单相全控桥式晶闸管整流电路的设计.doc

1、1电 力 电 子 技 术 课 程 设 计 报 告题目：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计2目 录第 1章 绪 论 31.1 电力电子技术的发展 31.2 电力电子技术的应用 31.3 电力电子技术课程中的整流电路 4第 2章 系统方案及主电路设计 52.1 方案的选择 52.2 系统流程框图 62.3 主电路的设计 72.4 整流电路参数计算 92.5 晶闸管元件的选择 10第 3章 驱动电路设计 123.1 触发电路简介 123.2 触发电路设计要求 123.3 集成触发电路 TCA785.133.3.1 TCA785芯片介绍 .133.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路 .17第 4章

2、保护电路设计 184.1 过电压保护 184.2 过电流保护 194.3 电流上升率 di/dt的抑制 194.4 电压上升率 du/dt的抑制 20第 5章 系统仿真 215.1 MATLAB主电路仿真 .215.1.1 系统建模与参数设置 215.1.2 系统仿真结果及分析 225.2 proteus 触发电路仿真 26设计体会 28参考文献 29附录 A 实物图 .30附录 B 元器件清单 .313第 1章 绪 论1.1 电力电子技术的发展晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明时期。晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组。并且，其应用范

3、围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。70 年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。在 80 年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为表的复合型器件异军突起。它

4、是 MOSFET 和 BJT 的复合，综合了两者的优点。与此相对，MOS 控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了 MOSFET 和 GTO。1.2 电力电子技术的应用电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及

5、变频电路的工作原理。在电力电子技术中，可控整流电路是非常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽4车、飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术；各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。1.3 电力电子技术课程中的整流电路整流电路按组成的器件不同，可分为不可控、半控与全控三种，利用晶闸管半导体器件构成的主要有半控和全控整

6、流电路；按电路接线方式可分为桥式和零式整流电路；按交流输入相数又可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。正是因为整流电路有着如此广泛的应用，因此整流电路的研究无论在是从经济角度，还是从科学研究角度上来讲都是很有价值的。本设计正是结合了Matlab仿真软件对单相半控桥式晶闸管整流电路进行分析。5第 2章 系统方案及主电路设计2.1 方案的选择我们知道，单相整流电路形式是各种各样的，可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，整流的结构也是比较多的。因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：方案一：单相桥式半控整流电路电路简图如下：图 2-1 单相桥式半控整流电路对每个导电回路进行控制，相

7、对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当 突然增大至 180或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使 ud 成为正弦半波，即半周期 ud 为正弦，另外半周期为 ud 为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。方案二：单相桥式全控整流电路电路简图如下：图 2-2 单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，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

8、二次绕组中，正负6两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。方案三：单相半波可控整流电路：电路简图如下：图 2-3 单相半波可控整流电路此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VT 的 a 移相范围为 180。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。方案四：单相全波可控整流电路：电路简图如下：图 2-4 单相全波可控整流电路此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，只要用 2 个可控器件，单相全波只用 2 个晶闸管，比单相

9、全控桥少 2 个，因此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少 2 个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的 2 倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大（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。相同的负载下流过晶闸管的平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，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。综上所述，针对他们的优缺点，我们采用方案二，即单相桥式全控整流电7路。 2.2 系统流程框图

10、根据方案选择与设计任务要求，画出系统电路的流程框图如图 2-1 所示。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桥式全控整流电路带阻感性负载。050一 食物整流主电路过流保护移相触发电路直流输出过压保护交流输入图 2-1 系统框图2.3 主电路的设计图 2-6 主电路原理图8图 2-7 主电路工作波形图电路如图 2-6 和图 2-7 所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。(1) 工作原理 在电源电压 正半周期间，VT1、VT2 承受正向电压，若在 时触发，2u tVT1、VT2 导通，电流经 VT1、负载、VT2 和 T 二次侧形成回路，但由于大电感的

11、存在， 过零变负时，电感上的感应电动势使 VT1、VT2 继续导通，直到2VT3、VT4 被触发导通时，VT1、VT2 承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。在电源电压 负半周期间，晶闸管 VT3、VT4 承受正向电压，在2u时触发，VT3、 VT4 导通，VT1、VT2 受反相电压截止，负载电流从t9VT1、VT2 中换流至 VT3、VT4 中在 时，电压 过零，VT3、VT4 因电感2t2u中的感应电动势一直导通，直到下个周期 VT1、VT2 导通时，VT3、VT4 因加反向电压才截止。值得注意的是，只有当时 ，负载电流 才连续，当时 ，负载2di 2电流不连续，而且输出电压的

12、平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是 。202.4 整流电路参数计算1.在阻感负载下电流连续，整流输出电压的平均值为(2-1)2221sin()cos0.9cosdUtdU由设计任务有电感 ，电阻 ， ，则输出电压70LmH5R0V平均值 的最大值可由下式可求得。d(2-2)20.9cos.9218V可见，当 在 范围内变化时，整流器可在 范围内取值。/01982.整流输出电压有效值为(2-3)2221(sin)(UtdU3.整流输出电流平均值为：(2-4)22221980.3652.()50(3.45.7)ddI AmRfL22298.6()50(3.1450.7ddUI AmRf

13、L4.在一个周期内每组晶闸管各导通 180，两组轮流导通，整流变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值 和有效值 相等，其波形系数为dII1。流过每个晶闸管的电流平均值与有效值分别为：(2-5)10.53620.185.222TdddIIIAmA(2-6)63.6Tddd 5、晶闸管在导通时管压降 =0,故其波形为与横轴重合的直线段；VT1 和 VT2Tu10加正向电压但触发脉冲没到时，VT3、VT4 已导通，把整个电压 加到 VT1 或2uVT2 上，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于 ；VT1 和 VT2 反向截2U止时漏电流为零，只要另一组晶闸管导通，也就把整个电压 加到 VT

14、1 或 VT2上，故两个晶闸管承受的最大反向电压也为 。22.5 晶闸管元件的选择1、晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值 大TNI于实际流过管子电流最大有效值 ，即TI=1.57 或 (2-7)TNI)(AVTI)(AV57.1考虑（1.52）倍的裕量：(2-8)()0.2563.326.1.7TTAVII mA此外，还需注意以下几点：当周围环境温度超过+40时，应降低元件的额定电流值。当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。关键、重大设备，电流裕量可适当选大些。2、晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压乘以（23）倍的安全裕量

15、，即可确定晶闸管的额定电压：(23 ) (23) (622933) (2-9)220(693TMUV:（ ） （ ）（ ） （ ）（ ） （ ）（ ） （ ）取 800V。由以上分析计算知选取晶闸管的型号为 。18KP3、 晶闸管的具体参数18KP额定通态平均电流（IT（AV）：1A;断态重复峰值电压（UDRM）:500V;反向重复峰值电压（URRM）:1800V;断态重复平均电流（IDR（AV）:6mA;反向重复平均电流（IRR（AV）:6mA;门极触发电流（IGT）:60mA;11门极触发电压（UGT）:1.8V;断态电压临界上升率（du/dt）:50V/uS维持电流（IH）：60mA;额

16、定结温（TjM）：11012第 3章 驱动电路设计3.1 触发电路简介电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用良好的性能的驱动电路。可以使电力电子器件工作在比较理想的开关状态，缩短开关时间，对装置的运行效率，可靠性和安全性都有很大的意义。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，在晶闸管阳极加上正向电压后，还必须在门极与阴极之间加上触发电压，晶闸管才能从截止转变为导通，习惯上称为触发控制。提供这个触发电压的电路称为晶闸管的触发电路。它决定每一个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中不可缺少的一个重要组成部分。晶闸管相控整流电路，

17、通过控制触发角 的大小即控制触发脉冲起始位来控制输出电压的大小，为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证触发角的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。3.2 触发电路设计要求晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号，应用电路对触发信号都会有不同的要求。但是，归纳起来，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。不管是哪种触发电路，对它产生的触发脉冲都有如下要求：1、触发信号为直流、交流或脉冲电压，由于晶闸管导通后，门极触发信号即失去了控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用脉冲触发信号。2、触发信号应有足够的功率

18、（触发电压和触发电流）。触发信号功率大小是晶闸管元件能否可靠触发的一个关键指标。由于晶闸管元件门极参数的分散性很大，且随温度的变化也大，为使所有合格的元件均能可靠触发，可参考元件出厂的试验数据或产品目录来设计触发电路的输出电压、电流值，并有一定13的裕量。3、触发脉冲应有一定的宽度，脉搏冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发信号导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。普通晶闸管的导通时间约法为 6 ，故触发电路的宽度至少应有 以上，对于电感性负载，由s6s于 电感会抑制电流的上升，触发脉冲的宽度应更大一些，通常为 0.5 至 1ms，此外，某些具体电路对触发脉冲宽度会有一定的要求，如三相全

19、控桥等电ms路的触发脉冲宽度要大于 60或采用双窄脉冲。为了快速而可靠地触发大功率晶闸管，常在触发脉冲的前沿叠加一个强触发脉冲，强触发脉冲的电流波形如图 4-1 所示。强触发电流的幅值 可达到gmi最大触发电流的 5 倍。前沿 约为几 。1ts图 3-1 强触发电流波形4、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲称相范围必须满足电路要求。为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都在相同控制角 触发导通，这就要求脉冲的频率必须与阳极电压同步。同时，不同的电路或者相同的电路在不同的负载、不同的用途时，要求的 变化的范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同，所用触发电路的

20、脉冲移相范围必须满足实际的需要。3.3 集成触发电路 TCA7893.3.1 TCA785芯片介绍TCA785 是德国西门子(Siemens)公司于 1988 年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它是取代 TCA780 及 TCA780D 的更新换代产品，其引脚排列与 TCA780、TCA780D 和国产的 KJ785 完全相同，因此可以互换。目前，它在国内变流行业中已广泛应用。与原有的 KJ 系列或 KC 系列晶闸管移相触发电路相比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，14且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。（1）引脚排列、各引脚的功能

21、及用法TCA785 是双列直插式 16 引脚大规模集成电路。它的引脚排列如图 3-2 所示。图 3-2 TCA785 的引脚排列各引脚的名称、功能及用法如下：引脚 16(VS)：电源端。使用中直接接用户为该集成电路工作提供的工作电源正端。引脚 1(OS)：接地端。应用中与直流电源 VS、同步电压 VSYNC 及移相控制信号 V11 的地端相连接。引脚 4(Q1)和 2(Q2)：输出脉冲 1 与 2 的非端。该两端可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差 180，两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度控制端引脚 13(L)的控制。它们的高电平最高幅值为电源电压 VS，允许最大负载电流为 10mA。若该两端输出

22、脉冲在系统中不用时，电路自身结构允许其开路。引脚 14(Q1)和 15(Q2)：输出脉冲 1 和 2 端。该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差 180，脉冲宽度受它们的脉宽控制端引脚 12(C12)的控制。两路脉冲输出高电平的最高幅值为 5VS。引脚 13(L)：非输出脉冲宽度控制端。该端允许施加电平的范围为-0.5V5VS，当该端接地时，Q1、Q2 为最宽脉冲输出，而当该端接电源电压 VS 时，Q1、Q2 为最窄脉冲输出。引脚 12(C12)：输出 Q1、Q2 脉宽控制端。应用中，通过一电容接地，电容C12 的电容量范围为 1504700pF，当 C12 在 1501000pF 范围内

23、变化时，Q1、Q2 输出脉冲的宽度亦在变化，该两端输出窄脉冲的最窄宽度为 100s，而15输出宽脉冲的最宽宽度为 2000s。引脚 11(V11)：输出脉冲 Q1、Q2 或 Q1、Q2 移相控制直流电压输入端。应用中，通过输入电阻接用户控制电路输出，当 TCA785 工作于 50Hz，且自身工作电源电压 Vs 为 15V 时，则该电阻的典型值为 15k，移相控制电压 V11 的有效范围为 0.2VVs-2V，当其在此范围内连续变化时，输出脉冲 Q1、Q2 及Q1，Q2 的相位便在整个移相范围内变化，其触发脉冲出现的时刻为：trr=(V11 R9 C10)/(VREF K)式中 R9、C10、V

24、REF分别为连接到 TCA785 引脚 9 的电阻、引脚 10 的电容及引脚 8 输出的基准电压；K常数。为降低干扰，应用中引脚 11 通过 0.1F 的电容接地，通过 2.2F 的电容接正电源。引脚 10(C10)：外接锯齿波电容连接端。C10 的实用范围为 500pF1F。该电容的最小充电电流为 10A。最大充电电流为 1mA，它的大小受连接于引脚9 的电阻 R9 控制，C11 两端锯齿波的最高峰值为 VS-2V，其典型后沿下降时间为 80s。引脚 9(R9)：锯齿波电阻连接端。该端的电阻 R9 决定着 C10 的充电电流，其充电电流可按下式计算：I10=VREFK/R9连接于引脚 9 的

25、电阻亦决定了引脚 10 锯齿波电压幅度的高低，锯齿波幅值为： V10=VREFK/(R9 C10) ，电阻 R9 的应用范围为 3 300k。:引脚 8(VREF)：TCA785 自身输出的高稳定基准电压端。负载能力为驱动 10块 CMOS 集成电路，随着 TCA785 应用的工作电源电压 VS 及其输出脉冲频率的不同，VREF 的变化范围为 2.83.4V，当 TCA785 应用的工作电源电压为 15V，输出脉冲频率为 50Hz 时，VREF 的典型值为 3.1V，如用户电路中不需要应用VREF，则该端可以开路。引脚 7(QZ)和 3(QV)：TCA785 输出的两个逻辑脉冲信号端。其高电平

26、脉冲幅值最大为 VS-2V，高电平最大负载能力为 10mA。QZ 为窄脉冲信号，它的频率为输出脉冲 Q2 与 Q1 或 Q1 与 Q2 的两倍，是 Q1 与 Q2 或 Q1 与 Q2 的或信号，QV为宽脉冲信号，它的宽度为移相控制角 +180，它与 Q1、Q2 或 Q1、Q2 同步，频率与 Q1、Q2 或 Q1、Q2 相同，该两逻辑脉冲信号可用来提供给用户的控制电16路作为同步信号或其它用途的信号，不用时可开路。引脚 6(I)：脉冲信号禁止端。该端的作用是封锁 Q1、Q2 及 Q1、Q2 的输出脉冲，该端通常通过阻值 10k 的电阻接地或接正电源，允许施加的电压范围为-0.5VVS，当该端通过

27、电阻接地，且该端电压低于 2.5V 时，则封锁功能起作用，输出脉冲被封锁。而该端通过电阻接正电源，且该端电压高于 4V 时，则封锁功能不起作用。该端允许低电平最大灌电流为 0.2mA，高电平最大拉电流为 0.8mA。引脚 5(VSYNC)：同步电压输入端。应用中需对地端接两个正反向并联的限幅二极管，该端吸取的电流为 20200A，随着该端与同步电源之间所接的电阻阻值的不同，同步电压可以取不同的值，当所接电阻为 200k 时，同步电压可直接取 AC220V。（2）基本设计特点TCA785 的基本设计特点有：能可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，因而可方便地用作过零触发而构成零点开关；它具有宽的

28、应用范围，可用来触发普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及作为功率晶体管的控制脉冲，故可用于由这些电力电子器件组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整流电路及单相或三相逆变系统或其它拓扑结构电路的变流系统；它的输入、输出与 CMOS 及 TTL 电平兼容，具有较宽的应用电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出 250mA 的驱动电流；其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强，可应用于较宽的环境温度范围(-25+85C)和工作电源电压范围(-0.5+18V)。（3）极限参数电源电压：+818V 或49V；移相电压范围：0.2VVS-2V;输出脉冲最大宽

29、度：180；最高工作频率：10500Hz；高电平脉冲负载电流：400mA；低电平允许最大灌电流：250mA；输出脉冲高、低电平幅值分别为 VS 和 0.3V；17同步电压随限流电阻不同可为任意值；最高工作频率：10500Hz；工作温度范围：军品 -55+125，工业品 -25+85，民品 0+70。3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路由于 TCA785 自身的优良性能，决定了它可以方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管，单相半控桥、全控桥和三相半控桥、全控桥及其它主电路形式的电力电子设备中触发晶闸管或晶体管，进而实现用户需要的整流、调压、交直流调速、及直流输电等目的。西门子 TCA785

30、触发电路，它对零点的识别可靠，输出脉冲的齐整度好，移相范围宽；同时它输出脉冲的宽度可人为自由调节。西门子 TCA785 外围电路如图 3-3 所示。图 3-3 TCA785 锯齿波移相触发电路原理图锯齿波斜率由电位器 RP1 调节，RP2 电位器调节晶闸管的触发角。交流电源采用同步变压器提供，同步变压器与整流变压器为同一输入，根据 TCA785 能18可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，从而可保证触发脉冲与晶闸管的阳极电压保持同步。同步变压器的变比选为 。K20/154/3第 4章 保护电路设计在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压、过电流、du

31、/dt 保护和 di/dt 保护也是必要的。4.1 过电压保护以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。（1）交流侧过电压保护可采用阻容保护或压敏电阻保护。 阻容保护（即在变压器二次侧并联电阻 R 和电容 C 进行保护）单相阻容保护的计算公式如下：(4-1)20%6USiC(4-2)3.0iRKS：变压器每相平均计算容量（VA）；：变压器副边相电压有效值（V）；2U%：变压器激磁电流百分值；0i%：变压器的短路电压百分值。k当变压器的容量在（10000）KVA 里面取值时 %=(410)在里面取值，0i%=(510）里面取值。Uk19电容 C 的单位

32、为 F，电阻的单位为 。电容 C 的交流耐压1.5U 。eU ：正常工作时阻容两端交流电压有效值。e根据公式算得电容值为 4.8F,交流耐压为 165V，电阻值为 12.86，在设计中我们取电容为 5F，电阻值为 13。 压敏电阻 的计算1RV= =1.3 220=404.4V (4-3)mAU123.流通量取 5KA。选 MY31-440/5 型压敏电阻（允许偏差+10）作交流侧浪涌过电压保护。（2）直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成 加大。dti因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作

33、过电压保护。(1.8 2) =(1.82.2)198=356.4435.6V (4-4) MaU1DC选 MY31-440/5 型压敏电阻(允许偏差+10)作直流侧过压保护。（3）晶闸管两端的过电压保护 抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法，可查下面的经验值表确定阻容参数值。表 4-1 阻容保护的数值(一般根据经验选定)晶闸管额定电流/A 10 20 50 100 200 500 1000电容/F 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2电阻/ 100 80 40 20 10 5 2由于 ,由上表可知选取 C=0.1F，R=100。0.2563TIA4.2 过

34、电流保护快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。 接阻感负载的单相全控桥电路，通过晶闸管的有效值A (4-5)/20.563TdI选取 RLS-1 快速熔断器，熔体额定电流 1A。204.3 电流上升率 di/dt的抑制 晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密很大，然后以 0.1mm/s 的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率 di/dt 过大，会导致 PN 结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如图 4-1所示

35、。图 4-1 串联电感抑制回路4.4 电压上升率 du/dt的抑制 加在晶闸管上的正向电压上升率 du/dt 也应有所限制,如果 du/dt 过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制du/dt 的作用，可以在晶闸管两端并联 R-C 阻容吸收回路。如图 4-2 所示。图 4-2 并联 R-C 阻容吸收回路21第 5章 系统仿真5.1 MATLAB主电路仿真本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件 MATLAB，使用 MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法有两种，一是以控制系统的传递

36、函数为基础，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱对其进行计算机仿真研究。另外一种是面向控制系统电气原理结构图，使用 Power System 工具箱进行调速系统仿真的新方法。本次系统仿真采用后一种方法。5.1.1 系统建模与参数设置单相全控桥式整流电路模型主要由交流电源、同步触发脉冲、晶闸管全控桥、电感负载、测量等部分组成。采用 MATLAB 面向电气原理结构图方法构成的单相全控桥式整流电路仿真模型如图 5-1 所示。22图 5-1 单相全控桥式整流电路仿真模型相应的参数设置：(1)、 交流电压源参数 U=220V（幅值为 V），f=50Hz；20(2)、晶闸管参数 Rn=0.00

37、1，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=10，Cs=250e-6F；负载参数 R=10，L=0H，C=inf；(3)、 脉冲发生器触发信号 1、2 的振幅为 5V，周期为 0.02s（即频率为50Hz），脉冲宽度为 2。当触发角为 0时，设置触发信号 1 的初相位为 0s（即 0），触发信号2 的初相位为 0.01s（即 180）；当触发角为 45时，设置触发信号 1 的初相位为 0.0025s（即 45），触发信号 2 的初相位为 0.0125s（即 225）；当触发角为 60时，设置触发信号 1 的初相位为 0.0033s（即 60），触发信号 2 的初相位为 0.0133s（即 240）

38、；当触发角为 90时，设置触发信号 1 的初相位为 0.005s（即 90），触发信号 2 的初相位为 0.015s（即 270）；（4）、本系统选择的仿真算法为 ode23tb，仿真 Start time 设为 0，Stop time 设为 0.06s。（5）、示波器相关参数的设定：“Number of axes”设置为 7，“Time range”设置为 auto，“Tick labels”设置为 bottom axis only，“sampling”设置为 Decimation1。23图 5-2 示波器相关参数的设定5.1.2 系统仿真结果及分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。

39、图 6-2 是单相全控桥式整流电路仿真模型在触发角分别为 0、45、60、90时的输出曲线。从仿真结果可以看出，它非常接近于理论分析的波形。(a) 触发角为 024(b) 触发角为 45（c） 触发角为 6025（d）触发角为 90图 5-3 单相全控桥式整流电路仿真模型曲线图 5-4 单相全控桥式整流电路理论波形下面分析一下仿真的结果：261、由图 5-2（a）知，在电源电压 正半周期，晶闸管 TV1（和 TV4）承受2u正向电压，在 时施加触发信号 CF1，使晶闸管 TV1（和 TV4）导通，则电源电压通过 TV1 和 TV4 加至负载上，晶闸管 TV1 两端的电压近视为 0（忽略管压降）

40、。当电源电压过零变负时，由于电感的存在，TV1（和 TV4）仍继续导通，负载电流 Zi 和电压 Zu 连续。2、由图 5-2（b）、（c）知，与理论波形图 5-3 相比较，分别在 =45、=60施加触发信号 CF1，晶闸管 TV1（和 TV4）导通后，负载电压 Zu 接近于变压器二次侧电压 AC 的波形。负载电流 Zi 存在断续，可知已知电感（700mH）还不够大，与前面的理论分析假设的大电感有区别。3、由图 5-3（d）可知，当触发角 =90，理论值平均电压 Ud=0，图中Zu 接近于 0。4、数据分析：（1）、 =0，实际值 Ud=198.069；理论值 Ud=198；实测值和理论值非常接

41、近，误差极小，产生的误差可能是计算问题；（2）、 =45，实际值 Ud=140.056；理论值 Ud=140；实测值和理论值非常接近，误差极小；（3）、 =60，实际值 Ud=99.034；理论值 Ud=99；实测值和理论值非常接近，误差极小；（2）、 =00，实际值 Ud=0.062；理论值 Ud=0；实测值和理论值非常接近，误差极小。5.2 proteus 触发电路仿真触发电路无法再 MATLAB 里面进行仿真，选择在 Proteus 里面对触发电路进行仿真。5.1.1 根据原理图搭建仿真电路图如图275.1.2 仿真输出波形28设计体会这次的电力电子课程设计让我体会颇多，我和队友选的是单

42、相桥式全控整流电路。我负责硬件电路，队友负责仿真分析。单相桥式全控整流电路的理论学习我们在课堂已经了解得很清楚了，但实际的制作过程远远没有课堂上的理论学习那么容易，比如触发电路的知识在课堂上我们并没有怎么去学习。这就要求我们学会看芯片资料，根据芯片资料来设计电路图驱动晶闸管，实现整流的目的。此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了单相桥式整流电路的原理以及触发电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一步的提高。另外，通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，还必须把所学的理论知识与实

43、践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。硬件调试是一个艰难过程，而且是需要一定经验的，每次的调试就是一个经验积累的过程。最后，感谢我的队友、帮助过我的同学和老师。没有队友的辛劳付出，没有老师的指导和同学的帮助，这次的课程的设计不可能这么顺利的完成。29参考文献1 王兆安,黄俊.电力电子技术M(第 4 版).北京：机械工业出版社，2000.15-962 浣喜明，姚为正.电力电子技术M.北京：高等教育出版社，2004.128-1453 王兆安,黄俊.电力电子技术M(第 5 版).北京：机械工业出版社，2009.19-944 陆秀令,张振飞.电力电子技术实验指导书M.衡阳：湖南工学院电气与信息工程系，2010.10-185 周渊深. 电力电子技术与 MATLAB 仿真M.北京：中国电力出版社，2006.188-27830附录 A 实物图