单相桥式全控整流电路的设计与仿真

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1、___………………………………（密）………………………………（封）………………………………（线）………………………………本科课程设计专用封面设计题目：单相桥式全控整流电路的设计与仿真所修课程名称：电力电子技术课程设计修课程时间：2012年06月17日至6月23日完成设计日期：2011年06月23日评阅成绩：评阅意见：评阅教师签名：年月日9单相桥式全控整流电路的设计与仿真一．设计要求（小四号黑体）1）完成单相桥式全控整流电路的设计、仿真；2）设计要求：输入：AC220V，50Hz；输出：120V，4A二．题目分析2.1单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路分析单项桥式全控整流电路带电阻性

2、负载电路如图1所示：图1单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路原理图在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。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，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1、VT4即导通，电流从a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2为零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。在u2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3（VT2和VT3的α=0处为ωt=π），V

3、T2和VT3导通，电流从电源的b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环的工作下去，整流电压Ud和晶闸管VT1、VT49两端的电压波形如下图2所示。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为U2和U2。图2单相全控桥式带电阻负载时的波形2.2工作原理第1阶段（0~а1）：这阶段u2在正半周期，a点电位高于b点电位晶闸管VT1和VT2方向串联后于u2连接，VT1承受正向电压为u2/2，VT2承受u2/2的反向电压；同样VT3和VT4反向串联后与u2连接，VT3承受u2/2的正向电压，VT4承受u2/2的

4、反向电压。虽然VT1和VT3受正向电压，但是尚未触发导通，负载没有电流通过，所以Ud=0，id=0。第2阶段（а1~π）：在ωt1时同时触发VT1和VT3，由于VT1和VT3受正向电压而导通，有电流经a点→VT1→R→VT3→变压器b点形成回路。在这段区间里，ud=u2，id=iVT1=iVT3=ud/R。由于VT1和VT3导通，忽略管压降，uVT1=uVT2=0，而承受的电压为uVT2=uVT4=u2。第3阶段（π~а2）：从ωt=π开始u2进入了负半周期，b点电位高于a点电位，VT1和VT3由于受反向电压而关断，这时VT1~VT4都不导通，各晶闸管承受u29/2的电压，但VT1和

5、VT3承受的事反向电压，VT2和VT4承受的是正向电压，负载没有电流通过，ud=0，id=i2=0。第4阶段（а2~π）：在ωt2时，u2电压为负，VT2和VT4受正向电压，触发VT2和VT4导通，有电流经过b点→VT2→R→VT4→a点，在这段区间里，ud=u2，id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4导通，VT2和VT4承受u2的负半周期电压，至此一个周期工作完毕，下一个周期，充复上述过程，单项桥式整流电路两次脉冲间隔为180°。2.3相关参数计算整流电压平均值为：所以可知，α角的移相范围为00-1800。向负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输

6、出直流平均值的一半（因为一个周期内每个晶闸管只有半个周期导通），即：三．主电路设计、元器件选型及计算：1）主电路图绘制：根据要求和单相全控桥式带电阻负载的工作原理，所设计出的单相全控桥式带电阻负载的主电路如图3所示：相关的参数已经标注在图中9图3带纯电阻负载的单相桥式全控整流电路图2）参数计算①导通角由知得出②负载电阻R∵∴③延迟时间t由知延迟时间t=4.3ms④流过晶闸管电流平均值、有效值9==4.12A⑤晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和⑥晶闸管额定电流，额定电压选择考虑1.5~2倍安全裕量,晶闸管额定电流=(1.5~2)×=3.94~5.25A=×220V=311V考虑

7、2~3倍安全裕量,晶闸管额定电压=(2~3)×311V=622~933V四．主电路仿真分析根据主电路原理图，用orCAD软件对带串电阻负载的单相桥式全控整流电路进行仿真。仿真得到的输出电压、电流波形如图4：图4输出电流和电压波形9由以上两幅图可知，带纯电阻负载的单相桥式全控整流电路输出的电流波形与电压波形基本一致。由于晶闸管导通角，延迟时间t=4.3ms,所以晶闸管在4.3ms之后导通。傅里叶分析如图5：图5纯电阻负载的单相桥式全控整流电路电流基波和各次谐