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1、电子技术课程设计说明书单相桥式全控整流电路的设计学生姓名： 学号： 电气工程及其自动化学 院： 赵俊海专 业： 指导教师： 2011年12 月中北大学信息商务学院课程设计任务书2011/2012 学年第 一 学期学 院：信息商务学院专 业：电气工程及其自动化学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：单相桥式全控整流电路的设计起 迄 日 期:2011年12月19日 2011年12月30 日课程设计地点:校内指 导 教 师:赵俊梅 系主任：王明泉下达任务书日期: 2011 年 12 月 19日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1. 了解并掌握电路的基本原理，具备初步的独立设计和仿真能力。2. 学习
2、Matlab仿真软件。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）： 设计一个单相桥式全控整流电路，输入电压幅值为311V，频率为50HZ，晶闸管的触发角为60度，仿真电阻负载和阻感负载的情况。电阻为1，电感为0.01H.。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设计单相桥式全控整流电路的原理图；2建立单相桥式全控整流电路的仿真模型。3. 利用Sumlink仿真软件对电路图进行仿真，并分析仿真结果。 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 宏乃刚，电力电子技术基础，清华大学出版社，20072 王兆安，电力电子技术，电子工业出版社，2
3、0033 谢卫，电力电子与交流传动系统仿真，机械工业出版社，2009 4 林飞，杜欣，电力电子应用技术的MATLAB仿真，中国电力出版社，2009 5设计成果形式及要求：1. 电路原理图2. sumlink的仿真模型及仿真波形3. 编写课程设计报告。6工作计划及进度：2011年 12月19日 12 月 22日 设计电路2012年12月23 日 12 月 26日 对电路进行multisim仿真2012年12月27 日 12 月 28日 编写课程设计报告2012年12月29 日 12月 30 日 答辩或成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日 目录任务书2第1章 课程设计目的与要求51.1课程
4、设计目的51.2课程设计的预备知识51.3 课程设计要求5第2章 课程设计方案的选择52.1整流电路62.2元器件的选择62.2.1晶闸管62.2.2 可关断晶闸管8第3章 主电路的设计83.1系统总设计框图93.2系统主体电路原理及说明93.3原理图的分析11第4章 辅助电路的设计114.1驱动电路的设计114.1.1触发电路124.2保护电路的设计134.2.1 主电路的过电压保护电路设计134.2.2主电路的过电流保护电路设计144.2.3电流上升率、电压上升率的抑制保护14第五章 元器件和电路参数计算155.1. 晶闸管的基本特性155.1.1静态特性155.1.2动态特性165.2晶
5、闸管基本参数175.2.1晶闸管的主要参数说明175.2.2晶闸管的选型195.2.3变压器的选取195.3性能指标分析：195.4元器件清单20第六章 电路仿真及结果分析20第七章 课程设计体会第1章 课程设计目的与要求1.1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
6、技术报告的能力。1.2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。1.3 课程设计要求1、单相桥式全控整流的设计要求为： 负载为电阻负载，感性负载,L=0.01H,R=1欧姆.2、技术要求: 1)、电源电压：交流311V/50Hz2)、触发脚为60度。 按课程设计指导书提供的课题，根据基本要求及参数独立完成设计。第2章 课程设计方案的选择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
7、如下：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
8、负载）。2.2元器件的选择 2.2.1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，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。 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
9、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（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。 图2.2晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形a)晶闸管外形 b)内部结构 c)电气图形符号 d)模块外形图2.3 晶闸管的内部结构和等效电路3）晶闸管的门极触发条件（1）: 晶闸管承受反向电
10、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。2.2.2 可关断晶闸管可关断晶闸管简称GTO1） 可关断晶闸管的工作原理图1.3 GTO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
11、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。 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。晶闸管具有驱动简单第3章 主电路的设计3.1系统总设计框图系统原理方框图如3.1所示：保护电路负载电路整流电路驱动电路单相电源输出 图3.1系统原理方框图 3.2系统主体电路原理及说明 带电阻负载的电路图及波形图 带电感负载的电路图及波形图 假设 ，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
12、电源电压正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT4和T二次侧形成回路，但由于大电感的存在，过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT4继续导通，直到VT3、VT2被触发导通时，VT1、VT4承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。在电源电压负半周期间，晶闸管VT3、VT2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、VT4中换流至VT3、VT2中在时，电压过零，VT3、VT2因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT4导通时，VT3、VT2因加反向电压才截止。值得注意的是，只有当时，负载电流才连续，当时，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。（1） 输出电压平均值和输出电流平均值 (3-2-1) (3-2-2)（2）晶闸管的电流平均值和有效值 (3-2-3) (3-2-4)（3）输出电流有效值I和变压器二次电流有效值 (3-2-5) （4）晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为 3.3原理图的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
