1、单相桥式全控整流电路设计电子技术课程设计说明书单相桥式全控整流电路设计学生姓名： 学号： 学院： 计算机与控制工程学院 专业： 电气工程及其自动化 指导教师： 李静 李郁峰 2016年 1 月1引言 11.1整流电路 11.2整流电路的发展与应用 12课程设计目的与要求 12.1课程设计目的 12.2课程设计的预备知识 22.3课程设计要求 23元器件的选择 23.1晶闸管 23.1.1晶闸管的结构 23.1.2晶闸管的工作原理图 23.1.3晶闸管的门极触发条件 33.1.4晶闸管的主要参数说明 33.2可关断晶闸管 44电路的结构与工作原理 54.1电路结构 54.2工作原理 54.3基本
2、数量关系 55MATLAB仿真 65.1MATLAB软件介绍 65.2系统建模与参数设置 65.2.1仿真图形 65.2.2模型参数设置 75.3仿真结果与分析 86结论 9参考文献 9致 谢 91 引言1.1整流电路 整流电路是电力电子中出现最早的一种， 它的作用是将交流电能变为直流电能供 给直流用电设备。大多数整流电路由变压器 . 整流主电路和滤波器等组成。它在 直流电动机的调速 ,发电机的励磁调节 , 电解, 电镀等领域得到广泛应用。 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交流成分。变压器设置与否是具体情况而定
3、。 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， 主要的分类方法有： 按组成的期间可分为不可控， 半控，全控三种； 按电路的结构可分为桥式电路和 零式电路； 按交流输入详述分为单相电路和多相电路； 按变压器二次侧的方向是 单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路。1.2整流电路的发展与应用 电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作用。 1947 年美国贝尔实 验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命； 70 年代后期，以门极可关断 晶闸管（ GTO）. 电力双极型晶体管（ BJT）和电力场效应晶体管（
4、power-MOSFE）T 为代表的全控型器件发展迅速，把电力电子技术推上一个全新的阶段； 80 年代 后期，以绝缘极双极型晶体管（ IGBT）为代表的复合型器件异军突起，成为了现 代电力电子技术的主导器件。另外，采用全控型器件的电路的主要控制方式为 PWM脉宽调制式，后来，又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构 成功率集成电路（ PIC），随着全控型电力电子器件的发展，电力电子电路的工 作频率也不断提高。 同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大， 为了减小开关 损耗，软开关技术应运而生，零电压开关（ ZVS）和零电流开关（ ZCS）把电力电 子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。2
5、课程设计目的与要求2.1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。2.2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。2.3课程设计要求1、单相桥式全控整流的设计要求为：1.电源电压：交流 100V/50Hz2.输出功率：
6、 500W3. 触发角 30 4.反电势、电阻负载， E=75V根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的工作原理、计算选择元器件参数。3元器件的选择3.1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
7、包括其许多类型的派生器件。 3.1.1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 2.23.1.2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 T1（P1-N1-P2）和（ N1-P2-N2）组成的等效电路
8、。a) 晶闸管外形d) 模块外形图 2.2b) 内部结构 c) 电气图形符号晶闸管的内部结构和等效电路3.1.3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以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 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。3.1.4晶闸管的主要参数说明1、额定电压
9、 U Tn通常取U DRM 和U RRM中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的 额定电压。在选用管子时， 额定电压应为正常工作峰值电压的 23 倍，以保证 电路的工作安全。晶闸管的额定电压 UTn minU DRM ,URRMUTn = （23）UTMUTM ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压2、额定电流 IT AVIT AV 又称为额定通态平均电流。 其定义是在室温 40和规定的冷却条件下， 元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于 170的电路中，结温不超过额 定结温时，所允许的最大通态平均电流值。 将此电流按晶闸管标准电流取相近的 电流等级即为晶闸管的额定电流。ITn ：额定
10、电流有效值，根据管子的 IT AV 换算出，IT AV 、ITM 、 ITn 三者之间的关系：22(Im sin t)2d( t) Im/2 0.5I TM (5-2-1)IT(AV) 1/2 Imsin td( t) Im/ 0.318I TM (5-2-2)3.2可关断晶闸管可关断晶闸管简称 GTO可关断晶闸管的工作原理：图 3.1GTO 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。
11、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。4电路的结构与工作原理4.1电路结构IdVT3aU2VT2VT1UdVT4图 4.1 单相桥式全控整流电路 （反电势负载 ） 的电路原理图图 4.2 单相桥式全控整流电路 （ 反电势负载 ） 的电路波形4.2工作原理当整流电压的瞬时值 ud 小于反电势 E 时，晶闸管承受反压而关断，这使得arcsin E2U2晶闸管导通角减小。晶闸管导通时， ud u2，晶闸管关断时， ud E 。与电阻负 载相比晶闸管提前了电角度 停止导电， 称作停止导电角若 ，即晶闸管
12、不可以正 常触发导通。参考文献1. 王兆安.电力电子技术.机械工业出版社 .20092. 李传琦. 电力电子技术计算机仿真实验 .电子工业出版社 .20053. 洪乃刚 . 电力电子和电力拖动控制系统的 MATLAB仿真 . 机械工业出版社.20064. 钟炎平. 电力电子电路设计 . 华中科技大学出版社 .2010致谢在这次课程设计的撰写中， 我得到了许多人的帮助。 首先我要感谢我的老师 在课程设计上给予我的指导、 提供给我的支持和帮助， 这是我能顺利完成这次设 计的主要原因， 更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题， 让我能把系统做 得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高 了自己的设计能力。 其次，我要感谢帮助过我的同学， 他们也为我解决了不少我 不太明白的设计上的难题。 同时，感谢学院为我们提供良好的做课程设计的环 境，使我们在这学期快要结束的时候， 能够将学到的知识应用到实践中， 增强了 我们实践操作和动手应用能力， 提高了独立思考的能力。 最后再一次感谢所有在 设计中帮助过我的老师和同学。
