晶闸管单相桥式可控整流电路解读.docx

晶闸管单相桥式可控整流电路说明书学院：电信学院专业班级：09级电气二班姓名：张永来学号：09230217指导老师：杨巧玲摘要本设计是以matlab编程软件下进行的，首先安装 matlab软件，在根 据设计任务说明说上要求的设计出单相桥式可控整流电路， 用晶闸管的可控性能组成，设计具有高效，精度高等，而在这之前必须要学会 使用MATLAB软件电阻电感性负载单相桥式可控整流电路的各个 波形要有一定的了解和熟悉.并且参考个资料进行设计目录第一章设计要求第二章制度设计方案第三章主电路的设计第四章元件和电路参数的计算第五章系统仿真第六章波形分析第七章设计总结 附录参考文献第一章设计要求1.1设计任务及技术要求计算机仿真具有效率高，精度高，可控性高和成本低等特点， 已经广泛应用与电力电子电路的分析和设计中 计算机仿真不仅可以 取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能 力，避免因为解释法在近似处理中带来的较大误差， 还可以与实物调制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期 可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过程 通过本次仿真，学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优势， 并掌握电力电子计算机仿真的基本方法。

1,晶闸管单相全控桥式整流电路，参数要求：电网频率f=50Hz电网额定电压U1=380V电网电压波动正负10%阻感性负载电压 0——190V可调2设计内容(1)制定设计方案(2)主电路设计及主电路元件选择(3)驱动电路和保护电路设计及参数计算，器件选择(4)绘制电路原理图(5)总体电路原理图及其说明书3仿真任务要求(1)熟悉 matlab、simulink、power system中的仿真模块用法及功能(2)根据设计电路搭建仿真模型(3)设置参数并进行仿真(4)给出不同触发角时对应的Ud Id i2和Ivt1的波形4设计总体要求(1)熟悉整理和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务(2)掌握基本电路的数据分析，处理；描绘波形并加以判断(3)能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理(4)广泛收集相关技术资料(5)按时完成课设设计任务，认真，正确的书写课程设计报告第二章制定设计方案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:LR(a)i d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 器件的选择1.晶闸管晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--SCR,是最早出现的可控型电力电子器件 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--普通晶闸管但由于只能控制其导通不 能控制其关断，故称晶闸管为半控型器件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（Pi、N、P2、N2）组成，形成三个结Ji（PN）、J2 (N1P2)、J3 (P2N),并分别从Pl、B、励引入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 Ti (P1-N1-B)和 (N-P2-N2)组成的等效电路A图1晶闸管内部结构及等效电路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I g 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第三章主电路的设计3.1 系统总设计框图系统原理方框图如2所示:图2.系统原理方框图3.2 系统主体电路原理及说明图3阻感性负载电路（a）工作波形（b）假设®L>AR ,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5正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在0t = a 时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T二次侧形成回 路，但由于大电感的存在，见过零变负时，电感上的感应电动势使 VT1、VT2继续导通，直到VT3 VT4被触发导通时，VT1、VT2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U2负半周期间，晶闸管VT3 VT4承受正向电压，在 时触发，VT3 VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载 电流从VT1、VT2中换流至VT3 VT4中在0t = 2n时，电压也过零，VT3 VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期 VT1、VT2导通时，VT3 VT4因加反向电压才截止值得注意的是，只有当口H%时, 负载电流id才连续，当a〉%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 0-%。

1)输出电压平均值Ud和输出电流平均值IdUd1 2 2U2U 2 sin td t = (1严二=0.9U 2 cos：(2)晶闸管的电流平均值IdT和有效值It(3)输出电流有效值I和变压器二次电流有效值I2I - I2 - I d (5)(4)晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压垮U23.3原理图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第四章 元件和电路参数计算4.1 晶闸管的主要参数说明：1、额定电压UTn通常取LDr话口 Urm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2〜3倍，以保证电路的工作安全晶闸管的额定电压 UTn - ：minU drM ,URRM JUTn = (2-3) LTmUm：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压2、额定电流It(AV)It(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 :额定电流有效值，根据管子的It(AV)换算出，(6)⑺I T(AV) 、I TM I Tn 三者之间的关系：1 T(AV) 1/2 2ITn = 1/2二 ° (Imsin t)2d( t) = Im/2 =0.5ItmImsin td( t) = Im/二=0.3181TM3、维持电流I H维持电流是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到 几百毫安。

维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管 越难关断4、掣住电流Il晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号，此时要维持元件导通所需的最小阳极电流称为掣住电流 一般掣住电流比维持电流大 (2〜4)倍5、通态平均管压降UT(av)指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在 0.4〜1.2V6、门极触发电流Ig在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完 全导通所用的门极电流，一般为毫安级7、断态电压临界上升率du/dt在额定结温和门极开路的情况下， 不会导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率一般为每微秒几十伏8、通态电流临界上升率di/dt 在规定条件下，晶闸管能承受的最 大通态电流上升率若晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时， 有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏 晶闸管9、波形系数：有直流分量的电流波形，具有效值I与平均值Id之比 称为该波形的波形系数，用K表示Kf (7)I d额定状态下，晶闸管的电流波形系数K f =，Tn =5 i. .57 (8)IT(AV) 晶闸管额定电流It(av)=里=工=3.2A1.57 1.57考虑2倍裕量：L(av)取6.4A所以在本次设计中我选用4个KP10-3的晶闸管4.2晶闸管的选型该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。

Udmax=190V 时，不计控制角余量按口=00计算由 Ud=0.9U2 得 U2=~Ud-=211V0.9考虑2倍裕量：直接5取422V晶闸管的选择原则：I、所选晶闸管电流有效值%大于元件 在电路中可能流过的最 大电流有效值n、选择时考虑(1.5〜2)倍的安全余量即1 Tn - T(”.5〜2)；；7当d =5A时， .57 I T(AV) =(1.5 〜2)Itm第五章系统仿真带电阻电感性负载的仿真:启动MATLAB进入SIMULINKW建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图，双击各模块，在出现的对话框内设置模块5.1 仿真电路图（图4）图4,仿真接线图5.2 触发。