单相半控桥式晶闸管可控整流电路阻感负载.docx

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单相半控桥式晶闸管可控整流电路阻感负载

西安交通工程学院

《电力电子技术》课程设计报告

题目：

单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）

专业班级:

电气工程及其自动化1402班

姓　　名：

康爽陈绪磊任旭豪

时间：

2016年12月16日

指导教师：

贾亚娟

完成日期：

2016年12月30日

设计任务书

1．设计目的与要求

1.1设计一个单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（无续流二极管）

设计要求：

（1）电源电压：

交流100V/50Hz；

（2）输出功率：

500W；

（3）移相范围：

0°～180°。

1.2设计一个单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（有续流二极管）

设计要求：

（1）电源电压：

交流100V/50Hz；

（2）输出功率：

500W；

（3）移相范围：

0°～180°。

2．设计内容

（1）根据课程设计题目，收集相关资料，并设计出主电路和控制电路；

（2）用MATLAB软件对设计的电路进行仿真；

（3）撰写课程设计报告，并画出主电路、控制电路的原理图，说明其工作原理以及选择元件参数，绘制主电路和触发电路的波形，并给出仿真波形，对仿真结果进行分析，附参考资料。

3．编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

4．答辩

在规定时间内，完成叙述并回答问题。

目录

1引言………………………………………………………………………………1

2总体设计方案……………………………………………………………………1

2.1设计思路………………………………………………………………………1

2.1.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制流程……………………………1

2.2总体设计框图…………………………………………………………………….2

3设计原理分析………………………………………………………………………2

3.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（无续流二极）………………2

3.2单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（有续流二极管） …………3

4参数选择…………………………………………………………………………….4

4.1元件清单…………………………………………………………………………..4

4.2整流元件的选择…………………………………………………………………4

4.2.1晶闸管结构……………………………………………………………………...4

5总结与体会………………………………………………………………………..5

参考文献…………………………………………………………………………6

单相桥式半控整流电路

摘要:

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。

本次课程设计要完成单相桥式半控整流电路的设计，对电阻负载供电，并使输出电压在0到180伏之间连续可调，由于是半控电路，因此会用到晶闸管。

此外，还要用MATLAB对设计的电路进行建模并仿真，得到电压与电流波形，对结果进行分析。

关键词:

半控；整流；晶闸管；续流二极管

1引言

随着社会科学技术的发展，电力电子技术应用越来越广泛。

最早成功的是高压直流输电，1986年美国电力科学研究院提出了灵活交流输电的概念，相应出现了统一潮流控制器等多种设备。

电力电子设备和系统逐步投入运行，大幅度提高了电力系统的稳定水平，产生巨大效益。

在节能方面，通过变频器、节能灯、开关电源等，产生了比较明显的节能效果。

电力电子是解决能源问题的关键技术，它对新源的开发、转化、输送、储存和利用等各方面发挥着重要的作用。

2总体设计方案

2.1设计思路

单相桥式半控整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。

单相桥式整流电路在感性负载电流连续时，当相控角α<90°时，可实现将交流电功率变为直流电功率的相控整流；在α>90°时，可实现将直流电返送至交流电网的有源逆变。

在有源逆变状态工作时，相控角不应过大，以确保不发生换相（换流）失败事故。

2.1.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制流程

单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制系统流程图如图1所示。

驱动触发电路

输入

整流主电路

过电流保护

输出

过压保护

图1单相半控桥式晶闸管可控整流电路控制系统流程图

2.2总体设计框图

单相半控桥式晶闸管可控整流电路设计原理框图如图2所示

交流输入

晶闸管桥式

整流电路

输出符合要求

的电压

控制电路

图2单相半控桥式晶闸管可控整流电路设计原理框图

3设计原理分析

3.1单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（无续流二极管） 

每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。

在U2正半周触发VT1，U2经VT1和VD4向负载供电。

U2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1连续导通，但因a点电位低于b点电位，电流是由VT1和VD2续流，Ud=0.在U2负半周触发VT3,向VT1加反压使之关断，U2经VT3和VD2向负载供电。

U2过零变正时，VD4导通，VD2关断。

VT3和VD4续流，Ud又为零。

输出波形与单相桥式感性负载的波形相同。

图3 阻感性负载（无续流二极管）的主电路

3.2单相半控桥式晶闸管可控整流电路（阻感负载）（有续流二极管） 

图5阻感性负载（有续流二极管）的主电路

u0

0wt

u

d

0Wt

图6阻感性负载（有续流二极管）的主电路 波形图

若无续流二极管，则当α角突然增大至180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使Ud成为正弦半波，即半周期Ud为正弦，另为半周期Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。

有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免失控的现象。

续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。

4参数选择

4.1元件清单

二极管

3个

电阻

1个

晶闸管

2个

电感

1个

变压器

1个

4.2整流元件的选择

4.2.1晶闸管结构

晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，可区分为管芯及散热器两大部分，分别如下图4.2.1（a）、（b）、（c）所示

图7晶闸管管芯及符号表示图

管芯是晶闸管的本体部分，由半导体材料构成，具有3个与外电路可以连接的电极：

阳极A，阴极K和门极（或控制极）G。

晶闸管管芯的内部结构如图8所示，是一个四层（P1—N1—P2—N2）三端（A、K、G）的功率半导体器件。

它是在N型的硅基片（N1）的两边扩散P型半导体杂质层（P1、P2），形成两个PN结J1、J2。

再在P2层内扩散N型半导体杂质层N2又形成另一个PN结J3。

然后在相应的位置放置钼片作电极，引出阳极A，阴极K和门极G，形成了一个四层三段的大功率电子元件。

这个四层半导体器件由于三个PN结的存在，决定了它的可控导通特性。

图8晶闸管内部结构图

5总结与体会

这次的课程设计让我对电力电子的理论知识有了很深的认识，尤其是在书本中介绍不完全的知识。

要完成这次课程设计，仅仅靠书本上的知识是远远不够的，我查阅了一些关于电力电子的书籍，也通过网络查了很多电力电子的知识。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。

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。

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

总之，这次课程设计不仅增加了我的知识积累，为将来的毕业设计打下了基础，还让我懂得自主学习的重要性，还有做什么事情都要有恒心，有信心，动脑子去想，就一定有所收获。

参考文献

[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：

机械工业出版社，2009

[2]马建国，孟宪元.电子设计自动化技术基础[M].清华大学出版社,2004

[3]王锁萍.电子设计自动化教程[M].四川：

电子科技大学出版社，2002

[4].康华光.电子技术基础（第五版）.北京：

高等教育出版社，2005

[5]周克宁.电力电子技术.北京：

机械工业出版社，2004

[6]陈坚.电力电子学.北京：

高等教育出版社，2010