單相半波整流電路的設(shè)計(jì)

單相半波整流電路的設(shè)計(jì)摘要本文主要進(jìn)行了單相半波整流電路的設(shè)計(jì)。單相半波整流電流電路的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次電流中含有直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心面積，增大了設(shè)備的容量。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的在于利用其簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)，建立起整流電路的基本概念。晶閘管不同于整流二極管，它的導(dǎo)通是可控的?？煽卣麟娐返淖饔镁褪前呀涣麟娮儞Q為電壓值可以調(diào)節(jié)的直流電。在充分理解單相半波整流電路工作原理的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)出了單相半波整流電路帶電阻負(fù)載、電感負(fù)載、阻感負(fù)載時(shí)的電路原理圖，并對(duì)其中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，仿真波形對(duì)比發(fā)現(xiàn)結(jié)果正確。關(guān)鍵詞：晶閘管，整流，觸發(fā)摘要TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1課題背景11.1選題背景11.2參數(shù)選擇1\o"CurrentDocument"2單相半波整流電路的設(shè)計(jì)1\o"CurrentDocument"2.1單相半波整流電路（電阻負(fù)載）12.1.1工作原理和電路特點(diǎn)（電阻負(fù)載）12.1.2電路原理圖（電阻負(fù)載）22.1.3參數(shù)計(jì)算（電阻負(fù)載）22.1.4仿真波形（電阻負(fù)載）22.1.5結(jié)論（電阻負(fù)載）3\o"CurrentDocument"2.2單相半波整流電路（電感負(fù)載）32.2.1工作原理（電感負(fù)載）32.2.3仿真波形（電感負(fù)載）3\o"CurrentDocument"2.3單相半波整流電路（阻感負(fù)載）42.3.1工作原理（阻感負(fù)載）42.3.2電路原理圖（阻感負(fù)載）42.3.3參數(shù)計(jì)算（阻感負(fù)載）42.3.4仿真波形（阻感負(fù)載）5\o"CurrentDocument"致謝6\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)71課題背景1.1選題意義電力電子技術(shù)是以電力、電能為研究對(duì)象的電子技術(shù)，又稱電力電子學(xué)（PowerElectronics）。它主要研究各種電力電子半導(dǎo)體器件，以及由這些電力電子器件所構(gòu)成的各式各樣的電路或設(shè)置，以完成對(duì)電能的變換和控制。電力電子學(xué)是橫跨“電子”“電力”“控制”三個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)新興工程技術(shù)學(xué)科。由于電力電子技術(shù)是將電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)器件組成各種電力變換電路實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制，而構(gòu)成的一門完整的學(xué)科。故其學(xué)習(xí)方法與電子技術(shù)和控制技術(shù)有很多的相似之處。單相半波整流電路是一種相對(duì)重要的整流電路，把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的一種整流電路。它可以應(yīng)用到很多的地方，在許多的元器件中都有用到，范圍廣泛。在充分理解單相半波整流電路工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出單相半波整流電路帶電阻負(fù)載、電感負(fù)載、阻感負(fù)載時(shí)的電路原理圖，使用PSIM軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的電路帶不同負(fù)載的情況下晶閘管取三個(gè)不同的觸發(fā)角（要求a>900，=900和<900各取一個(gè)角度）進(jìn)行仿真，分別獲得Ud、Id、uvt、IVT、I2波形，并對(duì)所給出的角度計(jì)算上述數(shù)值。1.2參數(shù)選擇脈沖參數(shù)：導(dǎo)通角a=60o，90o，120o電源：U2=220V,電阻：R=100Q,電感：L=100mH頻率：f=50Hz2單相半波整流電路的設(shè)計(jì)2.1單相半波整流電路（電阻負(fù)載）2.1.1工作原理和電路特點(diǎn)（電阻負(fù)載）工作原理：在變壓器二次繞組兩端串接一個(gè)電阻和一個(gè)晶閘管。在晶閘管VT處于斷態(tài)時(shí)，電路中無(wú)電流負(fù)載電阻兩端電壓為零。u2全部施加于VT兩端。如在u2正半周VT承受陽(yáng)極電壓期間的叫時(shí)刻給VT門極加觸發(fā)脈沖，則VT開(kāi)通。忽略晶閘W通態(tài)電壓，則直流輸出電壓瞬時(shí)值匕與u2相等。至wt=n即u2降為零時(shí)，電路中電流亦降至零，VT關(guān)斷，之后七、u均為零。電路特點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，使用的整流元件少，但輸出的電壓低、脈動(dòng)大、效率也低。2.1.2電路原理圖（電阻負(fù)載）圖2-1單相半波整流電路原理圖（電阻負(fù)載）2.1.3參數(shù)計(jì)算（電阻負(fù)載）觸發(fā)角a：a移相范圍為0o?180o導(dǎo)通角0：0=180o-a輸出電壓平均值U=—/靈Usinwtd（wt）=旦勺（1+COSa）=0.45U1+C0S*d2兀a2'，2兀22輸出電流平均值U1

I=—d

dR負(fù)載電流平均值TU:冗-asin2a1I=~i，+——2R\2兀4兀晶閘管電流有效值TU，'兀-asin2a1I=T+—"Rt2兀4兀2.1.4仿真波形（電阻負(fù)載）以下波形依次為U、U、U、I、I、I的波形2dVT2dVT（a）導(dǎo)通角a=60o時(shí)，（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）由下式1+cos60oUd=0.45x220x——-=74.25V圖2-2a=60o時(shí)單相半波整流電路波形（電阻負(fù)載）（b）導(dǎo)通角a=90o時(shí)，由下式1+cos90oUd=0.45x220x——2——=49.5V,U49.5I=—d==0.495AdR100圖2-3a=90o時(shí)單相半波整流電路波形（電阻負(fù)載）（c）導(dǎo)通角a=120o時(shí)，由下式1+cos120o得Ud=0.45x220x=27.45V27.45100=0.2745A圖2-4a=120o時(shí)單相半波整流電路波形（電阻負(fù)載）27.45100=0.2745A2.1.5結(jié)論（電阻負(fù)載）（a）在電源電壓正半波（0?兀區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，在wt=a處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流Id，負(fù)載上有輸出電壓和電流。（b）在wt=兀時(shí)亥LU2=0，，電源電壓自然過(guò)零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為0。（c）在電源電壓負(fù)半波（兀?2兀區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載上沒(méi)有輸出電壓，負(fù)載電流為0。直到電壓電源U2的下個(gè)周期的正半波，脈沖在wt=2丸+a處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流有加在負(fù)載上，如此不斷反復(fù)。2.2單相半波整流電路（電感負(fù)載）2.2.1工作原理（電感負(fù)載）當(dāng)負(fù)載為點(diǎn)電感性負(fù)載時(shí)，此時(shí)因?yàn)樨?fù)載電感的感生電動(dòng)勢(shì)作用，晶閘管前電壓為負(fù)值的時(shí)候，電流不一定為零，有可能繼續(xù)為正電流導(dǎo)通。此時(shí)負(fù)載電壓比晶閘管前電壓更負(fù)（差值等于整流管正向壓降）。此時(shí)，因?yàn)殡妷簽樨?fù)，所以電流在下降過(guò)程中,等電流減到零的瞬間，晶閘管才截止。2.2.2電路原理圖（電感負(fù)載）圖2-5單相半波整流電路原理圖（電感負(fù)載）2.2.3仿真波形（電感負(fù)載）以下波形依次為U、U、U、I、I、I的波形2dVT2dVT（1）導(dǎo)通角a=60o時(shí)，圖2-6a=60o時(shí)單相半波整流電路波形（電感負(fù)載）⑵導(dǎo)通角a=90o時(shí)，圖2-7a=90o時(shí)單相半波整流電路波形（電感負(fù)載）（3）導(dǎo)通角a=120o時(shí)，

圖2-8a=120o時(shí)單相半波整流電路波形（電感負(fù)載）2.3單相半波整流電路（阻感負(fù)載）2.3.1工作原理（阻感負(fù)載）（a）在wt=0?a期間：晶閘管陽(yáng)-陰極間的電壓U大于零，此時(shí)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，晶AK閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。（b）在wt=a時(shí)刻，門極加觸發(fā)信號(hào)，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓U2加到負(fù)載上，輸出電壓ud=U2。由于電感的存在，負(fù)載電流Id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。（c）在wt=wt~wt期間：輸出電流I從零增至最大值。在I的增長(zhǎng)過(guò)程中，電感12dd產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)力圖限制電流增大，電源提供的能量一部分供給負(fù)載電阻，一部分為電感的儲(chǔ)能。（d）在wt=wt2~wt3期間：負(fù)載電流從最大值開(kāi)始下降，電感電壓改變方向，電感釋放能量，企圖維持電流不變。（e）在wt=兀時(shí)，交流電壓氣過(guò)零，由于感應(yīng)電壓的存在，晶閘管陽(yáng)極、陰極間的電壓U仍大于零，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，此時(shí)電感儲(chǔ)存的磁能一部分釋放變成電阻的熱AK能，另一部分磁能變成電能送回電網(wǎng)，電感的儲(chǔ)能全部釋放完后，晶閘管在U2反壓作用下而截止。直到下一個(gè)周期的正半周，即wt=2丸+a時(shí)，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，如此循環(huán)不已。2.3.2電路原理圖（阻感負(fù)載）圖2-9單相半波整流電路原理圖（阻感負(fù)載）2.3.3參數(shù)計(jì)算（阻感負(fù)載）(2-5)1~^+Ri=V2Usinwth】初始條件：wt=a，id=0求解可得：(2-5)互sin(a-甲)互sin(a-甲)eZ弋產(chǎn)+11%sin(wt-^)HZ(2-6)其中Z=i?R2+(wL)2，中=arctanwL當(dāng)wt=9+a時(shí)，"=0，代入上式整理得_o_(2-7)sin(a-0)etan9=sin(O+a-甲)□當(dāng)a、9均已知時(shí)，可由上式求出0。電壓平均值為

(2-7)(2-8)(2-9)(2-10)(2-11)(2-12)Ud=^1-f0+%.;2U2sinwtd(wt)=0.255U2Los-cos(9+以)F電流平均值為(2-8)(2-9)(2-10)(2-11)(2-12)U□I—d-dRI=11h]

d"2-divt=\i:d(wt)=\蕓~\ivt=\i:d(wt)=\蕓i=；i^^Wt）■,-±^7[1]VDR\2-adV2-d2.3.4仿真波形（阻感負(fù)載）以下波形依次為U、U、U、I、I、I的波形2dVT2dVT（a）導(dǎo)通角a=60o時(shí)，圖2-10a=60o單相半波整流電路波形（阻感負(fù)載）（b）導(dǎo)通角a=90o時(shí)，圖2-10a=90o單相半波整流電路波形（阻感負(fù)載）（c）導(dǎo)通角a=120o時(shí)，圖2-11a=120o單相半波整流電路波形（阻感負(fù)載）3設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)中，我們做的是單相半波整流電路的課程設(shè)計(jì)。對(duì)于課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，首先要做的應(yīng)是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的理論理解，在理論充分理解的基礎(chǔ)上，才能做好課程設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出性能良好的電路。在生產(chǎn)實(shí)際中有很多場(chǎng)合都需要用到可調(diào)的直流電源，比如直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁，電焊等?？衫镁чl管的單向?qū)щ娞匦越M成的可控整流電路來(lái)滿足。而可控整流，就是把交流電變換成大小可調(diào)的單一方向直流電的過(guò)程，單相半波可控整流電路就是其中的一種。為了更好的做好這次的課程設(shè)計(jì)，我們首先仔細(xì)的了解了單相半波可控整流電路的工作原理，工作方式等等，我們仔細(xì)地閱讀了課本，包括我們?cè)谶@次課程設(shè)計(jì)中會(huì)用到的一些公式。由于我們是第一次接觸課程設(shè)計(jì)，所以在這次的課程設(shè)計(jì)中，我們的效率不是很高，其中包括對(duì)PSIM軟件不是很熟悉，花了一些時(shí)間去熟悉它，我們覺(jué)得在這次的設(shè)計(jì)中，提高了我們對(duì)理論知識(shí)的理解程度，進(jìn)一步的理解了單相半整流電路的工作原理，增加了我們小組的團(tuán)隊(duì)合作精神，同時(shí)也培養(yǎng)了我們自己解決問(wèn)題的習(xí)慣，為我們以后在工作中解決問(wèn)題打好了良好的基礎(chǔ)。致謝這是我第二次做課程設(shè)計(jì)了，但是這次的課程設(shè)計(jì)給我的印象最深。因?yàn)榈玫搅送瑢W(xué)耐心的幫助，它不僅要運(yùn)用電力電子的知識(shí)還要我們熟練的掌握PSIM的運(yùn)用，這就是理論與實(shí)際的結(jié)合。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了電力電子技術(shù)的重要性，它里面的器件如晶閘管之類的還可以對(duì)我們實(shí)際的電路起到提高效率和保護(hù)作用，可以通過(guò)控制它的觸發(fā)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)它的關(guān)斷，這都是非常常見(jiàn)但是卻非常有實(shí)際意義的。課程設(shè)計(jì)并沒(méi)有想象中的那么順利，其間我們也遇到了很多的困難，但是在大家的討論和同學(xué)的幫助下我們還是完成了，這讓我意識(shí)到只要我們努力了，就沒(méi)有攻不過(guò)的難關(guān)，而且，對(duì)于電力電子技術(shù)的思