陈福龙 单相整流电路 - (1)

单相整流电路的分析与设计

陈福龙

（年级：08级 专业：自动化 班级：2班 学号：200801071513）

摘要：本文在对单相桥式半控整流电路和单相桥式全控整流电路进行理论分析的基础上，建立了基于MATLAB的单相桥式整流电路的仿真模型，并对其带纯电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况进行对比分析与研究。用MATLAB软件自带的Power System工具箱进行仿真，给出了仿真结果，验证了本文所建模型的正确性。

0.引言

整流电路（Rectifier）尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。因此对单相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。

1设计分析和要求

1.1、设计分析：

1、进行设计方案的比较，并选定设计方案； 2、完成单元电路的设计和主要元器件说明；

3、完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择； 4、驱动电路的设计,保护电路的设计；

1.1、设计要求

单相整流电路的设计要求为：

①负载为感性负载L=700mH,R=500欧姆. ②电网供电电压为单相220V； ③电网电压波动为+5%－-10%； ④输出电压为0～100V.。

2、单相整流电路的整体方案

2.1、方案的选择。

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。下面分析各种单相相控整流电路在带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载时的工作情况。

单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），，且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。

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单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。

根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。 2.2、原理说明

当负载由电阻和电感组成时称为阻感性负载。例如各种电机的励磁绕组,整流输出端接有平波电抗器的负载等等。单相桥式整流电路带阻感性负载的电路如图2.1所示。由于电感储能,而且储能不能突变因此电感中的电流不能突变,即电感具有阻碍电流变化的作用。当流过电感中的电流变化时,在电感两端将产生感应电动势,引起电压降UL。

图2.1

2.3系统原理方框图

系统原理方框图如2.2所示：

图2.2系统原理方框图

整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。 根据设计任务，在此设计中采用单相整流电路接电阻性负载。 2．4主电路设计

2.4.1主电路原理图及其工作波形

图2.3主电路原理图

电路如图2.3所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。

2.4.2 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，称为纹波系数。

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3.驱动电路的设计

3.1 对触发电路的要求

晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求: 1）、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。 2）、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。 3）、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能

迅速上升超过掣住电流而维持导通。 4）、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。

图3.1强触发电流波形

3.2晶闸管触发电路类型

3.2.1单结晶体管触发电路

1）特点：由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿 能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。

利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。

2)组成：由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成如图3.2 a）所示：

图3.2单结晶体管触发电路及波形

4保护电路的设计

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相对于电机和继电器，接触器等控制器而言，电力电子器件承受过电流和过电压的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。但又不能完全根据装置运行时可能出现的暂时过电流和过电压的数值来确定器件参数，必须充分发挥器件应有的过载能力。因此，保护就成为提高电力电子装置运行可靠性必不可少的重要环节。 4.1 主电路的过电压保护

所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压

生过电压的原因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器，以保护变压器本身的安全；而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过电压，一般发生在交流侧、直流侧和器件上，因而，下面介绍单相桥式全控整流主电路的电压保护方法。

4.1.1交流侧过电压保护

过电压产生过程：电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切断，铁芯中的磁通在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时电压。保护方法：阻容保护

4.1.2直流侧过电压保护 过电压产生过程：当某一桥臂的晶闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器熔断时，由于直流住电路电感中储存能量的释放，会在电路的输出端产生过电压。保护方法：阻容保护

5.结束语

经过两个多月的努力，整个设计过程中，出现过很多的难题，但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，在不断的学习过程中我体会到：写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写论文时对企业职位面临的问题的模糊认识到最后能够对该问题有深刻的认识，我体会到实践对于学习的重要性，以前只是明白理论，没有经过实践考察，对知识的理解不够明确，通过这次的做，真正做到林论时间相结合。

总之，通过论文设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效。

[参 考 文 献]

[1]戴梅萼 史嘉权，《单相全控整流电路控制技术》清华大学出版社，2008年2月第一版 [2] 邬宽明，《现场总线技术应用》北京航空航天大学出版社，2004年1月第2版 [3]韩云台，《桥式整流测试技术》北京国防工业出版社，1989年6月第1版 [4] 凌志浩，《单向半波原理以应用》，华东理工大学出版社，2008.9

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