单相桥式半控整流电路设计.docx

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单相桥式半控整流电路设计

电子技术课程设计任务书

2012/2013学年第一学期

学院：

信息与通信工程学院

专业：

 电气工程及其自动化

学生姓名：

 XX

学号：

XXXXXXXX

课程设计题目：

单相桥式半控整流电路设计

起迄日期:

12月24日~01月4日

课程设计地点:

电气工程系软件实验室

指导教师:

XXX

系主任：

XXX

下达任务书日期:

2012年12月24日

课程设计任务书

1．设计目的：

1.加深理解《电力电子技术》课程的基本理论

2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力

3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

设计条件：

1.电源电压：

交流100V/50Hz

2.输出功率：

500W

3.触发角

4.阻感负载

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。

设计内容包括：

1.整流变压器额定参数的计算

2.晶闸管电流、电压额定参数选择

3.触发电路的设计

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：

1.根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图；

2.利用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。

3.用示波器模块观察和记录电源电压、触发信号、晶闸管电流和电压，负载电流和电压的波形图。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009

[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005

[3].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.2006

[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010

5．设计成果形式及要求：

1.电路原理图及各器件参数计算

2.MATLAB仿真

3.编写课程设计报告。

6．工作计划及进度：

2012年12月24日~12月25日设计电路，计算参数

12月26日~12月31日对设计的电路进行MATLAB仿真

2013年01月01日~01月04日编写课程设计说明书，答辩或成绩考核

系主任审查意见：

签字：

年月日

1.绪论

电力电子技术是以电力、电能为研究对象的电子技术，又称电力电子学（PowerElectronics）。

它主要研究各种电力电子半导体器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或设置，以完成对电能的变换和控制。

电力电子学是横跨“电子”“电力”“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。

由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，而构成的一门完整的学科。

故其学习方法与电子技术和控制技术有很多的相似之处。

单相桥式整流电路是一种相对重要的整流电路，把交流电能转换成直流电能的一种桥式整流电路。

它可以应用到很多的地方，在许多的元器件中都有用到，范围广泛。

本课程设计内容是设计一个单相桥式半控整流电路为PL负载提供直流电源。

本文需要研究的是设计一个主电路、控制电路组成的总电路，以及要进行MATLAB仿真实验。

其中主电路是要设计一个单相半控桥式整流电路，控制电路是要同步信号为锯齿波的触发电路。

2.单相半控桥式整流电路电路设计

单相半控桥式整流电路总体设计框图如图所示

2.1电路原理图

实验电路如图所示。

图中的VT1和VT2为触发脉冲互差180°的晶闸管，VD1和VD2为整流二极管。

由这四个管子组成桥式电路。

因为只有共阴极的VT1和VT2可控，而共阳极的VD1和VD2不可控，所以称为桥式半控整流电路。

电阻Rp和电感Ld为负载，若假定电感Ld足够大，即Ld>>Rp，由于电感中电流不能突变，则可认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值。

由于桥式结构的特点，只要晶匣管导通，负载端总要加上正向电压，而负载电流始终是单方向流动，因此桥式半控整流电路只能工作在第一象限，因为Ld>>Rp，所以不论控制角α为何值，负载电流Id波形的变化很小。

2.2单相桥式半控整流电路的计算公式：

输出电压平均值：

值为83.97V

负载电阻值：

值为14.1Ω

输出电流的平均值为：

值为5.96A

流经晶闸管的电流有效值：

值为1.86A

流经晶闸管的电流额定值：

取值为6A

流经晶闸管的电压额定值：

取值为300V

2.3带阻感负载时的工作情况

1）在输入电压的正半周，触发角α处给晶匣管VT1加触发脉冲，电压经VT1和VD2向负载供电。

电压过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。

但因此时有电位的高低，使得电流从VD2转移至VD1，VD2关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是VT1和VD1续流。

2）在输入电压的负半周触发角α时刻触发VT2导通，则向VT1加反压使之关断，电压经VT2和VD1向负载供电。

电压过零变正时，VD2导通，VD1关断。

VT2和VD2续流，电压又为零。

3）重复以上步骤。

3.MATLUB仿真

3.1MATLUB仿真图

3.2元器件参数设置

3.2.1设置晶闸管参数（取默认值）

Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8V,Rs=500Ω,Cs=250e-9

3.2.2设置交流电源参数

U=142V（有效值）,f=50Hz

3.2.3设置负载参数

R=14.1Ω,L=1H

3.2.4设置时的脉冲参数

触发信号1初相位为0.0017，触发信号2初相位为0.0117

3.3仿真结果展示

触发信号如下:

电源电压、晶闸管电流和电压，负载电流和电压的波形图如上

4.结论及体会

结合以上波形图，我们可以分析出单相桥式半控整流电路具有以下的特点：

1、电感在电路中具有续流作用；

2、晶闸管在触发时换流，二极管则在电源过零时刻换流；

3、尽管电路具有续流作用，但还应该加续流二极管，以防失控现象；

这次课程设计让我明白了很多关于电力电子技术方面的知识，尤其是在课本中没有完全介绍的。

要完成这次课程设计，关靠书本知识是远远不够的，所以我查阅了很多关于电力电子的书籍，并且也通过网络查到了很多相关的知识，为这次课程设计做了很多帮助。

对于课程设计的内容，首先要做的应是对设计内容的理论理解，在理论充分理解的基础上，才能做好课程设计，才能设计出性能良好的电路。

整流电路中，基本元件的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。

设计过程中，我明白了整流电路，尤其是单相半控桥式整流电路的重要性以及整流电路设计方法的多样性。

通过这次课程设计，我对文档的编排也有了一定的掌握，这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电力电子这门课程，把以前一些没弄懂的问题这次弄明白了一部分，当然没有全部。

整个课程设计过程中，由于理论知识的缺乏，以及对课程设计的不熟悉，课程设计还有很多不足之处，在以后的课程设计中，希望能有所改善。

参考文献

[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009

[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005

[3].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.2006

[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010