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1、主电路设计系统原理方框图电路；（b）电源电压；（c）触发脉冲；（d）输出电压；（e）输出电流；（f）晶闸管V -1,V -4上的电流；（g）晶闸管V -2, V -3上的电流；（h）变压器副边电流；（i）晶闸管V -1， V -4 上的电压。1、工作原理：在u2正半周期，触发角a处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其导通，U =1,/2U sin td （t）=亠2 U cos a= 0.9U cos ad 兀a2兀 22ud = u2负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用， 假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线，其波形如图（e） 所示。u2过零变负时，
2、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3t=n+a时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已 承受正电压，故两管导通。 VT2 和 VT3 导通后， 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。至下一周期重复上述过程， 如此循环下去。2、ud波形如图（d）所示，其平均值为：当 a= 0o 时，Ud= 0.9 U2；当 a= 90。时，Ud = 0；a 角的移相范围为 90o。单相桥式全控整流电路带阻感负载时，晶闸管
3、 VT1、 VT4 两端的电压波形 如图（i）所示，晶闸管承受的最大正反向电压均为i/iu2。晶闸管导通角0与触发角a无关，均为180。，其电流波形如图（b）所示， 平均值和有效值分别为：彼二討和厉=护厂0肌九变压器二次电流i2的波形为正负各180。的矩形波，其相位由a角决定，有 效值为： I2= Id。3、原理图分析：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保护电路，保证电路出现过载或短 路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。在电路中还应加入防雷击保护电路（考 虑用压敏电阻实现）。然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。整流
4、电路 中的晶闸管在触发信号的控制下动作，以发挥整流电路的整流作用。在电路中，过电保护部分选择了快速熔断器做过流保护；而过压保护则采用 了 RC 电路。整流部分选择了单相桥式全波整流电路。该电路的结构和工作原理 是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功能。触发电路由 FPGA 控制 电路实现，这里不做详述。4、电路参数计算与元器件选型 晶闸管：晶闸管的主要参数说明： 、额定电压UTn通常取UDRM和Urrm中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管的额定 电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的23倍，以保证电路的 工作安全。晶闸管的额定电压U =min U ,U Tn DRM R
5、RMUTn =(23)UTMUTM:工作电路中加在管子上的最大瞬时电压 、额定电流4阿)/t(av)又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40C和规定的冷却条件下， 元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170的电路中，结温不超过额定 结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近的电 流等级即为晶闸管的额定电流。/Tn：额定电流有效值，根据管子的/t(av)换算出，IT(AV)、/TM Ln三者之间的关系:I = 1/2兀严(Imsin t)2 d t) = Im/2 = 0.51m 力oI= 1/2兀严 Imsin etd ) = Im/ 兀=0.3181mT(AV
6、 )0 、维持电流/h维持电流是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。 、掣住电流IL晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号，此时要维持元件导通所需的最小阳极电流称为掣住电流。一般掣住电流比维持电流大(24) 倍。 、通态平均管压降U。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.41.2V。 、门极触发电流/g。在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导通所用 的门极电流，一般为毫安级。 、断态电压临界上升率du/dt。在额定结温和门极开路的情况下，不会导致
7、晶闸 管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几十伏。 、通态电流临界上升率di/dt。在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上 升率。若晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的电流集 中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。 、波形系数：有直流分量的电流波形，其有效值I与平均值I之比称为该波形d的波形系数，用Kf表示。额定状态下， 晶闸管的电流波形系数I兀K =Tn = 1.57f I 2T ( AV )晶闸管的选型：(a=0, Ud=400V)额定电压 UTn 该电路为大电感负载,电流波形可看作连续且平直的。U = 400V时，不计控制角余量按a
8、 = 0o计算：dUd由 U = 0.9U 得 U =444Vd220.9由此可得晶闸管承受的最大正向和反向电压为72U2=622V考虑3倍裕量：晶闸管的额定电压UTn取1866V额定电流/t(av)I、所选晶闸管电流有效值I大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。Tn(大于 0.4A)II、选择时考虑(1.52)倍的安全余量。即：I = 1.57 I= (1.5 2)ITnT(AV )TMI (1.5 2)厶m-T ( AV )1.57当 Id = 0.6A 时，/tm Z2Id=0.84A考虑2倍裕量：晶闸管额定电流I= 1.07A。T ( AV )1.571.57依据上面的参数选择满足
9、要求的晶闸管型号。变压器的选型：(a=0, Ud=400V)输入电压U1=220V输出电压U2=444V输出功率P= U2*I2=266W晶闸管的选型：(a=0, Ud=200V)额定电压UTn 该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。U = 200V时，不计控制角余量按a = 0o计算：dUd由 U = 0.9U 得 U =竺=222V d220.9由此可得晶闸管承受的最大正向和反向电压为72U2=311V考虑3倍裕量：晶闸管的额定电压UTn取933V额定电流/t(av)I、所选晶闸管电流有效值I大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。Tn(大于 0.2A)II、选择时考虑(1.5
10、2)倍的安全余量。即：I = 1.571= (1.5 2)1TnT(AV )TMI (1.5 2) ITMT ( AV )1.57当 Id = 0.3 A 时，/tm =72Id=.42A考虑2倍裕量：晶闸管额定电流I=tm= 0.54A。T ( AV )1.571.57依据上面的参数选择满足要求的晶闸管型号。变压器的选型：(a=0, Ud=200V)输入电压U1=220V输出电压U2=222V输出功率P= U2*I2=67W5、性能指标分析： 整流电路的性能常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的用整流输 出电压的平均值表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。1) 整流输出电压平均值：U =丄 J+a、.2U sin td 6t)= 2 2 U cos a = 0.9U cos a d兀a2兀 222) 纹波系数纹波系数K用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即：r” UJu 2 U 2K = Lr =2dr UU
