單相整流電路的分析與設(shè)計.doc

單相整流電路的分析與設(shè)計孔可新（大慶師范大學(xué) 物理與電氣信息工程系）摘 要：簡要的介紹單相整流電路的概念和整流電路的分類；對單相半波可控整流電路的帶電阻負載工作、帶阻感負載工作以及帶阻感負載有續(xù)流二極管工作做的詳細的介紹；重點闡述了單相橋式全控整流電路的工作原理和分析計算。關(guān)鍵詞：單相整流電路；單相半波可控整流電路；單相橋式全控整流電路作者簡介：孔可新（1990-），女，黑龍江省七臺河人，黑龍江省大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程系大三學(xué)生，從事自動化方向的研究。聯(lián)系方式（電話）：158461678800引言介紹單相整流電路的概念和整流電路的分類；對單相半波可控整流電路的帶電阻負載工作、帶阻感負載工作以及帶阻感負載有續(xù)流二極管工作做的詳細的介紹；重點闡述了單相橋式全控整流電路的工作原理和分析計算。1單相整流電路的介紹單相整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。 1.1整流電路的分類按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。2單相整流電路的工作原理 利用利用橋式電路和電力半導(dǎo)體器件晶閘管的開斷來實現(xiàn)電流的整流。3單相整流電路的分析3.1單相半波可控整流電路3.1.1帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時值分別用u1和u2表示，有效值分別用U1和U2表示，其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。電阻負載的特點是電壓與電流成正比，兩者波形相同。 wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidtp2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-1 單相半波可控整流電路及波形在分析整流電路工作時，認為晶閘管（開關(guān)器件）為理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開通、關(guān)斷過程，一般認為晶閘管的開通與關(guān)斷過程瞬時完成。改變觸發(fā)時刻，ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管,且交流輸入為單相，故該電路稱為單相半波可控整流電路。整流電壓ud波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路?；緮?shù)量關(guān)系：a：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角，也稱觸發(fā)角或控制角。 q：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。直流輸出電壓平均值（1）隨著a增大，Ud減小，該電路中VT的a移相范圍為180。通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。 其它基本數(shù)量關(guān)系：(1)輸出電流平均值Id：:(2)輸出電壓有效值U:(3)輸出電流有效值I ：(4) 功率因數(shù)cos整流器功率因數(shù)是變壓器二次側(cè)有功功率與視在功率的比值：式中 P變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I 2R S變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I2 (5) 晶閘管承受的最大正反向電壓Um 晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。3.1.2帶阻感負載的工作情況阻感負載的特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變電路分析晶閘管VT處于關(guān)斷態(tài), id=0 , ud=0 , uVT=u2。圖3-2 帶阻感負載的單相半波可控整流電路及其波形在wt1時刻，即觸發(fā)角a處 ，ud=u2。L的存在使id不能突變，id從0開始增加，u2由正變負的過零點處，id已經(jīng)處于減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。 在wt2時刻,電感能量釋放完畢,id降至零,VT關(guān)斷并立即承受反壓。由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時刻，使ud波形出現(xiàn)負的部分，與帶電阻負載時相比其平均值Ud下降。 電力電子電路的一種基本分析方法 把器件理想化，將電路簡化為分段線性電路。器件的每種狀態(tài)組合對應(yīng)一種線性電路拓撲，器件通斷狀態(tài)變化時，電路拓撲發(fā)生改變。 以前述單相半波電路為例。 當VT處于斷態(tài)時，相當于電路在VT處斷開，id=0。當VT處于通時，相當于VT短路。兩種情況的等效電路如圖3-3所示。圖3-3 單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a) VT處于關(guān)斷狀態(tài)b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài)VT處于通態(tài)時，如下方程成立：(2)在VT導(dǎo)通時刻，有wt=a，id=0，這是式（3-2）的初始條件。求解式（3-2）并將初始條件代入可得(3)式中 ， 由此式可得出圖3-2e所示的id波形。當wt=q+a時，id=0，代入式（3-3）并整理得 ：(4)若j為定值，即L一定，其儲能一定，則a角大，q越小。 若a為定值，j越大，即L越大，其儲能越多，q越大 ，負半周越大，則平均值Ud越接近零。為解決上述矛盾，在整流電路的負載兩端并聯(lián)一個二極管，稱為續(xù)流二極管，用VDR表示。圖3-4 單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形3.1.3有續(xù)流二極管的電路 u2正半周時，與沒有續(xù)流二極管時的情況是一樣的。 當u2過零變負時，VDR導(dǎo)通，ud為零，此時為負的u2通過VDR，向VT施加反壓使其關(guān)斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。 若L足夠大，id連續(xù)，且id波形接近一條水平線 。基本數(shù)量關(guān)系L足夠大，電流為值為Id的水平線。 流過晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT分別為：(5)(6)續(xù)流二極管的電流平均值IdDR和有效值IDR分別為 ：(7)(8) 其移相范圍為180，其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值即 。續(xù)流二極管承受的電壓為-ud，其最大反向電壓為 ，亦為u2的峰值。單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。 4單相整流電路的設(shè)計4.1單相整流電路的原理單相半波整流電路原理圖和仿真電路如下圖所示： （a） (b)4.2參數(shù)設(shè)置電源參數(shù)設(shè)置：電源電壓為100V；頻率為50Hz；晶閘管參數(shù)設(shè)置：晶閘管元件內(nèi)電阻2；晶閘管元件內(nèi)電感0.001H；晶閘管元件的正向管壓降0.8V；電阻參數(shù)設(shè)置：電阻阻值為10；脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置：振幅設(shè)置為5V；周期與電源電壓設(shè)置的一致為0.02S即為50Hz；脈沖寬度為2；初相角為0、45；4.3畫出仿真波形圖=0 =45 5總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，我學(xué)會了很多，更進一步的了解了整流電路的分類以及半波整流電路的實驗原理和分析計算。除此，我還學(xué)會了MATLAB軟件的使用，并用MATLAB做了半波整流=0和=45的實驗。此次課程設(shè)計會讓我們在以后的學(xué)習(xí)過程中更加認真，細