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1、1引言1.1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，设计电路的能力；2较全面地巩固和应用本课程中所学的理论 和方法，掌握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、总结及撰写技术报告的能力。1.2内容简介介绍了单相桥式全控整流电路的工作原理和主要环节，并且分析几种常用的 触发角，在此基础上运用MAT1AB软件分别对电路的仿真进行了设计；实现了对 单项桥式全控整流电路的仿真，并对仿真结果进行分析。1.3设计要求1、单相桥式相控整流的设
2、计要求为：负载为阻感性负载 2、技术要求：1）、电源电压：交流100V/50HZ2）、输出功率：500W3）、触发角：a二602课程设计方案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
3、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。2.2主电路的设计2.2.1电路的组成电路组成：该电路为单相桥式全控整流电路，由变压器、四个晶闸管、电感 及电阻组成，如图（a）所示。2.2.2电路工作原理及分析1）工作原理：在U2正半波的（0a ）区间:第一阶段：处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0a区间由于电感释放能量,
4、 晶闸管VT2、VT3维持导通。第二阶段:在U2正半波的3 t=a时刻及以后：在3 t=a处触发晶闸管VT1、VT4使其导 通，电流沿a-VT1-L-R-VT4-b-Tr的二次绕组一a流通，此时负载上有输 出电压（Ud=U2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压 而处于关断状态。第三阶段：在U2负半波的（nn +a ）区间：当3 t=n时，电源电压自然过零，感应 电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压, 因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。第四阶段:在U2负半波的3 t=n +a时刻及以后：在3 t=n +a处触发晶闸管VT
5、2、VT3 使其导通，电流沿b-VT3-L-R-VT2-a-Tr的二次绕组一b流通，电源电压 沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压（Ud=-U2）和电流。此时电 源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3 一直要导通到下一周期3 t=2n +a处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。从波形可以看出a 90输出电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8 =n，导通角 0与控制角a无关。2）电路分析:假设电路已经工作在稳定状态如图（b）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
6、开 通,Ud二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3 t=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VT4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。mt参数计算和晶I3.1参数关系 输出电压平均值Ud和输出电流平均值IdU COS Q= 0.9U COSQU =丄 严Q U sin tdt)
7、= d兀Q2I = Ud R 晶闸管的电流平均值IdT和有效值ITI = 11dT 2 d=0.7071d 输出电流有效值I和变压器二次电流有效值【22 d 晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为：2U 23.2参数的计算1在阻感负载下电流连续，整流输出电压的平均值为U = 0.9U cosq = 0.9*100*l/2V = 45V d22.变压器二次侧输出电压为U =、.:丄 Cq(2u sin )d 6t) =U = 100V 兀“223整流输出电流平均值为500A = 11.1A4. 变压器二次侧电流为I = I = 11.1A2 d5. 电阻为U 45R = 7 =Q = 4.05
8、0I11.1d6. 晶闸管承受的最大反向电压为 -2U 2 = 10. 2V = 141.4V7. 晶闸管的额定电压为U =（23）x141.4V = 283 424VN8. 流过晶闸管电流有效值为= 7.85 AVT 29. 晶闸管的额定电流为=.52）x=7.5 10An 1.5710. 延迟时间为60。x -t1 = a =50 = 3.33ms360。360。Co。+180。乂丄50 = 13.3ms360。11. U1=220V U2=100V变压器变比为K=U1/U2=220/100=2.23.3晶闸管的选择该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。晶闸管的额定电压和晶闸管的
9、额定电流为U =（23）x141.4V = 283 424VN=.52）x幕=7.5 10An 1.574 MATLAB 仿真4.1单相桥式全控整流电路带阻感负载MATLAB建模利用MATLAB仿真软件对单项桥式全控整流电路和控制电路进行建模并仿真，单相桥式全控整流电路带阻感性负载MATLAB建模。单相桥式全控整流电路带阻感性负载仿真电路图如图所示：刊 untitled 1 *疤lMEMlFile Edit View Simulation Format Tools HelpD|曲叨每|站电険|3令|山工|卜阪厂丽爲I|男團固鬱I”园園：ontinuouipowerguivtl| + , |vo
10、ltage Measurement3Volta cThyristt|current MeasurementiThyristcr2e MeasurementVoltage Measurementl14*, voltage f Ieasurement2JJPulseGeneratorl|current Measurement 21 ,4.2仿真结果与分析当延迟角a =60 ,U=100V,P=500W, f=50HZ时波形如图:（单相桥式全控桥阻感负载a =60 ）波形分别为：U2VT1和VT4脉冲 VT2和VT3脉冲 VT2和VT3导通 电压VT1和VT4UdId5触发电路触发电路对其产生的触发
11、脉冲要求： 触发信号可为直流、交流或脉冲电压。 触发信号应有足够的功率。 触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通 后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要 求。 触发脉冲与主电路电源必须同步。为了使晶闸管在每一个周期都以相同 的控制角a被触发导通，触发脉冲必须与电源同步，两者的频率应该相同，而且 要有固定的相位关系，以使每一周期都能在同样的相位上触发。6心得体会通过这次的MATLAB仿真设计过程中，我不仅掌握了 MATLAB中SIMULINK仿 真的使用，还对单相桥式全控整流电路有了更深刻的认识。在建模的过程中总结 了以下几点：1在单项桥式全控整流电路中，给晶闸管提供触发脉冲是设计的关 键；2给定正确的触发脉冲必须熟悉单项桥式全控整流电路的原理，掌握触发脉 冲的过程；3.对同一个电路，可以建立不同的SIMULINK模型。我觉得课程设计 的魅力就在于此，既可以加深对书本上的原理的理解，又可以增强软件操作的能 力。参考文献1 .王兆安.电力电子技术机械工业出版社.20092 .洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出社.2006
