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1、单相桥式全控整流电路的设计摘要电力电子学主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各 样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电（高电压、大电流） 或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电（低电压、小电流）或电子领域的一个分支， 或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三 个领域的一个新兴工程技术学科。随着科学技术的日益发展 ,人们对电路的要求也越来 越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源 ,而相控整流电路结构简单、控制方 便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电 能的主要方法,得到
2、了广泛应用。在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力 网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需 要用直流电。要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件 产生直流电。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器 件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流的基础是整流电路。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和变换和控制，而构成的一门完整的学科。整流电路应用非常 广泛，而单相全控桥式晶闸管整流电路又有利于夯实基础，故我们将单结晶体管触
3、发的 单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。关键词：单相，桥式，全控目录摘要 11. 工作原理 11.1 IGBT的简介11.1.1 IGBT 的概述11.1.2 IGBT的基本特性11.1.3 IGBT的参数特点 21.2单相桥式全控整流电路的基本原理31. 2. 1电路组成 31.2.2工作原理 32. 电路总体设计 52.1总电路图52.2确定各器件参数52.2.1参数关系 52.2.2参数的计算 62.3晶闸管的选择73. 触发电路的设计 84. 工作过程及参数设定 94. 1工作过程 94.2参数设定和仿真图94.2.1触发角为60094.2.2触发角为900
4、115. 心得体会 13参考 文献 141. 工作原理1.1 IGBT的简介1.1.1 IGBT的概述IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）,绝缘栅双极型功率管，是由 BJT（双 极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密 度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度 小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流 电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变
5、频器、开关电源、照明电路、牵引传动 等领域正式商用的IGBT器件的电压和电流容量还很有限，远远不能满足电力电子应用 技术发展的需求；高压领域的许多应用中，要求器件的电压等级达到10KV以上，目前 只能通过IGBT高压串联等技术来实现高压应用。国外的一些厂家如瑞士 ABB公司采用 软穿通原则研制出了 8KV的IGBT器件,德国的EUPEC生产的6500V/600A高压大功率IGBT 器件已经获得实际应用，日本东芝也已涉足该领域。与此同时，各大半导体生产厂商不 断开发IGBT的高耐压、大电流、高速、低饱和压降、高可靠性、低成本技术，主要采 用lum以下制作工艺，研制开发取得一些新进展。590输出电
6、压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是090。控制角a在090。之间变化时，晶闸管导通角9 = n，导通角。与控制角a无关。1.2.3 电路分析在U2正半周期，触发角a处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通,Ud=U2。负 载中有电感存在是负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大， 负载电流连续，且波形近似为一水平线。U2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id,并不关断。至wt二n + a时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，VT2和VT3承受正向电压导通。U2 通过 VT2 和 VT3 分别向 VT1 和 VT4 施加反压使 VT1 和 V
7、T4 关断，流过 VT1 和 VT4 的电流 迅速转移到 VT2 和 VT3 上，此过程称为换相，亦称换流。图 1-3 单相桥式全控整流电路带阻感负载电路波形2. 电路总体设计2.1 总电路图/FiU 360.32 -240 ：；6i：i.34o5_l1.14 R.SOLiLimH -Lf 图 2-1 单相桥式全控整流电路的设计2.2 确定各器件参数2.2.1 参数关系(1) 输出电压平均值U和输出电流平均值Iddi_2 .- 2U = F+a、2U sin td（t） = U cos a= 0.9U cos a d 兀a2兀 22I = 11 晶闸管的电流平均值仃和有效值It dT 2 d二
8、丄 I = 0.7071T 、；2 d d(3) 输出电流有效值I和变压器二次电流有效值122d(4) 晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为：v2u22.2.2 参数的计算(1) . 在阻感负载下电流连续，整流输出电压的平均值为U 二 0.9U cos a 二 0.9*100*l/2V 二 45Vd2(2) . 变压器二次侧输出电压为U 二、丄 jw(2u sin t)d 6t) =U = 100V兀冗22(3) . 整流输出电流平均值为50075A 二 11.1A(4) . 变压器二次侧电流为I =1 = 11.1A2d(5) . 电阻为U 45R = d =0 = 4.050I11.1d(6) . 晶闸管承受的最大反向电压为J1U = 100 迈V = 141.4V2(7) . 晶闸管的额定电压为U =6 3)x 141.4V = 283 - 424VN(8) . 流过晶闸管电流有效值为=归=7.85 AVT -,-;2(9) .晶闸管的额定电流为(1.5 2)x II =vt = 7.5 10An 1.57(10).Ul=220V U2=100V 变压器变比为 K=Ul/U2=220
