单相半波整流电路的设计

I单相半波整流电路的设计摘要本文主要进行了单相半波整流电路的设计。单相半波整流电流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次电流中含有直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。晶闸管不同于整流二极管，它的导通是可控的。可控整流电路的作用就是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。在充分理解单相半波整流电路工作原理的基础上，本文设计出了单相半波整流电路带电阻负载、电感负载、阻感负载时的电路原理图，并对其中的相关参数进行了计算，仿真波形对比发现结果正确。关键词：晶闸管，整流，触发目录摘要....................................................................1课题背景...............................................................11.1选题背景..........................................................11.2参数选择..........................................................12单相半波整流电路的设计.................................................22.1单相半波整流电路（电阻负载）......................................22.1.1工作原理和电路特点（电阻负载）..............................22.1.2电路原理图（电阻负载）......................................22.1.3参数计算（电阻负载）........................................22.1.4仿真波形（电阻负载）........................................32.1.5结论（电阻负载）............................................62.2单相半波整流电路（电感负载）......................................72.2.1工作原理（电感负载）........................................72.2.3仿真波形（电感负载）........................................82.3单相半波整流电路（阻感负载）.....................................102.3.1工作原理（阻感负载）.......................................102.3.2电路原理图（阻感负载）.....................................102.3.3参数计算（阻感负载）.......................................112.3.4仿真波形（阻感负载）.......................................11致谢...................................................................16参考文献.............................................................17单相半波整流电路的设计11课题背景1.1选题意义电力电子技术是以电力、电能为研究对象的电子技术，又称电力电子学（PowerElectronics）。它主要研究各种电力电子半导体器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或设置，以完成对电能的变换和控制。电力电子学是横跨“电子”“电力”“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多的相似之处。单相半波整流电路是一种相对重要的整流电路，把交流电能转换成直流电能的一种整流电路。它可以应用到很多的地方，在许多的元器件中都有用到，范围广泛。在充分理解单相半波整流电路工作原理的基础上，设计出单相半波整流电路带电阻负载、电感负载、阻感负载时的电路原理图，使用PSIM软件对所设计的电路带不同负载的情况下晶闸管取三个不同的触发角（要求α＞900，=900和＜900各取一个角度）进行仿真，分别获得Ud、Id、UVT、IVT、I2波形，并对所给出的角度计算上述数值。1.2参数选择脉冲参数：导通角α=60º，90º，120º电源：VU2202,电阻：100R,电感:HLm100频率:Hz50f电力电子技术课程设计22单相半波整流电路的设计2.1单相半波整流电路（电阻负载）2.1.1工作原理和电路特点（电阻负载）工作原理：在变压器二次绕组两端串接一个电阻和一个晶闸管。在晶闸管VT处于断态时，电路中无电流负载电阻两端电压为零。2u全部施加于VT两端。如在2u正半周VT承受阳极电压期间的1wt时刻给VT门极加触发脉冲，则VT开通。忽略晶闸管通态电压，则直流输出电压瞬时值du与2u相等。至wt=π即2u降为零时，电路中电流亦降至零，VT关断，之后du、iu均为零。电路特点：接线简单，使用的整流元件少，但输出的电压低、脉动大、效率也低。2.1.2电路原理图（电阻负载）图2-1单相半波整流电路原理图（电阻负载）2.1.3参数计算（电阻负载）触发角α：α移相范围为0º~180º导通角θ：θ=180º-α输出电压平均值1222d2cos145.0)1(22)(sin221UCOSUwtwtdUU（2-1）输出电流平均值单相半波整流电路的设计31dRUId（2-2）负载电流平均值12242sin2RUI（2-3）晶闸管电流有效值1242sin2RUIVT（2-4）2.1.4仿真波形（电阻负载）以下波形依次为2U、dU、VTU、2I、dI、VTI的波形（a）导通角α=60º时，由下式2cos145.0)1(22)(sin221222dUCOSUwtwtdUU得VosUo25.74260c122045.0d得RUIddARUId7425.010025.74dARUI39.1432sin2322AIRUIVT39.142sin222电力电子技术课程设计4图2-2α=60º时单相半波整流电路波形（电阻负载）（b）导通角α=90º时，由下式2cos145.0)1(22)(sin221222dUCOSUwtwtdUU得VosUo5.49290c122045.0d由RUIdd单相半波整流电路的设计5得ARUId495.01005.49dARUI1.14sin2222AIRUIVT1.14sin2222图2-3α=90º时单相半波整流电路波形（电阻负载）(c)导通角α=120º时，由下式2cos145.0)1(22)(sin221222dUCOSUwtwtdUU得VosUo45.272120c122045.0d电力电子技术课程设计6由RUIdd得ARUId2745.010045.27dARUI69.0434sin23222AIRUIVT69.0434sin23222图2-4α=120º时单相半波整流电路波形（电阻负载）2.1.5结论（电阻负载）(a)在电源电压正半波（0~区间），晶闸管承受正向电压，在wt处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流dI，负载上有输出电压和电流。（b）在wt时刻，02U，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关单相半波整流电路的设计7断，负载电流为0。(c)在电源电压负半波（~2区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为0。直到电压电源2U的下个周期的正半波，脉冲在2wt处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。2.2单相半波整流电路（电感负载）2.2.1工作原理（电感负载）当负载为点电感性负载时，此时因为负载电感的感生电动势作用，晶闸管前电压为负值的时候,电流不一定为零，有可能继续为正电流导通。此时负载电压比晶闸管前电压更负（差值等于整流管正向压降）。此时，因为电压为负，所以电流在下降过程中,等电流减到零的瞬间，晶闸管才截止。2.2.2电路原理图（电感负载）图2-5单相半波整流电路原理图（电感负载）电力电子技术课程设计82.2.3仿真波形（电感负载）以下波形依次为2U、dU、VTU、2I、dI、VTI的波形(1)导通角α=60º时，图2-6α=60º时单相半波整流电路波形（电感负载）(2)导通角α=90º时，单相半波整流电路的设计9图2-7α=90º时单相半波整流电路波形（电感负载）(3)导通角α=120º时，图2-8α=120º时单相半波整流电路波形（电感负载）电力电子技术课程设计102.3单相半波整流电路（阻感负载）2.3.1工作原理（阻感负载）（a）在0wt~α期间：晶闸管阳-阴极间的电压AKU大于零，此时没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。（b）在wt时刻，门极加触发信号，晶闸管触发导通，电源电压2U加到负载上，输出电压2UUd。由于电感的存在，负载电流dI只能从零按指数规律逐渐上升。（c）在1wtwt~2wt期间：输出电流dI从零增至最大值。在dI的增长过程中，电感产生的感应电势力图限制电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，一部分为电感的储能。（d）在2wtwt~3wt期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。（e）在wt时，交流电压2U过零，由于感应电压的存在，晶闸管阳极、阴极间的电压AKU仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，另一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在2U反压作用下而截止。直到下一个周期的正半周，即2wt时，晶闸管再次被触发导通，如此循环不已。2.3.2电路原理图（阻感负载）图2-9单相半波整流电路原理图（阻感负载）单相半波整流电路的设计112.3.3参数计算（阻感负载）12sin2dwtURidtiLdd(2-5)初始条件：wt，0id求解可得：12)(2)sin(2)sin(2iwtZUeZUwLwtRd(2-6)其中22)wL(RZ，RwLctanar当wt时，0id，代入上式整理得1tan)sin(e-sin）（(2-7)当、均已知时，可由上式求出。电压平均值为122d)cos(cos255.0)(sin221UwtwtdUU(2-8)电流平均值为1dRUId(2-9)1d2dVTII(2-10)1d2d2)(21IwtdIIVT(2-11)1d22d2)(21IwtdIIRVD(2-12)2.3.4仿真波形（阻感负载）以下波形依次为2U、dU、VTU、2I、dI、VTI的波形（a）导通角α=60º时，orcRwLc4.171001.0502tanat