電力電子技術(shù)課程設(shè)計說明書--

1、 中北大學(xué)電力電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書  2015/2016 學(xué)年第 一 學(xué)期  學(xué) 院：中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院專 業(yè)： 電氣工程及其自動化學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：課程設(shè)計題目：單相橋式全控整流電路設(shè)計 純電阻負載 起 迄 日 期: 2015年12月28日 1月08日課程設(shè)計地點:中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院指 導(dǎo) 教 師:系主任：   下達任務(wù)書日期: 2015 年 12月 27日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：1.加深理解電力電子技術(shù)課程的基本理論2.掌握電力電子電路的一般設(shè)計方法，具備初步的獨立設(shè)計能力3

2、.學(xué)習(xí)MATLAB仿真軟件及各模塊參數(shù)的確定2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：  設(shè)計條件：1.電源電壓：交流100V/50Hz 2.輸出功率：500W 3.觸發(fā)角 4.純電阻負載根據(jù)課程設(shè)計題目和設(shè)計條件，說明主電路的工作原理、計算選擇元器件參數(shù)。設(shè)計內(nèi)容包括：1.整流變壓器額定參數(shù)的計算 2.晶閘管電流、電壓額定參數(shù)選擇 3.觸發(fā)電路的設(shè)計3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1.根據(jù)設(shè)計題目要求的指標，通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理，確定各器件參數(shù)，設(shè)計電路原理圖；2.利用MATLAB或proteus仿真軟件繪

3、制主電路結(jié)構(gòu)模型圖，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。3.用示波器模塊觀察和記錄電源電壓、觸發(fā)信號、晶閘管電流和電壓，負載電流和電壓的波形圖。課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書4主要參考文獻：1.王兆安.電力電子技術(shù).機械工業(yè)出版社.20092.李傳琦.電力電子技術(shù)計算機仿真實驗.電子工業(yè)出版社.20053.洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機械工業(yè)出版社.20064.鐘炎平.電力電子電路設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社.20105設(shè)計成果形式及要求：1.電路原理圖及各器件參數(shù)計算2. MATLAB或proteus仿真3.編寫課程設(shè)計報告。6工作計劃及進度：2015年12月28日 12月31日 設(shè)計電路，計

4、算參數(shù)2016年1月01日 1月05日 對設(shè)計的電路進行MATLAB仿真2016年1月06日 1月08日 編寫課程設(shè)計說明書，答辯或成績考核系主任審查意見：  簽字： 年 月 日1 引言電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管）對電能進行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百MW甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。通過電力電子技術(shù)對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節(jié)約，實現(xiàn)電能使用最佳化。電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)（整流，逆變，斬

5、波，變頻，變相等）兩個分支。變流技術(shù)也稱為電力電子技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)，它包括用電力電子器件構(gòu)成各種電力變換電路和對這些電路進行控制的技術(shù)，以及由這些電路構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心，變流技術(shù)的理論基礎(chǔ)是電路理論。整流電路是電力電子電路的一種，將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式多種多樣。按組成器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。這次課程設(shè)計我們設(shè)計的是單相橋式全控整流電路，與單相半波可控整流電路相比，橋式全控的電源利用率高一些，應(yīng)用范圍更廣。2 課程設(shè)計目的與要求2.1 課程設(shè)計的目的1

6、.加深理解電力電子技術(shù)課程的基本理論2.掌握電力電子電路的一般設(shè)計方法，具備初步的獨立設(shè)計能力3.學(xué)習(xí)MATLAB仿真軟件及各模塊參數(shù)的確定2.2 課程設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）1.設(shè)計條件： a電源電壓：交流100V/50Hz b.輸出功率：500W c.觸發(fā)角=30º d.純電阻負載2.根據(jù)課程設(shè)計題目和設(shè)計條件，說明主電路的工作原理、計算選擇元器件參數(shù)。設(shè)計內(nèi)容包括： a.整流變壓器額定參數(shù)的計算；b.晶閘管電流、電壓額定參數(shù)選擇；c.觸發(fā)電路的設(shè)計。2.3 設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等1.根據(jù)設(shè)計題

7、目要求的指標，通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理，確定各器件參數(shù)，設(shè)計電路原理圖；2.利用MATLAB或proteus仿真軟件繪制主電路結(jié)構(gòu)模型圖，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。3.用示波器模塊觀察和記錄電源電壓、觸發(fā)信號、晶閘管電流和電壓，負載電流和電壓的波形圖。2.4 課程設(shè)計的預(yù)備知識熟悉電力電子技術(shù)課程、MATLAB仿真等課程的相關(guān)知識。3 課程設(shè)計的系統(tǒng)方案及其流程框圖3.1 認識整流電路整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路，把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。3.1.1 什么是整流電路 大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整

8、流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。可以從各種角度對整流電路進行分類，主要的分類方法有：按組成的期間可分為不可控，半控，全控三種；按電路的結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向還是雙向，又可分為單拍電路和雙拍電路.3.1.2 整流電路的發(fā)展與應(yīng)用 電力電子器件的發(fā)展對電力電子的發(fā)展起著決定性的作用

9、，因此不管是整流器還是電力電子技術(shù)的發(fā)展都是以電力電子器件的發(fā)展為綱的，1947年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一次革命；1957年美國通用公司研制了第一個晶閘管，標志著電力電子技術(shù)的誕生；70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展，把電力電子技術(shù)推上一個全新的階段；80年代后期，以絕緣極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件異軍突起，成為了現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。另外，采用全控型器件的電路的主要控制方式為PWM脈寬調(diào)制式，后來，又把驅(qū)動，控制，保護電路和功率器件集成在一起

10、，構(gòu)成功率集成電路（PIC）,隨著全控型電力電子器件的發(fā)展，電力電電路的工作頻率也不斷提高。同時。電力電子器件的開關(guān)損耗也隨之增大，為了減小開關(guān)損耗，軟開關(guān)技術(shù)便應(yīng)運而生，零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS）把電力電子技術(shù)和整流電路的發(fā)展推向了新的高潮。3.1.3 典型的整流電路其中對于單相整流電路形式是各種各樣的，可分為單相橋式相控整流電路和單相橋式半控整流電路。因此在做設(shè)計之前我們有必要認識以下幾種典型的整流電路：認識一：單相橋式半控整流電路電路簡圖如圖： 對于每個導(dǎo)電回路進行控制，相對于全控橋而言少了一個控制器件，用二極管代替，有利于降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當(dāng)突然增大至180

11、°或出發(fā)脈沖丟失時，由于電感儲能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負載電阻上，會發(fā)生一個晶閘管導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使Ud成為正弦半波，即半周期Ud為正弦，另外半周期為Ud為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時的波形，即為失控。所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。認識二：單相橋式全控整流電路電路簡圖如圖： 此電路對每個導(dǎo)電回路進行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。 認識三：單

12、相半波可控整流電路：電路簡圖如圖：此電路只需要一個可控器件，電路比較簡單，VT的a 移相范圍為180°。但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積，增大了設(shè)備的容量。實際上很少應(yīng)用此種電路。 認識四：單相全波可控整流電路：電路簡圖如圖：此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只要用2個可控器件，單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，因此少了一個管壓降，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個，但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。不存在直流磁化的問題，適用于輸出低壓的場合作電流脈沖大（電阻性負載時），且整流變壓器二次繞

13、組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點。相同的負載下流過晶閘管的平單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。 本次課程設(shè)計，我們只要研究的是單相橋式全控整流電路。由于連接的負載性質(zhì)不同就會有不同的特點。而負載性質(zhì)又分為帶電阻性負載、電阻-電感性負載和反電動勢負載時的工作情況，而此次研究的負載性質(zhì)是純電阻負載。3.2 元器件的選擇3.2.1 晶閘管 晶閘管又稱為晶體閘流管，可控硅整流，開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展

14、和廣泛應(yīng)用的嶄新時代; 20世紀80年代以來，開始被性能更好的全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，以被廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域，成為功率低頻（200Hz以下）裝置中的主要器件。晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型-普通晶閘管。廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件。 1）晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是大功率器件，工作時產(chǎn)生大量的熱，因此必須安裝散熱器。引出陽極A、陰極K和門極（或稱柵極）G三個聯(lián)接端。內(nèi)部結(jié)構(gòu): 四層三個結(jié)。2）晶閘管的工作原理圖晶閘管由四層半導(dǎo)體（P1、N1、P2、N2）組成，形成三個結(jié)J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），

15、并分別從P1、P2、N2引入A、G、K三個電極，由于具有擴散工藝，具有三結(jié)四層結(jié)構(gòu)的普通晶閘管可以等效成兩個晶閘管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）組成的等效電路。 晶閘管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和模塊外形a)晶閘管外形 b)內(nèi)部結(jié)構(gòu) c)電氣圖形符號 d)模塊外形晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路3）晶閘管的門極觸發(fā)條件（1）: 晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通； （2）：晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通；（3）：晶閘管一旦導(dǎo)通門極就失去控制作用；（4）：要使晶閘管關(guān)斷，只能使其電流小到零一下。晶閘管的驅(qū)動過程更多的是稱為

16、觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流的電路稱為門極觸發(fā)電路。也正是由于能過門極只能控制其開通，不能控制其關(guān)斷，晶閘管才被稱為半控型器件。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。3.2.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管（簡稱GTO）的工作原理GTO的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號GTO的導(dǎo)通機理與SCR是完全一樣的。 GTO一旦導(dǎo)通之后，門極信號是可以撤除的，在制作時采用特殊的工藝使管子導(dǎo)通后處于臨界飽和，而不像普通晶閘管那樣處于深飽和狀態(tài)，這樣可以用門極負脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關(guān)斷。 GTO在關(guān)斷機理上與SCR是不同的。門極加負脈沖即從門極抽出電流（即抽出飽和導(dǎo)通時儲存的大量載流子），強烈正反饋使器件

17、退出飽和而關(guān)斷。3.3 系統(tǒng)流程框圖 根據(jù)方案選擇與設(shè)計任務(wù)要求，畫出系統(tǒng)電路的流程框圖，如圖所示。整流電路主要由驅(qū)動電路、保護電路和整流主電路組成。根據(jù)設(shè)計任務(wù)，在此設(shè)計中采用單相橋式全控整流電路純電阻負載。輸入過電流保護整流主電路過電壓保護驅(qū)動觸發(fā)電路輸出4 輔助電路的設(shè)計4.1 驅(qū)動電路的設(shè)計對于使用晶閘管的電路，在晶閘管陽極加正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加觸發(fā)電壓，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時刻可靠導(dǎo)通。驅(qū)動電路亦稱觸發(fā)電路。根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時刻，對變流裝置的輸出功率進行控制。觸發(fā)電路是變流裝置中的一個重要組成部分，變流裝置是否能正常工作，與觸發(fā)電路有直接關(guān)系，因此，正確合

18、理地選擇設(shè)計觸發(fā)電路及其各項技術(shù)指標是保證晶閘管變流裝置安全，可靠，經(jīng)濟運行的前提。4.1.1 觸發(fā)電路要求 第一，觸發(fā)電路應(yīng)有足夠功率；第二，觸發(fā)脈沖寬度要能維持到晶閘管徹底導(dǎo)通后才能撤掉；第三，觸發(fā)脈沖要與晶閘管陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足要求。4.1.2 觸發(fā)電路圖4.1.3 工作原理經(jīng)D1D4整流后的直流電源WU，一路經(jīng)R2、R1加在單結(jié)晶體管兩個基極b1、b2之間；另一路通過Re對電容C充電、通過單結(jié)晶體管放電?？刂艬T的導(dǎo)通、截止；在電容上形成鋸齒波振蕩電壓，在R上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖gu；如圖所示，其振蕩頻率為：上式中=0.30.9是單結(jié)晶體管的分壓比，即調(diào)節(jié)Re

19、，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。4.2保護電路的設(shè)計在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合適的過電壓保護，過電流保護，du/dt保護和di/dt保護也是必不可少的。4.2.1 主電路的過電壓保護電路設(shè)計所謂過壓保護，即指流過晶閘管兩端的電壓值超過晶閘管在正常工作時所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓。產(chǎn)生過電壓的原因一般由靜電感應(yīng)、雷擊或突然切斷電感回路電流時電磁感應(yīng)所引起。其中，對雷擊產(chǎn)生的過電壓，需在變壓器的初級側(cè)接上避雷器，以保護變壓器本身的安全；而對突然切斷電感回路電流時電磁感應(yīng)所引起的過電壓，一般發(fā)生在交流側(cè)、直流側(cè)和器件上，因而，下面介紹單相橋式全控整

20、流主電路的電壓保護方法。1.交流側(cè)過電壓保護過電壓產(chǎn)生過程：電源變壓器初級側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級感應(yīng)出很高的瞬時電壓。保護方法：阻容保護2.直流側(cè)過電壓保護過電壓產(chǎn)生過程：當(dāng)某一橋臂的晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時，由于直流住電路電感中儲存能量的釋放，會在電路的輸出端產(chǎn)生過電壓。保護方法：阻容保護 主電路的過電壓保護4.2.2 主電路的過電流保護電路設(shè)計電力電子電路運行不正常或者發(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時采用幾種過電壓保護措施，怪提高保護的可靠性和合理性。在選擇

21、各種保護措施時應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護措施，快速熔斷器只作為短路時的部分區(qū)斷的保護，直流快速斷路器在電子電力動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器在過載時動作。在選擇快熔時應(yīng)考慮：1、電壓等級應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實際承受的電壓來確定。2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定。快熔一般與電力半導(dǎo)體體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。3、快熔的It值應(yīng)小于被保護器件的允許It值。4、為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性?？烊蹖ζ骷谋Ｗo方式分為全保護和短保護兩種。全保護是指無論過載還是短路均由快熔進行保護，此方式只適用于小功

22、率裝置或器件使用裕量較大的場合。短路保護方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護作用，此方式需與其他過電流保護措施相配合。熔斷器是最簡單的過電流保護元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適，很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過電流可及時熔斷起到保護作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔，因流過快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對元件的保護作用最好。4.2.3 電流上升率、電壓上升率的抑制保護1) 電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1mm/s的擴展速度將電流擴展到整個陰極面，若

23、晶閘管開通時電流上升率di/dt過大，會導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如下圖2.8所示:串聯(lián)電感抑制回路2) 電壓上升率dv/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應(yīng)有所限制,如果dv/dt過大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴重時引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖所示：并聯(lián)R-C阻容吸收回5 課程設(shè)計電路的分析及其參數(shù)的計算5.1 電路分析與工作原理單相橋式全控整流電路帶電阻負載電

24、路如下圖： 在單項橋式全控整流電路中，晶閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3 組成另一對橋臂。在u2正半周（即a點電位高于b點電位），若4個晶閘管均不導(dǎo)通，負載電流id為零，ud也為零，VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2，設(shè)VT1和VT4的漏電阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1、VT4即導(dǎo)通，電流從a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。當(dāng)u2為零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。在u2負半周，仍在觸發(fā)延遲角處觸發(fā)VT2和VT3（VT2和VT3的=0處為t=），VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源的b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端

25、。到u2過零時，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通，如此循環(huán)的工作下去，整流電壓ud和晶閘管VT1、VT4兩端的電壓波形如下圖所示。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為U2和U2。u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4在電源電壓正半波，在wt時，晶閘管VT1，VT4承受正向電壓，晶閘管VT2，VT3承受反向電壓，此時4個晶閘管都不導(dǎo)通，且假設(shè)4個晶閘管的漏電阻相等，則ut1(4)=ut2(3)=1/2U2；在wt=時，晶閘管VT1，VT4滿足晶閘管導(dǎo)通的兩條件，晶閘管VT1，VT4導(dǎo)通，負載上的電壓等于變壓器兩端的電壓U2；在wt

26、=時，因電源電壓過零，通過晶閘管VT1，VT4的陽極電流小于維持晶閘管導(dǎo)通的條件下降為零，晶閘管關(guān)斷。在電源負半波，在wt+時，觸發(fā)晶閘管VT2，VT3使其元件導(dǎo)通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓（Ud=-U2）和電流，且波形相位相同。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT1，VT4，使其承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)；在wt=2時，因電源電壓過零，通過晶閘管VT2，VT3的陽極電流小于維持晶閘管導(dǎo)通的條件下降為零，晶閘管關(guān)斷。 具體而言：第1階段（0t1）：這階段u2在正半周期，a點電位高于b點電位晶閘管VT1和VT2方向串聯(lián)后于u2連接，VT1承受正向電壓為u2/2，VT

27、2承受u2/2的反向電壓；同樣VT3和VT4反向串聯(lián)后與u2連接，VT3承受u2/2的正向電壓，VT4承受u2/2的反向電壓。雖然VT1和VT3受正向電壓，但是尚未觸發(fā)導(dǎo)通，負載沒有電流通過，所以Ud=0，id=0。 第2階段（t1 ）：在t1 時同時觸發(fā)VT1和VT3，由于VT1和VT3受正向電壓而導(dǎo)通，有電流經(jīng)a點VT1RVT3變壓器b點形成回路。在這段區(qū)間里，ud=u2，id=iVT1=iVT3=ud/R。由于VT1和VT3導(dǎo)通，忽略管壓降，uVT1=uVT2=0，而承受的電壓為uVT2=uVT4=u2。 第3階段（t2 ）：從t=開始u2進入了負半周期，b點電位高于a點電位，VT1和V

28、T3由于受反向電壓而關(guān)斷，這時VT1VT4都不導(dǎo)通，各晶閘管承受u2/2的電壓，但VT1和VT3承受的事反向電壓，VT2和VT4承受的是正向電壓，負載沒有電流通過，ud=0，id=i2=0。 第4階段（t2 ）：在t2 時，u2電壓為負，VT2和VT4受正向電壓，觸發(fā)VT2和VT4導(dǎo)通，有電流經(jīng)過b點VT2RVT4a點，在這段區(qū)間里，ud=u2，id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4導(dǎo)通，VT2和VT4承受u2的負半周期電壓，至此一個周期工作完畢，下一個周期，重復(fù)上述過程，單項橋式整流電路兩次脈沖間隔為180°。由于在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，

29、故該電路稱為全波整流。在u2的一個周期內(nèi)，整流電壓波形脈動2次，脈動次數(shù)多于半波整流電路，該電路屬于雙脈搏整流電路。變壓器二次測繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，所以變壓器不存在直流磁化問題，變壓器繞組的利用率也高。5.2 基本數(shù)量關(guān)系直流整流電流輸出電壓平均值為：a=0時，.，?？梢奱的移相角為0180.向負載輸出電流平均值：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半（因為一個周期內(nèi)每個晶閘管只有半個周期導(dǎo)通），即：為選擇晶閘管，變壓器容量，導(dǎo)體橫截面積等定額，需考慮發(fā)熱問題，為此計算電流有效值。流過晶閘管的電流有效值為： 負載電壓有效值：變壓器二次

30、側(cè)電流有效值I2與負載電流有效值相同，都為：由上可知： 不考慮變壓器損耗時，要求變壓器的容量為 5.3 電路原件參數(shù)的計算與選擇該電路為純電阻負載。U2=100V時，不計控制角裕量按=30°計算1）由 Ud=0.84U2 得 Ud=83.97V2）由 P=500W 得 Id=5.95V所以R=14.113）U1=220V，U2=100V變壓器變比K=2.24）晶閘管承受的最大正向電壓為 =70.7V,最大反向電壓為=141.4V，考慮安全余量，則晶閘管額定電壓UN=（23）=283424V）所選晶閘管電流有效值ITn大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值。）選擇是考慮（1.52）倍

31、的安全裕量。即ITn=1.57IT（AV）=（1.52）ITMIT（AV）（1.52）ITM1.57 5）當(dāng)=30°時晶閘管流過最大電流有效值IVT=4.94A，則晶閘管額定電流IT=4.941.57=3.15A，則ID=（1.52）IT =4.7256.3A。6）晶閘管VT1和VT4觸發(fā)角脈沖延遲時間t=T360°=0.0017sVT2和VT3觸發(fā)角脈沖延遲時間t=（+180°）T360°=0.0117s7）變壓器二次側(cè)電流有效值I2=6.984A ,則S=U2I2=698.4VA6 Matlab軟件仿真分析 本次課程設(shè)計采用Matlab自帶的動態(tài)仿真

32、集成環(huán)境Simulink進行仿真。Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行仿真和分析的軟件庫。它支持連續(xù)、離散、及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)。它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真相比具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點。6.1 仿真模型*.mdl文件是Simulink仿真工具箱仿真所設(shè)計的文件。它具有功能強大，而且包含了常用的大部分元器件仿真數(shù)學(xué)模型，形象易懂，便于設(shè)計。3單相橋式全控整流電路的Matlab仿真電路圖如圖所示：在此電路中，輸入電壓的電壓設(shè)置為100V，頻率設(shè)置為50Hz，電阻阻值設(shè)置為14.11歐姆,脈沖輸入的電壓設(shè)置為1V，周期設(shè)置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設(shè)置為10%，觸發(fā)角設(shè)置為30°因為4個晶閘管在對應(yīng)時刻不斷地周期性交替導(dǎo)通，關(guān)斷，所以脈沖出發(fā)周期應(yīng)相差180°。6.2 原件參數(shù)a.交流電源參數(shù)交流電源Us的參數(shù)設(shè)定hiliub.同步脈沖信號發(fā)生器參數(shù)VT1、VT4觸發(fā)脈沖的設(shè)置VT2、VT3觸發(fā)脈沖的設(shè)置幅值均為1V，即大于晶閘管的門檻0.8V，周期為0.0