单相桥式半控整流电路设计.docx

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1、电子技术课程设计说明书单相桥式半控整流电路设计学生姓名： 陈沐阳 学号： 学 院： 信息商务学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 李静 鲁旭涛 2013年 1月中北大学 电子技术课程设计任务书 2012/2013 学年第 一 学期学 院：专 业：电气工程及其自动化学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：单相桥式半控整流电路设计起 迄 日 期: 12月23日 1月5 日课程设计地点:电气工程系软件实验室指 导 教 师:系主任：下达任务书日期: 2012 年 12 月 22日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1.加深理解电力电子技术课程的基本理论2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备

2、初步的独立设计能力3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 设计条件：1.电源电压：交流100V/50Hz 2.输出功率：500KW 3.触发角 4.反电势、电阻负载、带续流二极管E=75V根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的工作原理、计算选择元器件参数。设计内容包括：1.整流变压器额定参数的计算 2.晶闸管电流、电压额定参数选择 3.触发电路的设计3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1.根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图；2.利

3、用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。3.用示波器模块观察和记录电源电压、触发信号、晶闸管电流和电压，负载电流和电压的波形图。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1.王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.20092.李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.20053.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.20064.钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.20105设计成果形式及要求：1.电路原理图及各器件参数计算2. MATLAB仿真3.编写课程设计报告。6工作计划及进度：2012年12月23日 12月27日 设计

4、电路，计算参数12月28日 2013年1月1日 对设计的电路进行MATLAB仿真2013年1月2日 1月5日 编写课程设计说明书，答辩或成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日目 录1课程设计的目的与要求11.1引言11.2课程设计的目的11.3课程设计要求12课程设计方案选择22.1整流电路23单线桥式半控主电路的设计33.1电路的结构与工作原理33.1.1电路结构33.1.2 工作原理33.2基本数量关系43.3建模53.4 仿真结果73.5小结8参考文献91 课程设计目的与要求11 引言电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来

5、，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。我这次选做的课程设计题目是：单相桥式半控整流电路设计。以单相桥式半控整流电路为研究对象，介绍单相桥式半控整流电路的工作原理，并对MATLAB/simulink模块中电力电子仿真锁需要的电力系统模块做简要说明，在此基础上运用MATLAB软件对电路仿真进行设计，并对仿真

6、结果进行分析。1.2 课程设计的目的“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，并设计出具有电压可调功能的直流电源系统的能力；2）较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌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。1.3 课程设计要求设计条件：1.电源电压：交流100V/50Hz 2.输出功率：500W 3.触发角 4.反电势、电阻负载、带续流二极管E=75V根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的

7、工作原理、计算选择元器件参数。设计内容包括：1.整流变压器额定参数的计算 2.晶闸管电流、电压额定参数选择 3.触发电路的设计2 课程设计方案选择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。单相桥式半控整流电路（电阻负载 反电动势）电路简图如下： 该电路在实际应用中需加设续流二极管VDR，以避免可能发生的失控现象。实际运行中，若没有续流二极管，则当突然增大至180o或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通儿两个二极管轮流导通的情况，这使Ud成为正

8、弦半波，即半周期Ud为正弦，另外半周期Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。例如当VT1导通时切断触发电路，则当U2变负时，由于电感作用，负载电流由VT1和VD2续流，当U2又为正时，因VT1是导通的，U2又经VT1和 VD4向负载供电，出现失控现象。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR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只有一个压降管，少了一个压降管，有利于降低损耗。3单线桥式半控主电路的设计 3.1电路的结构与工作原理3.1.1电路结构图8 半控整流电路电阻负载加续流二极管原理图3.1.2

9、 工作原理当U2正半周时，在wt=时刻，触发晶闸管VT1使其导通，电流从电源U2正端VT1LRVD4U2负载向负载供电。U2过零变负时，负载电流经续流二极管，使桥路直流输出只有1V左右的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，不会出现失控现象。在U2负半周wt=+时刻，触发VT3使其导通，则VT1承受反压而关断，U2经VT3LRVD2U2端向负载供电。U2过零变正时，负载电流经续流二极管，使桥路直流输出只有1V左右的压降，迫使晶闸管与二极管串联电路中的电流减小到维持电流以下，使晶闸管关断，重复以上过程。3.2基本数量关系a.直流输出电压平均值=83.97V=0

10、.645IdP=I2Rb 电阻值： c.流经晶闸管和整流管的平均电流d.经晶闸管和整流管的电流有效值e.流经续流二极管的平均电流f. 流经续流二极管的电流有效值=30o3.3建模在MATLAB新建一个Model，命名一个名字，同时模型建立如下图所示：在此电路中，输入电压的电压设置为141.4V，频率设置为50Hz，电阻阻值设置为14.1欧姆，脉冲输入的电压设置为10V，周期设置为0.02（与输入电压一致周期），占空比设置为10%，触发角设置为30因为两个晶闸管在对应时刻不断地周期性交替导通，关断，所以脉冲出发周期应相差180。a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数c.负载电阻的参数3.4

11、仿真结果3.5小结这次课程设计让我明白了很多关于电力电子技术方面的知识，尤其是在课本中没有完全介绍的。要完成这次课程设计，关靠书本知识是远远不够的，所以我查阅了很多关于电力电子的书籍，并且也通过网络查到了很多相关的知识，为这次课程设计做了很多帮助。对于课程设计的内容，首先要做的应是对设计内容的理论理解，在理论充分理解的基础上，才能做好课程设计，才能设计出性能良好的电路。整流电路中，基本元件的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。设计过程中，我明白了整流电路，尤其是单相半控桥式整流电路的重要性以及整流电路设计方法的多样性。这次的课程设计是我设计时间最长的一次，

12、也是收获最大的一次。虽然设计过程中遇到很多问题，尤其是保护电路的设计，因为课上没有讲到保护电路的内容，保护电路的理解不够全面，设计的时候是一头雾水，但还是在老师的帮助下，我一一解决了。另外通过这次课程设计，我对文档的编排也有了一定的掌握，这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电力电子这门课程，把以前一些没弄懂的问题这次弄明白了一部分，当然没有全部。整个课程设计过程中，由于理论知识的缺乏，以及对课程设计的不熟悉，课程设计还有很多不足之处，在以后的课程设计中，希望能有所改善。 参 考 文 献1.王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.20092.李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.20053.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.20064.钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010