摘要隨著科學技術的日益發展,人們對電路的要求也越來越高,由于在生產實際中需要大小可調的直流電源,而相控整流電路結構簡單、控制方便、性能穩定。整流的基礎是整流電路。由于電力電子技術是將電子技術和控制技術引入傳統的電力技術領域，利用半導體電力開關器件組成各種電力變換電路實現電能和變換和控制，而構成的一門完整的學科。整流電路的應用十分廣泛。廣泛的應用于直流電動機、電鍍、電解電源、同步發電機勵磁、通信系統電源燈。本設計研究了單相半控橋式整流電路，對整流電路的原理及特點進行了分析，對整流元件進行了參數計算并選擇出了合適的器件。本設計選擇集成觸發器做為品閘管的觸發電路，詳細的介紹了的工作原理。本設計還設計了合理的保護電路。最后利用搭建仿真模型。關鍵詞：半控整流，驅動電路，保護電路，仿真單相半控橋式整流電路設計主電路的設計設計目的（1、）把從電力電子技術課程中所學到的理論和實踐知識，在課程設計實踐中全綜合的加以運用，使這些知識得到鞏固、提高，并使理論知識與實踐技能密切結合起來。（2、）初步樹立起正確的設計思想，掌握一般電力電子電路設計的基本方法和技能，培養觀察、分析和解決問題及獨立設計的能力，訓練設計構思和創新能力。（3、）培養具有查閱參考文獻和技術資料的能力，能熟悉或較熟悉地應用相關手冊、圖表、國家標準，為今后成為一名合格的電氣工程技術人員進行必須的基本技能和基本素質訓練。整流電路的選擇整流電路是電力電子電路中出現最早的一種，整流電路是把交流電能轉換為直流電能的電路。大多數整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。20世紀70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網與整流電路之間的電隔離。可以從各種角度對整流電路進行分類。按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結構可分為橋式電路和零式電路。按交流輸入相數分為單相電路和多相電路。按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。單相橋式整流電路可分為單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路，它們有不同的工作特點。下面分析兩種單相橋式整流電路的優缺點。單相全控橋式整流電路單相橋式全控整流電路帶阻感負載電路圖如圖1所示：

優點：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。缺點：每次都要同時觸發兩只晶閘管，線路較為復雜，器件損耗比較大。1.2.2單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路帶阻感負載電路圖如圖2所示：11b圖211b圖2單相橋式半控整流優點：線路簡單、調整方便，器件損耗比單相全控橋式整流電路小。弱點：輸出電壓脈動沖大，負載電流脈沖大（電阻性負載時），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。在本設計中，需要設計的是單純的整流電路，沒有要求逆變等功能，為了簡化電路，減少開關器件損耗，我選擇用單相橋式半控整流電路。

■■■■■■■單相橋式半控整流電路帶反電勢電阻負載電路圖如3所示：圖3圖3不帶續流二極管的單相橋式半控整流電路原理分析：如圖3，每一個導電回路由1個晶閘管和1個二極管構成。電路帶反電動勢負載工作，

時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。品閘管導通之后，2直至E即降至使得品閘管關斷，此后E與電阻負載時相比，品閘管提前了電角度?停止導電，■稱為停止導電角。當■■時，觸發脈沖到來時，品閘管承受負電壓，不可能導通。在在正半周時，在3=a(a)處給晶閘管加觸發脈沖，導通后，電流從正端一一一一一負端向負載供電。當減小到，品閘管截止導通。在負半周3=na時刻觸發使其導通，則向加反壓使之關斷，經ffff端向負載供電。時，晶閘管截止導通。整流輸出電壓與電流波形如圖4所示■或■或0觸發脈沖丟失時，會發生成為正弦半波，即半周期圖4輸出波形實際情況下，若無續流二極管，則當■突然增大至一個晶閘管持續導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使為正弦，另外半周期為零，其平均值保持恒定，相當于單相半波不可控整流電路時的

波形，稱為失控。有續流二極管時，續流過程由完成，避免了失控的現象。續流期間導電回路中只有一個管壓降,少了一個管壓降,有利于降低損耗。單相橋式半控整流電路帶續流二極管電路簡圖如圖5所示：圖帶續流二極管的單相橋式半控整流電路圖帶續流二極管的單相橋式半控整流電路加入續流二極管后輸出的電壓與電流波形都跟不帶續流二極管一樣，如圖所示。1．4器件的選擇加入續流二極管后輸出的電壓與電流波形都跟不帶續流二極管一樣，如圖所示。1．4器件的選擇1.4.1變壓器的選擇根據題意，輸入交流電，移相范圍0°,根據題意，輸入交流電，移相范圍0°,反電勢,可知■■°,■■sin■—2UU2得到U=100V2變壓器二次側的電壓即為給定的輸入電壓，所以本設計不需要加變壓器。1.4.2整流器件的選擇整流電路輸出電壓1U■(■Ed(wt)<2Usinwtd(wt)■■Ed(wt))d■0■2■■U■<2Ucos當■■30。時，可以得到U最大有效值為d

U=101V

dMAX由輸出最大功率為得到最大的電流為TOC\o"1-5"\h\zI=P/U=5Admaxdmax晶閘管與二極管承受的最大反向電壓為U■①■141V

RM2晶閘管與二極管的額定電壓為U■(2~3)印41■282~423VN晶閘管與二極管的額定電流求出I■5A，流過晶閘管與二極管電流的有效值為dmaxI■1=I■3.5AVD<2d晶閘管與二極管的額定電流為的二極管。I■(1.5~2)B3.5/1.57■3.4~4.5A

N的二極管。根據上述參數，選擇兩個型號為的晶閘管和兩個型號為2觸發電路的設計2.1晶閘管的觸發電路的作用觸發電路產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發電路往往還包括對其觸發時刻進行控制的相位控制電路。觸發電路要求觸發電路應該滿足以下幾點要求：1觸發脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通，比如對感性和反電動勢負載的變流器應采用寬脈沖或脈沖列觸發。2觸發脈沖應有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應增大為器件最大觸發電流的倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達■。3觸發脈沖應不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發區域之內。4應有良好的抗干擾性能、溫度穩定性及與主電路的電氣隔離。觸發電路的選擇可供選擇的觸發電路1單結晶體管觸發電路2正弦波同步觸發電路3鋸齒波同步觸發電路4集成觸發電路方案選擇的論證單結晶體管觸發電路：脈沖寬度窄，輸出功率小，控制線性度差；移相范圍一般小于18度0，電路參數差異大，在多相電路中使用不易一致，不付加放大環節。適用范圍：可觸發以下的晶閘管，常用于要求不高的小功率單相或三相半波電路中，但在大電感負載中不易采用。2正弦波同步觸發電路：由于同步信號為正弦波，故受電網電壓的波動及干擾影響大，實際移相范圍只有15度0左右。適用范圍：不適用于電網電壓波動較大的晶閘管裝置中。3鋸齒波同步觸發電路：它不受電網電壓波動與波形畸變的直接影響，抗干擾能力強，移相范圍寬，具有強觸發，雙脈沖和脈沖封鎖等環節，可觸發的晶閘管。適用范圍：在大眾中容量晶閘管裝置中得到廣泛的應用。4集成觸發電路：移相范圍小于18度0，為保證觸發脈沖的對稱度，要求交流電網波形畸變率小于5。%適用范圍：應用于各種晶閘管。本設計主電路為單相半控整流電路，選擇的觸發電路最好是能產生雙脈沖的觸發電路，所以我選擇集成觸發電路做為主電路的觸發電路。集成電路可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調試方便，已逐步取代分立式電路。KJ004■■■■■■■■■觸發電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏形電壓、移相電壓及鋸齒波電壓綜合比較放大電路和功率放大電路四部分組成。電路具有輸出負載能力大、移相性能好、正負半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低，有脈沖列調制輸出端等功能與特點。電路原理圖如圖6所示：電路原理圖■+15VC—史［在1電路原理圖■+15VC—史［在1肅C-%工作原理：如圖所示的電路原理圖，點劃框內為的集成電路部分，它與分立元件的同步信號為鋸齒波的觸發電路相似。?等組成同步環節，同步電壓經限流電阻加到、基極。在的正半周，導通，電流途徑為一一一一地；在負半周，、導通，電流途徑為一一一一一——。因此，在正、負半周期間。基本上處于截止狀態。只有在同步電壓v7寸，?截止，從電源十經、取得基極電流才能導通。電容接在的基極和集電極之間，組成電容負反饋的鋸齒波發生器。在導通時，經、迅速放電。當截止時，電流經一一一———對充電，形成線性增長的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過、的充電電流和電容的大小。根據導通的情況可知，在同步電壓正、負半周均有相同的鋸齒波產生，并且兩者有固定的相位關系。及外接元件組成移相環節。鋸齒波電壓、偏移電壓、移相控制電壓分別經、、在基極上疊加。當日寸，導通。設、為定值，改變，則改變了導通的時刻，從而調節脈沖的相位。等組成了脈沖形成環節。經電阻獲得基極電流而導通，電容由電源經電阻、、基射結充電。當由截止轉為導通時，所充電壓通過成為基極反向偏壓，使截止。此后經l一一一地）放電并反向充電，當其充電電壓三時，又恢復導通。這樣，在集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度由充電時間常數和決定。、為脈沖分選環節。在同步電壓一周期內，集電極輸出兩個相位差為°的脈沖。脈沖分選通過同步電壓的正負半周進行。如在正半周導通，截止，導通，把來自的正脈沖箝位在零電位。同時，正脈沖又通過二極管、經?放大后輸出脈沖。在同步電壓負半周，情況剛好相反，導通，截止，正脈沖經?放大后輸出負相脈沖。KJ004■■■■■■■KJ004管腳圖如圖所示:

圖管腳圖表引腳說明功能輸出空鋸齒波形成Q地同步輸入綜合比較微分阻容封鎖調制引腳號1、63、、■■■■■■■接線圖如圖所示接0線0圖4各0管4腳波形圖如圖9所示：圖管腳輸出波形原理說明：同步變壓器加到主電路輸入電壓上，即形成了同步電壓。同步變壓器的變比為。同步電壓加上后，在芯片的腳就形成了與參考信號相同步的鋸齒波，鋸齒波電壓、移相電壓和偏移電壓在綜合腳使能。在鋸齒波固定時，如果移相電壓至零，那么改變偏移電壓就是在改變所發脈沖的起始位置，也就是在我們在外的控制移相電壓為時的初始a角。將偏移電壓固定后，我們就可以根據需要調節移相電壓進而輸出我們所需要的a角了。本設計要求移向范圍為。?°,所以調節,的移向電壓為?0觸發脈沖的脈寬也是可以調節的,他是通過11腳和12腳之間的電容和12腳與1電腳之間的電阻的改變實現的。經過鋸齒波電壓、移相電壓和偏移電壓在綜合腳（腳）的電壓綜合比較之后，就會在腳輸出脈沖，而這個脈沖是正反兩路驅動信號的合成脈沖，我們是不能用的,芯片內部有脈沖選擇電路,經過此電路進行脈沖選擇后就可輸出正反兩路脈沖由1、15腳輸出進而控制晶閘管。

2.4本課程設計為橋式半控整流電路，移向范圍在范圍內變化。通過控制觸發時間控制觸發角，從而控制輸出電壓。已知輸入電壓頻率,即周期為。若要求觸發角為控制移向移向角在這個則觸發時間為若要求觸發角為若要求觸發角為0.02■30t■i2H802.4本課程設計為橋式半控整流電路，移向范圍在范圍內變化。通過控制觸發時間控制觸發角，從而控制輸出電壓。已知輸入電壓頻率,即周期為。若要求觸發角為控制移向移向角在這個則觸發時間為若要求觸發角為若要求觸發角為0.02■30t■i2H80■0.0017st■0.01■t■0.0117s21，則觸發時時間為0.02■60t■i2H80■0.0033st■0.01■t■0.0133s21，則觸發時間為■0.005s0.02■■0.005ss2H80t■0.01■t■0.015s213保護電路的設計在電力電子電路中，除了電力電子器件參數選擇合適，驅動電路設計良好外，采用適合的過電壓保護電路和過電流保護電路也是必要的。3.1過電壓保護措施過電壓分為外因過電壓和內因過電壓兩類。以過電壓保護部位來分，有交流側過電壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。（1）交流側過電壓保護措施采用組容保護。即在交流輸入端并聯電阻和電容進行保護，如圖所示。圖10組容保護直流側過電壓保護措施直流側保護可采用與交流側保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護，如下圖1左1所示：VT圖直流側過電壓保護電路圖（左圖為三相，本文為單相壓敏電阻的標稱電壓U，一般用下面公式計算，即:1mAU■(1.8~2)U1mADC由于U■101V，則U■2?01V■202Vdmax1mA晶閘管兩端過電壓保護措施采用的在二極管兩端并聯組容保護。由經驗數據得C■0.25BF,R■20H線路圖如上圖右所示。3.2■■■■■過電流分過載和短路兩種情況。快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器是較為常用的措施，一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提高保護的可靠性和合理性。通常，電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作本。設計中采用快速熔斷器。快速熔斷器簡稱快熔，其斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施。快速熔斷器可以安裝在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯。電路圖如1圖所2示：圖12過流保護電路總體電路總體電路結構圖總體電路結構圖如圖13所示圖13總體電路結構圖總體電路原理圖總體電路原理圖如圖14所示:總體電路原理分析該電路電源、保護電路、整流電路和觸發電路四部分構成。主電路為單相橋式半控整流電路，品閘管的觸發信號由集成觸發器提供。在電路中增加了必要的保護電路。每部分具體的原理已在前面詳細分析，這里就不再復述了。電路的主要用途整流電路的作用是把交流電能轉換為直流電能供給直流用電設備。整流電路的應用十分廣泛,廣泛的應用于直流電動機、電鍍、電解電源、同步發電機勵磁、通信系統電源燈。在電力電子技術中，可控整流電路是非常重要的內容，工業中大量應用的各種直流電動機的調速均采用電力電子裝置；電氣化鐵道（電氣機車、磁懸浮列車等）、電動汽車、飛機、船舶、電梯等交通運輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術；各種電子裝置如通信設備中的程控交換機所用的直流電源、大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源都可以利用整流電路構成的直流電源供電。綜合設計與仿真仿真模型綜合上述的分析，利用畫出仿真電路，如圖所示Dunce匚。「匕僅口」￡pov/ergLiPulseGEnET5tsrl綜合上述的分析，利用畫出仿真電路，如圖所示Dunce匚。「匕僅口」￡pov/ergLiPulseGEnET5tsrlVoltagi^7)ACVctage：仿真電路各元件參數設置:、單相交流電源。峰值電壓設置為1頻率設置、二極管和晶閘管為默認的參數。、設置觸發器的周期與電壓周期一致，為,通過設置觸發時間來控制輸出電壓與電、設置觸發器的周期與電壓周期一致，為,通過設置觸發時間來控制輸出電壓與電流的波形。、設置負載電阻為10歐0。仿真波形經過以上參數整定后，整個系統的仿真設計已經完成，現給出所有輸出結果。其仿真波形如下：當觸發角為，波形如圖16所示當觸發角為圖17觸發角為9°0的波形當觸發角為時，波形如圖18所示圖18觸發角為12°0的波形■■■■■■仿真得到的第一個波形為單相交流輸入電壓波形，可以看出在觸發角不同時，輸入電壓不變。第二個波形為觸發脈沖，在一個周期內有兩個相差18°0的觸發脈沖。第三個波形為流過某一個晶閘管的電流波形，可以看出每個晶閘管都只在半個周期內能導通且電流隨觸發角不同而不同。第四個波形為輸出電流波形。第五個波形為輸出電壓波形，可以看出輸出電流波形與輸出電壓波形形狀一樣。單相交流電在經過整流之后變成直流電，輸出電壓波形與電流波形相同。由于有反電勢的存在，使晶閘管提前了點角度■■停止導電。武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書小結與體會本文分析了單相半控橋式整流電路的基本原理、工作特性。通過本課程設計，我受益匪淺。熟悉和掌握整流電路基本工作原理及參數計算方法。掌握晶閘管在相關電路中的工作特點，并能根據設計要求，正確計算晶閘管參數，合理選擇晶閘管型號。了解常用晶閘管觸發電路的特點，并能根據實際電路選擇合理的觸發電路形