单相桥式全控整流电路阻感负载课程设计matlab

中 北 大 学 电 子 技 术 课 程 设 计

1 引言

1.1 设计目的

“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，设计电路的能力；2.较全面地巩固和应用本课程中所学的理论和方法，掌握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。 1.2 内容简介

介绍了单相桥式全控整流电路的工作原理和主要环节，并且分析几种常用的触发角，在此基础上运用MATlAB软件分别对电路的仿真进行了设计；实现了对单项桥式全控整流电路的仿真，并对仿真结果进行分析。 1.3 设计要求

1、单相桥式相控整流的设计要求为： 负载为阻感性负载 2、技术要求:

1)、电源电压：交流100V/50Hz 2)、输出功率：500W 3)、触发角：??60?

2 课程设计方案

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。单相桥式全控整流电路，电阻-电感性负载，电路简图如下

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此电路对每个导电回路进行控制，与单相桥式半控整流电路相比，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。

单相全控桥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。

单相全控桥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。 2.2 主电路的设计 2.2.1电路的组成

电路组成：该电路为单相桥式全控整流电路，由变压器﹑四个晶闸管﹑电感及电阻组成，如图（a）所示。 2.2.2 电路工作原理及分析 1）工作原理：

第一阶段： （a）

在U2正半波的（0～α）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。

第二阶段：

在U2正半波的ωt=α时刻及以后：在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（Ud=U2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。

第三阶段：

在U2负半波的（π～π+α）区间：当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。

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第四阶段：

在U2负半波的ωt=π+α时刻及以后：在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压（Ud=-U2）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。

从波形可以看出α＞90o输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90o。控制角α在0～90o之间变化时，晶闸管导通角θ=π，导通角θ与控制角α无关。

2）电路分析:假设电路已经工作在稳定状态如图（b）

在U2正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通,Ud=U2。负载中有电感存在是负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流连续，且波形近似为一水平线。

U2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。

至ωt=π+α时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，VT2和VT3承受正向电压导通。U2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。

3 参数计算和晶闸管的选择

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3.1 参数关系

①输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id

Ud????UdR

1???2U2sin?td(?t)?22?U2cos??0.9U2cos?

Id? ②晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT

IdT?12Id

I1T?Id?0.707Id

2

③输出电流有效值I和变压器二次电流有效值I2

I?I2?Id

④ 晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为: 3.2 参数的计算

1.在阻感负载下电流连续，整流输出电压的平均值为

Ud?0.9U2cos??0.9*100*1/2V?45V 2.变压器二次侧输出电压为

U?1???????2U2sin?t?2d??t??U2?100V

3.整流输出电流平均值为

I500d?PU?45A?11.1Ad

4.变压器二次侧电流为

I2?Id?11.1A

2U2

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5.电阻为

R?Ud45I???4.05?d11.1

6.晶闸管承受的最大反向电压为

2U2?1002V?141.4V 7.晶闸管的额定电压为

UN??2~3??141.4V?283~424V 8.流过晶闸管电流有效值为

IdVT?I2?7.85A

9.晶闸管的额定电流为

I?1.5~2??IVTN?1.57?7.5~10A

10.延迟时间为

1??180?t1??T60??50??150360??360??3.33mst2??60

360??13.3ms11.U1=220V U2=100V变压器变比为 K=U1/U2=220/100=2.2

3.3 晶闸管的选择

该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。

晶闸管的额定电压和晶闸管的额定电流为

UN??2~3??141.4V?283~424V I1.5~2??IVTN??1.57?7.5~10A

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