课程设计--------单相半控桥式晶闸管整流电路设计(阻感负载)

中北大学

课程设计说明书

学生姓名：夏志广学号：0809014245

学院：信息与通信工程学院

专业：自动化

题目：单相半控桥式晶闸管整流电路设计

（阻感负载）

指导教师：方炜职称: 讲师

2011年 1 月 10 日

中北大学

课程设计任务书

10/11 学年第一学期

学院：信息与通信工程学院

专业：自动化

学生姓名：夏志广学号：0809014245 课程设计题目：单相半控桥式晶闸管整流电路设计

（阻感负载）

起迄日期：1月10 日～1月14 日

课程设计地点：电气工程系实验中心

指导教师：方炜

系主任：王忠庆

下达任务书日期: 2011年 1 月 9日

课程设计任务书

课程设计任务书

一、工作原理

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）

图1-1 阻感性负载（无续流二极管）的主电路

正半波，在tω=?时触发,VT1假设负载电流因电感足够大而平直，当电源u

2

后VT1、VT2导通，电流通路为A- VT1-L-R- VT2-B,电流由电源提供；当tω=π后，经零变负，但由于电感电势的作用，电流仍将继续，电感通过R-VD1-VT1电源电压u

2

回路放电。在tω=π处，二极管VD2电流给VD1，电流i VD2及i2终止，在tω=π～（π+?）区间电流由电感释放电能提供。

当tω=（π+?）时触发VT2导通，由于VT2的导通才能使VT1承受反压而关断，其后的工作过程与前半周类似。由此可见，VT1触发导通后，需VT2的触发导通才能关断。因此流过晶闸管的电流在一个周期内各占一半，其换流时刻由门极触发脉冲决定；而二极管VD1、VD2的导通与关断仅由电源电压的正负半波决定，在tω=nπ(n为正整数)处换流，所以单相半控桥式整流电路电感负载时各元件导通角均为1800，电源在?区间内停止对负载供电。

半控桥式整流电路中的整流二极管VD1、VD2本身兼有续流二极管的作用，因此电路中不需另加续流二极管。但如果在工作中出现异常，比如VT2的触发脉冲消失，则VT1由于电感续流作用将不能关断，等到下一个正半波到来时，VT1无需触发仍继续导通，结果是：一只晶闸管与两只二极管之间轮流导电，其输出电压失去控制，这种情况称之为“失控”。失控时的的输出电压相当于单相半波不可控整流时的电压波形。在失控情况下工作的晶闸管由于连续导通很容易因过载而损坏。因为半导体本身具有续流作用，半控电路只能将交流电能转变为直流电能，而直流电能不能返回到交流电能中去，即能量只能单方向传递。同理，带续流二极管的全控电路能量也只能单方向传递。

图1-2 主电路典型的实际输出波形

图1-3 主电路典型的理论输出波形

图1-4 触发信号波形

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）

为了防止这种失控现象，仍须在半控桥式电路中加上续流二极管，可以在负载侧并联一个续流二极管D3。加了续流二极管的单相桥式半控电路如图2－1所示。其输出电压波形与不加续流管时相同，原先流经桥臂元件的续流电流现都转移到续流二极管D3上。迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流小到维持电流以下使晶闸管关断。续流二极管后的输出电压与不加时相同，但流过晶闸管的和二极管的电流波形不同。有续流二极管VD时，续流过程由VD完成，在续流阶段晶闸管关断，这就避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，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。

图2-1 阻感性负载（有续流二极管）的主电路图2-2 主电路典型的实际输出波形

图2-3 主电路典型的理论输出波形

图2-4 触发信号波形

二、基本电量计算

1. 通过变压器副边绕组的电流有效值I

2

2. 流过晶闸管和整流管的电流平均值和有效值分别为

二、参数计算

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） 1）电源电压：交流100V/50Hz ； 2）输出功率：500W ； 3）移相范围：0°～180°。 输出电压平均值：

U d =0.9U 2

2

cos 1α

+

输出电流平均值：

d I = U d /R

流过晶闸管电流有效值

I VT = d I /2

波形系数：

K f = I VT /d I =2/2

交流侧相电流的有效值:

I 2=

π

α

π-·I d

A

5.257

.157.122Im 22Im Im

2

sin Im 1

2

Im )sin (Im 1

I 0

2==

∴==

==

=

==?

?d f T d f T f d I K I I K I K t td I t d t π

π

ωωπ

ωωπ

π

π

令0=?0

时，U 2=100V ，P 出=500W 。

U d =0.9U 2(1+?cos )/2=90V ，

P 出=U d 2/R,得R=16.2Ω，取R=20Ω。 I d =P 出/U d =5.56A ， K f =I VT / I d =2/2=0.707，

晶闸管的额定电流为：I T = K f I d /1.57=2.5A,取2倍电流安全储备，并考虑晶 闸管元件额定电流系列取5A 。

晶闸管元件额定电压2U 2=2100=141.4V ，取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列取300V 。

所以选择晶闸管和二极管的额定电压为 300V,额定电流为5A 的，电感取无穷大，L=150H ，R=20Ω。

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） 1）电源电压：交流100V/50Hz ； 2）输出功率：500W ； 3）移相范围：0°～180°。 输出电压平均值：

U d =0.9U 2

2

cos 1α

+

输出电流平均值：

d I = U d /R

流过晶闸管电流有效值：

I VT = d I /2

波形系数：

K f = I VT /d I =2/2

交流侧相电流的有效值:

I 2=

π

α

π-·I d 续流管电流有效值：

I VD =

π

α

·I d

A

5.257

.157.122Im 22Im Im

2

sin Im 1

2

Im )sin (Im 1

I 0

2==

∴==

==

=

==?

?

d f T d f T f d I K I I K I K t td I t d t π

π

ωωπωωπ

π

π

令0=?0时，U 2=100V,P 出=500W 。 U d =0.9U 2(1+?cos )/2=90V ， I d =P 出/U d =5.56A ， K f =I VT / I d =2/2=0.707，

晶闸管的额定电流为：I T = K f I d /1.57=2.5A,取2倍电流安全储备，并考虑晶闸管元件额定电流系列取5A 。

晶闸管元件额定电压2U 2=2100=141.4V ，取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列取300V 。 令π=?时， I VT =π?

I d =I d =5.56A 时，

此时流过续流二极管的电流最大为5.56A ，取2倍电流安全储备，并考虑晶闸管元件额定电流系列取20A 。

续流二极管两端的最大电压为U d =90V, 取2～3倍电压安全储备，并考虑晶闸管

额定电压系列去200V。所以选择续流二极管额定电压为 200V,额定电流为20A 的晶闸管和二极管，电感取无穷大，L=150H，R=20 。

三、仿真电路及仿真结果

阻感负载（无续流二极管）仿真电路图与仿真结果波形图：

阻感负载（有续流二极管）仿真电路图与仿真结果波形图：

四、课程设计心得

一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次电机拖动设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了电机拖动等设计等课程所学的内容，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。