电阻性负载单相桥式全控整流电路.docx

摘要
本次课程设计主要是对电阻性负载单相桥式全控整流电路的设计与仿真。首先对单相全控桥式整流电路的整体设计,包括主电路,辅助电路,保护电路。主电路中包括电路参数的计算,器件的选型;辅助电路中包括驱动电路、触发电路的设计;保护电路包括过电压保护,过电流保护,电压上升率抑制,电流上升率抑制。之后就对整体电路进行MATLAB仿真,最后对仿真结果进行分析与总结。
关键字:电阻性;单相桥式;全控整流;MATLAB仿真
引言
整流电路是电力电子电路中出现最早的一种,它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备,整流电路的应用十分广泛。在整流电路的设计过程中,需要对设计电路及有关参数选择是否合理、效果好坏进行验证。如果通过实验来验证,需要经过反复多次的元件安装、调试、重新设计等步骤,这样使得设计耗资大,效率低,周期长。现代计算机仿真技术为电力电子电路的设计和分析提供了崭新的方法,可以使复杂的电力电子电路、系统的分析和设计变得更加容易和有效。MATLAB是一种计算机仿真软件,它是以矩阵为基础的交互式程序计算语言。Simulink是基于框图的仿真平台,它挂接在MATLAB环境上,以MATLAB的强大计算功能为基础,用直观的模块框图进行仿真和计算。其中的电力系统(Power System)工具箱是专用于RLC电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电力系统仿真用的模型库。它具有丰富的器件模型和齐全的分析功能,且操作方便。随着对仿真和程序设计通用性及可视化需求的日益增加,MATLAB的图形用户界面(GUI)应用也越来越广泛,功能越来越强大。
1. 设计目的及任务

利用电力电子技术中所学的知识对电阻性负载单相桥式全控整流电路进行了整体设计,并利用MATLAB软件中的Simulink进行了电气仿真,对所设计电路进行检验验证。

完成电阻性负载单相桥式全控整流电路电路仿真,并分别验证触发角α=60°时直流电压、直流电流交流电压、交流电流和晶闸管T1两端电压的波形。
1、电源电压:交流电压220v,频率50Hz
2、输出功率:500w
3、移相范围0°~180°
4、输出整流电压在0~150V连续可调
,仿真算法ode23tb,最大步长1e-5。
2. 设计原理

电阻性负载单相桥式全控整流电路如图表1所示。电路由四个晶闸管和负载电阻Rd组成。晶闸管V1和V4组成一对桥臂,V2和V3组成另一对桥臂。
图表 1电阻性负载定向桥式全控整流电路及波形
在正半波的(0-α)区间:
晶闸管VT1、VT4承受正压,但无触发脉冲。四个晶闸管都不通。假设四个晶闸管的漏电阻相等,则==1/。
在正半波的时刻:
触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿a→VT1→R→VT4→b→VT3的二次绕组→a流通,负载上有电压和电流输出,=0。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上,使其承受反压而处于关断状态,则=1/2。晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止,此时因电源电压过零,晶闸管阳极电流下降为零而关断。
在负半波的(π-π+α)区间:
晶闸管VT2、VT3承受正压,因无触发脉冲,VT2、VT3处于关断状态。此时,==1/2。
在负半波的时刻:
触发晶闸管VT2、VT3,元件导通,电流沿b→VT3→R→VT2→a→VT4的二次绕组→b流通,电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上,负载上有输出电压和电流,且波形相位相同。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上,使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到为止,此时电源电压再次过零,晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。
整流输出电压的平均值
Ud为最小值,α=180°;Ud为最大时,α=0°。所以电阻性负载单相桥式全控整流电路带电阻性负载时,α的移相范围是0°~180°。当α=0°时,晶闸管全导通,相当于不可控整流,此时输出电压为最大值Ud0,即Ud0=
在负载上,输出电流的平均值和有效值如下式
流过晶闸管的电流平均值只有输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:


:
1、额定电压UTn
通常取UDRM和URRM中较小的,再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在选用管子时,额定电压应为正常工作峰值电压的2~3倍,以保证电路的工作安全。
晶闸管的额定电压
UTn =(2~3)UTM
UTM :工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
2、额定电流IT(A