单相桥式整流电路纯电阻负载课程设计

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1、中北大学电子技术课程设计1引言电力电子技术又称为功率电子技术，他是用于电能变换和功率控制的电子技术。电力电子技术是弱电控制强电的方法和手段，是当代高新技术发展的重要内容，也是支持电力系统技术革命发展的重要基础，并节能降耗、增产节约提高生产效能的重要技术手段。微电子技术、计算机技术以及大功率电力电子技术的快速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。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，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

2、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。电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行成本方面有很大潜力。随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地

3、得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电，整流的基础是整流电路。第13页共13页中北大学电子技术课程设计本文以单相桥式全控整流电路电阻性负载为研究对象，介绍了单相桥式全控整流电路的工作原理，并对MATLAB／SIMULINK模块中电力电

4、子仿真所需要的电力系统模块做了简要的说明，介绍了单相桥式全控整流电路的主要环节及工作原理，并且分析了触发角为30°的情况，在此基础上运用MATLAB软件分别对电路的仿真进行了设计，实现了对单相桥式全控整流电路的仿真，并对仿真结果进行分析。2单相桥式全控整流电路纯电阻负载2.1理论设计2.1.1电路分析与工作原理单相桥式全控整流电路带电阻负载电路如图（1）：图（1）1）闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。2）在U2正半周（即a点电位高于b点电位）若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压U2。在触发角a处给VT1和VT4加触发脉冲

5、，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。3）当U2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。4）在U2负半周，仍在触发角a处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。5）到U2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。第13页共13页中北大学电子技术课程设计单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形如图（2）所示：u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图（2）2.1.2参数计算1）晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和。2）整流电压平均值为：α=0时，U

6、d=Ud0=0.9U2。α=180°时，Ud=0。可见，α角的移相范围为180°。3）向负载输出的直流电流平均值为：4）流过晶闸管的电流平均值：5）为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热等问题，为此需计算电流有效值。流过晶闸管的电流有效值：变压器二次电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为：第13页共13页中北大学电子技术课程设计由上两式可见不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I22.1.3晶闸管选型该电路为纯电阻负载。U2=100V时，不计控制角余量按α=30°计算1）由Ud=0.84U2得Ud=83.97V2）由P=500W得Id=5.95V所

7、以R=14.11Ω3）U1=220V，U2=100V变压器变比K=2.24）晶闸管承受的最大正向电压为=70.7V,最大反向电压为=141.4V，考虑安全余量，则晶闸管额定电压UN=（2~3）=283~424Vⅰ）所选晶闸管电流有效值ITn大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。ⅱ）选择是考虑（1.5~2）倍的安全余量。即ITn=1.57IT（AV）=（1.5~2）ITMIT（AV）≥（1.5~2）ITM／1.575）当α=30°时晶闸管流过最大电流有效值IVT=4.94A，则