案選擇與設計任務要求，畫出系統電路的流程框圖如圖1-5所示。整流電路主要由驅動電路、保護電路和整流主電路組成。根據設計任務，在此設計中采用單相橋式全控整流電路帶阻感性負載。輸入過電流保護整流主電路過電壓保護驅動觸發電路輸出 系統流程框圖 主電路的設計主電路原理圖如圖1-6所示主電路原理圖 主電路工作波形圖電路工作波形如圖1-7所示。為便于討論，假設電路已工作于穩態。(1) 工作原理 在電源電壓正半周期間，VT1、VT2承受正向電壓，若在時觸發，VT1、VT2導通，電流經

4、VT1、負載、VT2和T二次側形成回路，但由于大電感的存在，過零變負時，電感上的感應電動勢使VT1、VT2繼續導通，直到VT3、VT4被觸發導通時，VT1、VT2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現了負值部分。在電源電壓負半周期間，晶閘管VT3、VT4承受正向電壓，在時觸發，VT3、VT4導通，VT1、VT2受反相電壓截止，負載電流從VT1、VT2中換流至VT3、VT4中在時，電壓過零，VT3、VT4因電感中的感應電動勢一直導通，直到下個周期VT1、VT2導通時，VT3、VT4因加反向電壓才截止。值得注意的是，只有當時，負載電流才連續，當時，負載電流不連續，而且輸出電壓的平均值均接近零，因此

5、這種電路控制角的移相范圍是。 整流電路參數計算1.在阻感負載下電流連續，整流輸出電壓的平均值為由設計任務有輸出功率500w，移相范圍0º90º，則輸出電壓平均值的最大值可由得。 U等于90V 可見，當在范圍內變化時，整流器可在0-90V范圍內取值。2.整流輸出電壓有效值為100V 3.整流輸出電流平均值為：5A 4.負載大小為：20歐姆 5.在一個周期內每組晶閘管各導通180°，兩組輪流導通，整流變壓器二次電流是正、負對稱的方波，電流的平均值和有效值相等，其波形系數為1。流過每個晶閘管的電流平均值與有效值分別為：2.5A (3.5355 6.晶閘管在導通時管壓降=

6、0,故其波形為與橫軸重合的直線段；VT1和VT2加正向電壓但觸發脈沖沒到時，VT3、VT4已導通，把整個電壓加到VT1或VT2上，則每個元件承受的最大可能的正向電壓等于；VT1和VT2反向截止時漏電流為零，只要另一組晶閘管導通，也就把整個電壓加到VT1或VT2上，故兩個晶閘管承受的最大反向電壓也為. 觸發電路簡介電力電子器件的驅動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子的重要環節，對整個裝置的性能有很大的影響。采用良好的性能的驅動電路。可以使電力電子器件工作在比較理想的開關狀態，縮短開關時間，對裝置的運行效率，可靠性和安全性都有很大的意義。對于相控電路這樣使用晶閘管的場合，在晶閘管

7、陽極加上正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發電壓，晶閘管才能從截止轉變為導通，習慣上稱為觸發控制。提供這個觸發電壓的電路稱為晶閘管的觸發電路。它決定每一個晶閘管的觸發導通時刻，是晶閘管裝置中不可缺少的一個重要組成部分。晶閘管相控整流電路，通過控制觸發角的大小即控制觸發脈沖起始位來控制輸出電壓的大小，為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應保證觸發角的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發脈沖。2.2 觸發電路設計要求晶閘管的型號很多，其應用電路種類也很多，不同的晶閘管型號，應用電路對觸發信號都會有不同的要求。但是，歸納起來，晶閘管觸發主要有移相觸發，過零觸發和脈沖列調制觸發等。

8、不管是哪種觸發電路，對它產生的觸發脈沖都有如下要求：1、觸發信號為直流、交流或脈沖電壓，由于晶閘管導通后，門極觸發信號即失去了控制作用，為了減小門極的損耗，一般不采用直流或交流信號觸發晶閘管，而廣泛采用脈沖觸發信號。2、觸發信號應有足夠的功率（觸發電壓和觸發電流）。觸發信號功率大小是晶閘管元件能否可靠觸發的一個關鍵指標。由于晶閘管元件門極參數的分散性很大，且隨溫度的變化也大，為使所有合格的元件均能可靠觸發，可參考元件出廠的試驗數據或產品目錄來設計觸發電路的輸出電壓、電流值，并有一定的裕量。 3、觸發脈沖應有一定的寬度，脈搏沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發信號導通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電

9、流而維持導通。普通晶閘管的導通時間約法為6，故觸發電路的寬度至少應有以上，對于電感性負載，由于 電感會抑制電流的上升，觸發脈沖的寬度應更大一些，通常為0.5至1，此外，某些具體電路對觸發脈沖寬度會有一定的要求，如三相全控橋等電路的觸發脈沖寬度要大于60°或采用雙窄脈沖。為了快速而可靠地觸發大功率晶閘管，常在觸發脈沖的前沿疊加一個強觸發脈沖，強觸發脈沖的電流波形如圖2-1所示。強觸發電流的幅值可達到最大觸發電流的5倍。前沿約為幾。 強觸發電流波形4、觸發脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖稱相范圍必須滿足電路要求。為保證控制的規律性，要求晶閘管在每個陽極電壓周期都在相同控制角觸發導通，

10、這就要求脈沖的頻率必須與陽極電壓同步。同時，不同的電路或者相同的電路在不同的負載、不同的用途時，要求的變化的范圍（移相范圍）亦即觸發脈沖前沿與陽極電壓的相位變化范圍不同，所用觸發電路的脈沖移相范圍必須滿足實際的需要。圖2-3 TCA785鋸齒波移相觸發電路原理圖鋸齒波斜率由電位器RP1 調節，RP2 電位器調節晶閘管的觸發角。交流電源采用同步變壓器提供，同步變壓器與整流變壓器為同一輸入，根據TCA785能可靠地對同步交流電源的過零點進行識別，從而可保證觸發脈沖與晶閘管的陽極電壓保持同步。同步變壓器的變比選為。 系統MATLAB仿真 MATLAB軟件介紹本次系統仿真采用目前比較流行的控制系統仿真

11、軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統的傳遞函數為基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。另外一種是面向控制系統電氣原理結構圖，使用Power System工具箱進行調速系統仿真的新方法。本次系統仿真采用后一種方法。 系統建模與參數設置單相全控橋式整流電路模型主要由交流電源、同步觸發脈沖、晶閘管全控橋、電感負載、測量等部分組成。采用MATLAB面向電氣原理結構圖方法構成的單相全控橋式整流電路仿真模型如圖所示。單相全控橋式整流電路仿真模型相應參數設置1 交流電壓源參數U=100V，f=50Hz2負載參數R=20，L

12、=1H；3脈沖發生器觸發信號1、2的振幅為1V，周期為0.02s（即頻率為50Hz），當觸發角為0°時，設置觸發信號1的初相位為0s（即0°），觸發信號2的初相位為0.01s（即180°）觸發角為0°時，觸發信號參數設置系統仿真結果及分析當建模和參數設置完成后，即可開始進行仿真。圖6-2是單相全控橋式整流電路仿真模型在觸發角分別為0°、45°、60°、90°時的輸出曲線。從仿真結果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。觸發角為0°觸發角為45°觸發角為60°觸發角為90° 系

13、統仿真結果及分析當建模和參數設置完成后，即可開始進行仿真。圖6-2是單相全控橋式整流電路仿真模型在觸發角分別為0°、45°、60°、90°時的輸出曲線。從仿真結果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。單相全控橋式整流電路理論波形1、 在電源電壓正半周期，晶閘管TV1（和TV4）承受正向電壓，在時施加觸發信號CF1，使晶閘管TV1（和TV4）導通，則電源電壓通過TV1和TV4加至負載上，晶閘管TV1兩端的電壓近視為0（忽略管壓降）。當電源電壓過零變負時，由于電感的存在，TV1（和TV4）仍繼續導通，負載電流Zi和電壓Zu連續。2相比較，分別在=45

14、6;、=60°施加觸發信號CF1，晶閘管TV1（和TV4）導通后，負載電壓Zu接近于變壓器二次側電壓AC的波形。負載電流Zi存在斷續，可知已知電感（700mH）還不夠大，與前面的理論分析假設的大電感有區別。3當觸發角=90°，理論值平均電壓Ud=0，圖中Zu接近于0。4、數據分析：（1）、=0°，實際值Ud=90.069；理論值Ud=90；實測值和理論值非常接近，誤差極小，產生的誤差可能是計算問題；（2）、=45°，實際值Ud=64.056；理論值Ud=64；實測值和理論值非常接近，誤差極小；（3）、=60°，實際值Ud=45.034；理論值Ud=45；實測值和理論值非常接近，誤差極小；（2）、=00°，實際值Ud=0.062；理論值Ud=0；實測值和理論值非常接近，誤差極小。設計體會不得不說，這次電力電子的課程設計使我受益匪淺。我選的課題是單相橋式整流帶阻感性負載電路，通過平常在課堂上的學習，我們對這個電路在理論上已經有了非常充分的了解，課題看起來貌似也不難。但通過這幾天的設計，我深深的感悟到理論與實際相結合的重要性，光具有理論知識是遠遠不夠的，只要在親自動手操作的過程中，在不斷發現問題再改正