1、電氣工程學(xué)院 電力電子 課程設(shè)計設(shè)計題目： 單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載） 學(xué)號： xxxxxxxx 姓 名： xxxxxx 同 組 人： xxxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師： xxxxxx 設(shè)計時間： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 設(shè)計地點： 電氣學(xué)院實驗中心 電力電子 課程設(shè)計成績評定表姓 名 學(xué) 號課程設(shè)計題目： 單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載）課程設(shè)計答辯或提問記錄：成績評定依據(jù)：課程設(shè)計預(yù)習(xí)報告及方案設(shè)計情況（30）：課程設(shè)計考勤情況（15）：課程設(shè)計調(diào)試情況（30）：課程設(shè)計總結(jié)報告與答辯情況（25）：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)

2、教師簽字： 年 月 日 電力電子 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 一、課程設(shè)計題目： 單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載）二、課程設(shè)計要求1. 根據(jù)具體設(shè)計課題的技術(shù)指標和給定條件，獨立進行方案論證和電路設(shè)計，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整；2. 查閱有關(guān)參考資料和手冊，并能正確選擇有關(guān)元器件和參數(shù)，對設(shè)計方案進行仿真；3. 完成預(yù)習(xí)報告，報告中要有設(shè)計方案，設(shè)計電路圖，還要有仿真結(jié)果；4. 進實驗室進行電路調(diào)試，邊調(diào)試邊修正方案；5. 撰寫課程設(shè)計報告最終的電路圖、調(diào)試過程中遇到的問題和解決問題的方法。三、進度安排1時間安排序 號內(nèi) 容學(xué)時安排（天）1方案論證和系統(tǒng)設(shè)計1

3、2完成電路仿真，寫預(yù)習(xí)報告13電路調(diào)試24寫設(shè)計總結(jié)報告與答辯1合 計5設(shè)計調(diào)試地點：電氣樓4102執(zhí)行要求課程設(shè)計共5個選題，每組不得超過2人，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨力完成所設(shè)計的詳細電路（包括計算和器件選型）。嚴禁抄襲，嚴禁兩篇設(shè)計報告雷同。摘要本次課程設(shè)計的題目為：單相半控橋式晶閘管整流電路，其中負載為純電阻負載。電路設(shè)計的主要參數(shù)及要求：1、電源電壓：交流100V/50Hz；2、輸出功率：500W；3、移相范圍：0º-180º。對于單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載），其電路設(shè)計的主要功能為：單相橋式半控整流電路的工作特點是晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，而整流二極管在陽極電

4、壓高于陰極電壓時自然導(dǎo)通。單相橋式半控整流電路在純電阻負載電流連續(xù)時，當(dāng)相控角<180°時，可實現(xiàn)將交流電功率變?yōu)橹绷麟姽β实南嗫卣?，同時，調(diào)節(jié)觸發(fā)電路，可改變觸發(fā)角進行調(diào)壓；在>180°時，由于二極管的單相導(dǎo)電性，電路無法實現(xiàn)逆變，輸出電壓為零。關(guān)鍵詞：單相半控橋式晶閘管整流電路、純電阻負載、相控角調(diào)節(jié) 目錄 第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計···················&#

5、183;·······································1一、主電路方案設(shè)計········

6、3;·················································11.1

7、 主電路方案論證················································

8、3;·····11.2 主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理··········································

9、····21.3 參數(shù)計算············································

10、83;···············31.4 主電路器件選用································

11、83;·····················3二、控制電路方案設(shè)計··························

12、3;·····························42.1 觸發(fā)控制電路方案··················

13、83;·································42.1.1 方案一···············

14、;·············································42.1.2 方案二···&

15、#183;·················································&

16、#183;······5第二章 仿真··········································

17、·······················8一、主電路仿真·························

18、3;···································81.1 仿真設(shè)置·············&

19、#183;··············································81.2 仿真結(jié)果·

20、3;·················································

21、3;········10二、控制電路仿真········································

22、···················112.1 方案一仿真·····························&

23、#183;····························112.2 方案二仿真···················&#

24、183;······································132.2.1 各部分電路分析與仿真········&#

25、183;····································142.2.2輸出控制信號仿真···········

26、;······································17第三章 電路調(diào)試··········&

27、#183;·················································&

28、#183;19一、實物制作················································

29、;··············19二、實際控制信號測量··································

30、;····················202.1 電路各組成部分輸出波形···························

31、··················202.2 控制信號輸出波形·····························

32、3;·····················21第四章 結(jié)論···························&#

33、183;····································24第五章 心得體會與建議···········&

34、#183;··········································25參考文獻······&

35、#183;·················································&

36、#183;···········26附錄1：元器件清單····································&#

37、183;······················27 14第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計一、主電路方案設(shè)計1.1 主電路方案論證方案一：單相半控橋式整流電路（含續(xù)流二極管）單相橋式半控整流電路雖然具有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少等優(yōu)點，而且不會導(dǎo)致失控顯現(xiàn)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，少了一個管壓降，有利于降低損耗，如圖1-1。圖 1-1含續(xù)流二極管方案二：單相半控橋式整流二

38、極管（不含續(xù)流二極管）不含續(xù)流二極管的電路具有自續(xù)流能力，但一旦出現(xiàn)異常，會導(dǎo)致：一只晶閘管與兩只二極管之間輪流導(dǎo)電，其輸出電壓失去控制，這種情況稱之為“失控”。失控時的的輸出電壓相當(dāng)于單相半波不可控整流時的電壓波形。在失控情況下工作的晶閘管由于連續(xù)導(dǎo)通很容易因過載而損壞。因為半導(dǎo)體本身具有續(xù)流作用，半控電路只能將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，而直流電能不能返回到交流電能中去，即能量只能單方向傳遞，如圖1-2。圖 1-2不含續(xù)流二極管經(jīng)過比較本設(shè)計選擇方案一含續(xù)流二極管的單相半控橋式整流電路能更好的達到設(shè)計要求。1.2 主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理單相橋式半控整流電路雖然具有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少

39、等優(yōu)點，但卻有整流電壓脈動大、輸出整流電流小的缺點。其使用的電路圖如下圖2-1所示。圖1-3 主體電路結(jié)構(gòu)原理圖在交流輸入電壓u2的正半周（a端為正）時，Th1和D1承受正向電壓。這時如對晶閘管Th1引入觸發(fā)信號，則Th1和D1導(dǎo)通電流的通路為u2+Th1RD1u2-。這時Th2和D1都因承受反向電壓而截至。同樣，在電壓u2的負半周時，Th2和D2承受正向電壓。這時，如對晶閘管Th2引入觸發(fā)信號，則Th2和D2導(dǎo)通，電流的通路為：u2-Th2RD2u2+。這時Th1和D1處于截至狀態(tài)。顯然，與單相半波整流相比較，橋式整流電路的輸出電壓的平均值要大一倍，即輸出電壓的平均值：輸出電流的平均值：1.

40、3 參數(shù)計算輸出電壓平均值：輸出電流平均值：流過晶閘管電流有效值：交流側(cè)相電流的有效值：續(xù)流管電流有效值：1.4 主電路器件選用：由已知條件可知U1=100V Po=500W 移相范圍0°180°假設(shè)R=1.25，=0°，可得：輸出電壓有效值：所以變壓器變比：變壓器選用變壓器容量S=500VA 變比N2取4：1晶閘管選用（考慮裕量）額定電壓：額定電流：流過晶閘管電流有效值：晶閘管平均電流(有裕量)：故選用額定電壓為100V，通態(tài)平均電流為20A的晶閘管。二、控制電路方案設(shè)計為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施

41、加有效的觸發(fā)脈沖。2.1 觸發(fā)控制電路方案對于觸發(fā)電路通常有如下要求： l 觸發(fā)電路輸出的脈沖必須具有足夠的功率；l 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的主電壓保持同步；l 觸發(fā)脈沖能滿足主電路移相范圍的要求；l 觸發(fā)脈沖要具有一定的寬度，前沿要陡。2.1.1 方案一: 單結(jié)晶體管自激振蕩電路：1. 電源接通：E通過Re對C充電，時間常數(shù)為ReC；2. Uc增大，達到 UP ，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，C通過R1放電；3. Uc減少，達到Uv，單結(jié)晶體管截止，R1 下降，接近于零；4. 重復(fù)充放電過程。Re的值不能太大或太小，滿足電路振蕩的Re的取值范圍：圖2-1 仿真電路圖2.1.2 方案二：圖2-2 控制電路原理

42、圖圖2-3 仿真電路圖主要元器件（1）LM339 LM339引腳圖 LM393引腳圖 主要功能：LM339內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。在任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓，另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響

43、輸出端高電位的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。由于本次實驗過程中LM339較為緊缺，所以我們改用LM393進行試驗，因為LM339與LM393的功能與性能較為接近，只是封裝稍有不同。（2）LM324主要功能：LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。“V+”、“V-”為正、負電源端，每一個運算放大器有3個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，還有一個為輸出端。兩個信號輸入端中，“-” 為反相輸入端，表示運放輸出端的信號與該輸入端的位相反；“+”為同相輸入端，表示運放輸出端的信號與該輸入端的相位相同。（3）LM555主要功能：LM555 時基電路內(nèi)部由分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等組成，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。其中 6 腳為閥值端（TH），是上比較器的輸入；2 腳為觸發(fā)端（TR），是下比較器的輸入；3 腳為輸出端（OUT），有 0 和 1 兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳為放電端（