電力電子三相橋式半控整流電路

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-相位半波可控整流電路概括整流電路是一種可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流電路和濾波電路組成。他在直流電機(jī)調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域被廣泛引用。整流電路通常由主電路、整流電路和濾波電路組成。 1970年代以后主要由整流二極管和晶閘管組成。濾波器通常連接在主電路和負(fù)載之間，以濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流電。元器件，變壓器的設(shè)置視情況而定，變壓器的工作是實(shí)現(xiàn)交流輸入和直流輸出電壓的匹配，為交流電網(wǎng)和整流電路提供電氣隔離。整流電路的種類(lèi)很多，有斑駁整流電路、單相橋式整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路。關(guān)鍵詞：整流器、變壓器、

2、觸發(fā)器、濾波電路目錄摘要 1 _ _設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 4第2章MATLAB/SIMULINK介紹和6第 3 章 晶閘管和二極管 8第四章三相橋式半控整流電路設(shè)計(jì) 14第5章三相橋式半控整流電路仿真 23總結(jié)28第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及技術(shù)要求計(jì)算機(jī)仿真具有高效、高精度、高可靠性和低成本的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電力電子電路（或系統(tǒng)）的分析和設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)仿真不僅可以代替系統(tǒng)的許多繁瑣的人工分析，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高分析設(shè)計(jì)能力，避免近似加工中分析方法造成的較大誤差，而且與實(shí)物試制調(diào)試相得益彰。降低設(shè)計(jì)成本，縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期?？梢哉f(shuō)，電路的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)大大加快了電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。通過(guò)本次仿真

3、，學(xué)生可以初步了解電力電子計(jì)算機(jī)仿真的優(yōu)勢(shì)，掌握電力電子計(jì)算機(jī)仿真的基本方法。1、晶閘管三相全波可控整流電路，參數(shù)要求：電網(wǎng)頻率f=50Hz；電網(wǎng)額定電壓U1=380V；電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)10%；阻感負(fù)載電壓波動(dòng)在0-510V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。2.設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）制定設(shè)計(jì)方案；(2)主電路設(shè)計(jì)及主電路元件選型(3) 驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算(4)畫(huà)出電路原理圖(5) 整體電路原理圖及說(shuō)明三、設(shè)計(jì)的一般要求（1）熟悉matlab/simulink/powersystem中仿真模塊的用法和功能(2)根據(jù)設(shè)計(jì)電路建立仿真模型(3) 設(shè)置參數(shù)并模擬(4)給出了不同觸發(fā)角度下ud、id、i2、iVT

4、1對(duì)應(yīng)的波形。4、設(shè)計(jì)的一般要求（1）熟悉整流和觸發(fā)電路的基本原理，能夠運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析設(shè)計(jì)任務(wù)；（2）掌握基本電路的數(shù)據(jù)分析與處理，繪制波形并做出判斷；（3）能夠正確設(shè)計(jì)電路，繪制電路圖，分析電路原理；(4) 廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料；（5）按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，認(rèn)真、正確地撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告要求1、設(shè)計(jì)主題、目錄、設(shè)計(jì)基本原則，簡(jiǎn)要說(shuō)明設(shè)計(jì)內(nèi)容、目的和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的性能指標(biāo)；2、編寫(xiě)部分設(shè)計(jì)流程、工作原理、元器件選型；3.給出仿真結(jié)果；4. 附錄、設(shè)計(jì)參考、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)；5. 按要求完成模擬報(bào)告。第二章 MATLAB/SIMULINK介紹及應(yīng)用在變流器等電力電子電路的設(shè)計(jì)過(guò)

5、程中，需要驗(yàn)證初步方案（電路）和相關(guān)元器件參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理，效果如何。如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，則必須安裝設(shè)計(jì)的系統(tǒng)組件，然后進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。當(dāng)不能滿(mǎn)足要求時(shí)，必須更換組件，甚至重新設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試。往往需要多次才能得到滿(mǎn)意的結(jié)果。這會(huì)消耗大量的人力物力，使設(shè)計(jì)效率低、成本高、周期長(zhǎng)。MATLAB 是 Matrix Laboratory 的縮寫(xiě)。是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1658637.htm t _blank 數(shù)學(xué)軟件。它用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析和數(shù)值計(jì)算。先進(jìn)的技

6、術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互環(huán)境，主要包括MATLAB和MATLAB。 Simulink 有兩個(gè)部分。MATLAB是美國(guó)mathworks公司發(fā)布的高科技計(jì)算環(huán)境，主要面向科學(xué)計(jì)算、可視化和交互式編程。它在一個(gè)易于使用的窗口環(huán)境中集成了數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化、非線(xiàn)性 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/300474.htm t _blank 動(dòng)力系統(tǒng) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/44500.htm t _blank 建模和仿真等強(qiáng)大功能， HYPE

7、RLINK :/baike.baidu /view/2627393.htm t _blank 適用于科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)和必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的人員。許多科學(xué) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/257682.htm t _blank 領(lǐng)域提供了全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互編程語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB 、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/30608.htm t _blan

8、k Mathematica和 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/127864.htm t _blank Maple并稱(chēng)為三大 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1284.htm t _blank 數(shù)學(xué)軟件。在數(shù)學(xué)技術(shù)應(yīng)用中的 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/920695.htm t _blank 數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。 MATLAB 可以執(zhí)行 HYPERLINK %20%20%2

9、0%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/10337.htm t _blank 矩陣運(yùn)算、繪制 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/15061.htm t _blank 函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/7420.htm t _blank 算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接程序連接其他編程語(yǔ)言等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通信、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20

10、%20%20%20/view/14662.htm t _blank 圖像處理、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1345304.htm t _blank 信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單元是矩陣，其指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)和工程中常用的非常相似。因此，使用 MATLAB 解決問(wèn)題比使用 C、FORTRAN 等語(yǔ)言完成同樣的事情要簡(jiǎn)單得多，而且 MATLAB 還吸收了 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使 MATLAB 成為功能強(qiáng)大的 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20

11、%20%20%20/view/1658637.htm t _blank 數(shù)學(xué)軟件。在新版本中還增加了對(duì) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/10075.htm t _blank C 、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/36402.htm t _blank FORTRAN 、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/824.htm t _blank C+ 、 JAVA 的支持 HYPERL

12、INK :/baike.baidu /view/29.htm t _blank ?？梢灾苯诱{(diào)用，也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)隡ATLAB函數(shù)庫(kù)，方便后續(xù)調(diào)用。另外，很多MATLAB愛(ài)好者編寫(xiě)了一些經(jīng)典程序，用戶(hù)可以直接下載使用。MATLAB 系列產(chǎn)品可用于執(zhí)行各種任務(wù)：數(shù)值分析數(shù)值和符號(hào)計(jì)算工程與科學(xué)制圖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/286846.htm t _blank 數(shù)字圖像處理技術(shù) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/

13、162096.htm t _blank 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬測(cè)試可以大大節(jié)省開(kāi)支，提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。但是，它是通過(guò)用其他高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言或模擬語(yǔ)言）編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于功率變換電路來(lái)說(shuō)，由于大功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)電流換向的動(dòng)態(tài)過(guò)程復(fù)雜，過(guò)渡過(guò)程是一一對(duì)應(yīng)的。未完，新的已經(jīng)開(kāi)始分析輸出電壓和電流（帶感性負(fù)載）的波形，特別是大功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)峰值電壓的大小和形狀，也就是電阻的保護(hù)作用-電容保護(hù)電路。建立等效電路的數(shù)學(xué)模型。而這樣的數(shù)學(xué)模型是非常復(fù)雜的。即使建立起來(lái)，也需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行編程和調(diào)試，才能用計(jì)算機(jī)編程得到真實(shí)的仿真

14、結(jié)果。但是，使用MATLAB/SIMULINK可視化圖形仿真環(huán)境對(duì)電力電子電路進(jìn)行建模仿真可以使其直觀(guān)、簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、效率高、真實(shí)準(zhǔn)確1第三章晶閘管和二極管介紹晶閘管晶閘管（Thyristor）是晶閘管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)晶閘管整流器。其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，具有陽(yáng)極、陰極和柵極三個(gè)極；廣泛應(yīng)用于可控整流、交流穩(wěn)壓、非接觸式電子開(kāi)關(guān)、逆變器、變頻等電子電路中。晶閘管T在工作過(guò)程中，其陽(yáng)極（A）和陰極（K）分別與電源和負(fù)載相連，構(gòu)成晶閘管的主電路。 .Simulink 中的晶閘管符號(hào)：圖 3-1晶閘管工作條件：1、當(dāng)晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，無(wú)論柵極承受什么電壓，晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài)

15、。2、當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，晶閘管只有在柵極承受正向電壓時(shí)才會(huì)導(dǎo)通。此時(shí)晶閘管處于正向?qū)顟B(tài)，這是晶閘管的晶閘管特性，即可控特性。3、晶閘管導(dǎo)通時(shí)，只要有一定的正向陽(yáng)極電壓，無(wú)論柵極電壓為多少，晶閘管都保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，柵極沒(méi)有作用。門(mén)僅用作觸發(fā)器4、晶閘管導(dǎo)通時(shí)，當(dāng)主電路電壓（或電流）下降到接近零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。按關(guān)斷、導(dǎo)通和控制方式分類(lèi)晶閘管按其截止、導(dǎo)通和控制方式可分為普通晶閘管、雙向晶閘管、反向?qū)ňчl管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管和光控晶閘管。按引腳和極性排序晶閘管按極性可分為二極管晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。按包裝分類(lèi)晶閘管按封裝形式可

16、分為金屬封裝晶閘管和塑封晶閘管三種。其中，金屬封裝晶閘管又分為螺栓型、扁型、圓殼型等；塑封晶閘管分為帶散熱片和不帶散熱片兩種。按當(dāng)前容量分類(lèi)容量可分為 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/44147.htm t _blank 大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/334600.htm t _blank 通常，大功率晶閘管多采用金屬外殼封裝，而中小功率晶閘管多采用塑料或陶瓷封裝。按關(guān)斷速度分類(lèi)晶閘管按關(guān)斷速度可分為普通晶閘管和高頻（快速）晶閘管。 （注：高頻

17、不能等同于快速晶閘管）普通晶閘管最基本的用途是可控 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/299310.htm t _blank 整流。眾所周知的二極管 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/135927.htm t _blank 整流電路屬于不可控整流電路。若用晶閘管代替二極管，可組成可控整流電路、逆變器、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1930.htm t _blank 電機(jī)調(diào)速、

18、電機(jī)勵(lì)磁、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和自動(dòng)控制?，F(xiàn)在畫(huà)一個(gè)最簡(jiǎn)單的單相半波可控整流電路。在正弦交流電壓U2 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/56394.htm t _blank 的正半周期間 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/107414.htm t _blank ，如果沒(méi)有觸發(fā) HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/120466.htm t _blank 脈沖Ug輸入到VS的控制極，VS仍然不能導(dǎo)

19、通。只有當(dāng)U2處于正半周，觸發(fā)脈沖Ug加在控制電極上時(shí)，晶閘管才被觸發(fā)導(dǎo)通?，F(xiàn)在，畫(huà)出它的波形圖4(c)和(d)，我們可以看到，只有當(dāng)觸發(fā)脈沖Ug到達(dá)時(shí)，負(fù)載RL才有電壓UL輸出（波形上的陰影部分）。 Ug 越早到達(dá)，晶閘管越早導(dǎo)通； Ug 到達(dá)越晚，晶閘管越晚開(kāi)啟。通過(guò)改變觸發(fā)脈沖Ug到達(dá)控制電極的時(shí)間，可以調(diào)整負(fù)載上輸出電壓的平均值UL （陰影區(qū)域大?。?。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3096097.htm t _blank 在電氣技術(shù)中，常將交流電的半周設(shè)置為180，稱(chēng)為電角。這樣，在U2的每個(gè)正半周內(nèi)，從零值到觸發(fā)脈沖到達(dá)時(shí)刻所經(jīng)歷的電角度稱(chēng)為控制角；晶

20、閘管在每個(gè)正半周內(nèi)導(dǎo)通的電角稱(chēng)為導(dǎo)通角。顯然，和都用來(lái)表示晶閘管在正向電壓半周期間的導(dǎo)通或阻斷范圍?？煽卣魇峭ㄟ^(guò)改變控制角或?qū)ń?，改?HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2070482.htm t _blank 負(fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二極管Simulink 中的二極管符號(hào)：圖 3-2二極管，又稱(chēng)晶振二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)二極管。此外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。半導(dǎo)體二極管部分有一個(gè)PN結(jié)和兩個(gè)引線(xiàn)端子。該電子設(shè)備根據(jù)施加電壓的方向具有單向電流傳導(dǎo)。一般來(lái)說(shuō)，晶體二極管是由p型

21、半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)而成的pn結(jié)界面。界面兩側(cè)形成空間電荷層，形成自建電場(chǎng)。當(dāng)外加電壓為零時(shí)，由于pn結(jié)兩側(cè)載流子濃度不同，自建電場(chǎng)引起的擴(kuò)散電流和漂移電流相等，處于電平衡狀態(tài)，即也是正常條件下的二極管特性。當(dāng)施加正向電壓時(shí)，在正向特性的初始部分，正向電壓小到足以克服PN結(jié)電場(chǎng)的阻塞效應(yīng)，正向電流幾乎為零。此部分稱(chēng)為死區(qū)。這種不使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱(chēng)為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，PN結(jié)的電場(chǎng)被克服，二極管導(dǎo)通，電流隨著電壓的升高而迅速增加。在正常使用的電流范圍內(nèi)，二極管導(dǎo)通時(shí)的端電壓幾乎保持不變，這個(gè)電壓稱(chēng)為二極管的正向電壓。逆轉(zhuǎn)當(dāng)外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)，流過(guò)二極管的電流就是

22、少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向電流。由于反向電流小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這種反向電流也稱(chēng)為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。分解當(dāng)外加反向電壓超過(guò)一定值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，稱(chēng)為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱(chēng)為二極管反向擊穿電壓。二極管在電擊穿期間失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒(méi)有因?yàn)殡姄舸┒^(guò)熱，單向?qū)щ娦圆灰欢〞?huì)被永久破壞，去除外加電壓后可以恢復(fù)其性能，否則會(huì)損壞二極管。因此，在使用過(guò)程中應(yīng)避免二極管施加的反向電壓。二極管是具有單向傳導(dǎo)的兩端器件。它分為電子二極管和晶體二極管。電子二極管現(xiàn)在已經(jīng)很少見(jiàn)到了，晶體二極管是比較常見(jiàn)和常用的。二極管的單向?qū)ㄌ匦詭缀跤糜谒须?/p>

23、子電路。半導(dǎo)體二極管在許多電路中發(fā)揮著重要作用。它是最早的半導(dǎo)體器件之一，具有廣泛的應(yīng)用。二極管的管壓降：硅二極管（非發(fā)光型）正向管壓降為0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降隨發(fā)光顏色的不同而變化。主要有3種顏色，具體電壓降參考值如下：紅色LED電壓降2.0-2.2V，黃色LED電壓降1.8-2.0V，綠色LED電壓降為3.0-3.2V，正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。二極管的電壓和電流不是線(xiàn)性的，所以在并聯(lián)不同的二極管時(shí)，要接一個(gè)合適的電阻。二極管特性曲線(xiàn)與 PN 結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?。硅二極管的典型伏安特性曲線(xiàn)（圖）。向二極管施加正向電壓。電壓值小時(shí)，電流極小

24、；當(dāng)電壓超過(guò)0.6V時(shí)，電流開(kāi)始呈指數(shù)增長(zhǎng)，通常稱(chēng)為二極管的開(kāi)通電壓；當(dāng)電壓達(dá)到0.7V左右時(shí)，二極管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，這個(gè)電壓通常稱(chēng)為二極管的導(dǎo)通電壓，用符號(hào)UD表示。對(duì)于鍺二極管，開(kāi)通電壓為0.2V，開(kāi)通電壓UD約為0.3V。反向電壓施加到二極管。電壓值小時(shí)，電流極小，電流值為反向飽和電流IS。當(dāng)反向電壓超過(guò)一定值時(shí)，電流開(kāi)始急劇增加，稱(chēng)為反向擊穿。這個(gè)電壓稱(chēng)為二極管的反向擊穿電壓，用符號(hào) UBR 表示。不同類(lèi)型二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏不等。二極管反向擊穿齊納擊穿根據(jù)機(jī)理，反向擊穿可分為齊納擊穿和雪崩擊穿。在高摻雜濃度的情況下，由于勢(shì)壘區(qū)寬度小，反向電壓大，勢(shì)壘區(qū)的

25、共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)被破壞，價(jià)電子從共價(jià)鍵中釋放出來(lái)，電子-空穴對(duì)生成。導(dǎo)致電流急劇增加，這種擊穿稱(chēng)為齊納擊穿。如果摻雜濃度低，勢(shì)壘區(qū)寬度寬，不易發(fā)生齊納擊穿。雪崩擊穿另一種擊穿類(lèi)型是雪崩擊穿。當(dāng)反向電壓增大到較大值時(shí)，外加電場(chǎng)加速電子漂移速度，使其與共價(jià)鍵中的價(jià)電子發(fā)生碰撞，將價(jià)電子從共價(jià)鍵中敲出，生成新的電子-空穴對(duì).新產(chǎn)生的電子空穴在電場(chǎng)的作用下被加速，然后撞出其他價(jià)電子，載流子以雪崩方式增加，導(dǎo)致電流急劇增加。這種擊穿稱(chēng)為雪崩擊穿。不管擊穿，如果不對(duì)其電流進(jìn)行限制，可能會(huì)對(duì)PN結(jié)造成永久性損壞。二極管如何工作晶體二極管是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的pn結(jié)，在界面兩側(cè)形成空間電荷層，建立自建電場(chǎng)

26、。無(wú)外加電壓時(shí)，pn結(jié)兩側(cè)載流子濃度不同引起的擴(kuò)散電流與自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等，處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界存在正向偏壓時(shí)，外電場(chǎng)與自建電場(chǎng)的相互抑制，使載流子的擴(kuò)散電流增大，引起正向電流。當(dāng)外界有反向偏壓時(shí)，外電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，在一定的反向電壓范圍內(nèi)形成與反向偏壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加反向電壓達(dá)到一定水平時(shí)，pn結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值，導(dǎo)致載流子的倍增過(guò)程，大量的電子-空穴對(duì)，大量的反向擊穿當(dāng)前的。 ，稱(chēng)為二極管的擊穿現(xiàn)象。 pn結(jié)的反向擊穿可分為齊納擊穿和 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/

27、1155945.htm t _blank 雪崩擊穿。二極管類(lèi)型二極管的種類(lèi)很多。按使用的半導(dǎo)體材料可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。按用途不同可分為檢測(cè)二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管、硅功率開(kāi)關(guān)二極管、旋轉(zhuǎn)二極管等。管芯可分為點(diǎn)接觸二極管、面接觸二極管和平面二極管。點(diǎn)接觸二極管是用極細(xì)的金屬絲壓在光滑的半導(dǎo)體晶片表面，施加脈沖電流，使接觸絲的一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成“PN結(jié)”。因?yàn)樗屈c(diǎn)接觸，只允許通過(guò)小電流（不超過(guò)幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如無(wú)線(xiàn)電探測(cè)等。表面的“PN結(jié)”區(qū)域接觸二極管大，允許大電流（幾安到幾十安）

28、，主要用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的“整流電路”。平面二極管是一種特殊的 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4748.htm t _blank 硅二極管，它不僅可以通過(guò)大電流第四章三相橋式半控整流電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則目前，在各種整流電路中，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式可控整流電路，又分為三相橋式半控整流電路和三相橋式全控整流電路。整流電路。電路方面，由于三相橋式半控整流電路比三相橋式全控整流電路的電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)，因此廣泛用于中等容量的器件或需要不可逆功率的功率拖動(dòng)。陰極法的三相半波可控整流電路與共陽(yáng)極接法的三相半波不可控整流電路

29、串聯(lián)，所以這種接法具有不可控、可控的特點(diǎn)，共陽(yáng)極組有三個(gè)整流二極管，始終在自然換相點(diǎn)換相，使電流切換到低于陰極電壓的一相，共陰極組的三個(gè)晶閘管可以切換到比陰極電壓高的一個(gè)。重新觸發(fā)后的陽(yáng)極電位。輸出整流電壓波形為三組整流電壓波形之和。通過(guò)改變共陰極組晶閘管的控制角，可以得到02.34U2的直流電壓（U2為變壓器二次側(cè)的電壓）。 VT1、VT3、VT5為觸發(fā)相位差為120度的晶閘管，VD4、VD6、VD2為整流二極管。這6只管組成的三相橋式半控整流電路的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6整流電路是電力電子技術(shù)中最重要、應(yīng)用最廣泛的電路，不僅在一般工業(yè)領(lǐng)域，而且在交通、電力系

30、統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等領(lǐng)域。對(duì)三相橋式半控整流電路相關(guān)參數(shù)和不同負(fù)載工作條件的對(duì)比分析研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，不僅是電力電子電路理論研究的重要內(nèi)容。在三相橋式整流電路中，在任何瞬間，只要控制晶閘管的導(dǎo)通，另一個(gè)串聯(lián)的器件就是不可控的二極管，所以稱(chēng)為半控整流電路。一個(gè)介紹三相橋式半控整流電路由共陰接法的三相半波可控整流電路和共陽(yáng)接法的三相半波不可控整流電路組成。因此，該電路具有可控整流器和不可控整流器?？刂铺匦?。共陽(yáng)極組的三個(gè)整流二極管始終在自然換相點(diǎn)換相，使電流切換到比陰極電位低的相位；而共陰極組中的三個(gè)晶閘管在觸發(fā)后只能切換到陽(yáng)極電位較高的一個(gè)。傳輸電流在整個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中保持一個(gè)恒定值，

31、因此無(wú)論控制角a如何，負(fù)載電流總是單向流動(dòng)，變化很小。在一個(gè)周期內(nèi)，器件工作如下：在wt1wt2期間，a相電壓最高，VD1導(dǎo)通；在wt2wt3期間，b相電壓最高，VD2導(dǎo)通，在wt3wt t4期間，c相電壓最高。最高，VD3 開(kāi)啟。之后，在下一個(gè)周期wt1的位置與wt4相等的時(shí)刻，再次開(kāi)啟VD1，如此重復(fù)上一個(gè)周期的操作。因此，VD1、VD2、VD3 在一周內(nèi)依次開(kāi)啟。每個(gè)管子傳導(dǎo) 120。在相電壓wt1、wt2和wt3的交點(diǎn)處，發(fā)生二極管換相，即電流從一個(gè)二極管轉(zhuǎn)移到另一個(gè)，這些交點(diǎn)稱(chēng)為自然換相點(diǎn)。對(duì)于三相半波可控整流電路，自然換相點(diǎn)是各相晶閘管能夠觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角

32、的起點(diǎn)，即=0 。要改變觸發(fā)角只能在此基礎(chǔ)上增加，即沿時(shí)間軸向右移動(dòng)。如果在自然換相點(diǎn)觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通，則電路的工作狀態(tài)與上面分析的二極管整流的工作狀態(tài)相同。當(dāng)=0 時(shí)，變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形如圖所示。其他兩相電流波形形狀相同，相位依次滯后120?？梢钥闯觯儔浩鞔渭?jí)繞組電流具有直流分量。增大值，使脈沖后移，整流電路的工作狀態(tài)隨之改變。對(duì)于=30 的波形，從輸出電壓和電流的波形可以看出，負(fù)載電流處于通斷的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)通120。若30 ，例如=60 時(shí)，整流電壓波形如圖所示。當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過(guò)零并變?yōu)樨?fù)時(shí)，該相的晶閘管關(guān)斷。此時(shí)，雖然下一相晶閘管受到正電壓，但其

33、觸發(fā)脈沖尚未到來(lái)，不會(huì)導(dǎo)通，因此輸出電壓和電流均為零，直到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)。在這種情況下，負(fù)載電流是間歇性的，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角為90 且小于120 。如果角繼續(xù)增大，整流電壓會(huì)越來(lái)越小。當(dāng)=150時(shí)，整流輸出電壓為零。加載固體電阻時(shí)，角的相移為150。2個(gè)阻性和感性負(fù)載如果負(fù)載為阻性和感性負(fù)載且L值較大，則整流電路Id的波形基本平坦，流過(guò)晶閘管的電流接近矩形波。當(dāng)30時(shí)，整流電壓波形與阻性負(fù)載相同，因?yàn)樨?fù)載電流在兩種負(fù)載條件下都是連續(xù)的。當(dāng)30時(shí)，例如=60時(shí)，波形如圖所示。當(dāng)U2過(guò)零時(shí)，由于電感的存在，阻止了電流下降，所以VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來(lái)。發(fā)生換相，VT2

34、導(dǎo)通，為負(fù)載供電，而背壓作用于 VT1，將其關(guān)閉。在這種情況下，Ud 波形中存在負(fù)部分。如果增加，Ud波形中的負(fù)部分將增加到=90。整流電壓U d 為三組整流電壓波形之和。通過(guò)改變共陰極組晶閘管的控制角，可以獲得02.34U 2 （變壓器二次側(cè)電壓）的直流電壓。圖1中VT1、VT3、VT5為晶閘管，觸發(fā)脈沖之間相差120o ， VD2、VD4、VD6為整流二極管。這六個(gè)管子組成一個(gè)三相橋式半控整流電路。它們的開(kāi)啟順序?yàn)椋篤T1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6。假設(shè)負(fù)載電感L足夠大，可以認(rèn)為負(fù)載電流總是單向流動(dòng)，變化很小。一個(gè)周期內(nèi)管子參與導(dǎo)通和輸出整流電壓的情況如下圖所示：時(shí)期二六共陰

35、極組導(dǎo)通晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)極組導(dǎo)通晶閘管VD6VD2VD2VD4VD4VD6整流輸出電壓U d烏布_=uabu a-uc=uacUB -UC=英屬哥倫比亞大學(xué)烏布阿_=烏巴優(yōu)酷=烏卡優(yōu)酷=ucb對(duì)阻性負(fù)載的情況分析如下：當(dāng)晶閘管觸發(fā)角 =0 o時(shí)，共陰組接的三個(gè)晶閘管，接陽(yáng)極的交流電壓最高的一個(gè)導(dǎo)通；同理，對(duì)于與陰極相連的共陽(yáng)極組，交流電壓最低的那一組導(dǎo)通。這樣，在任何時(shí)候，共陽(yáng)極組和共陰極組各有一個(gè)管子始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，負(fù)載電壓為一定的線(xiàn)電壓。圖 1 中的每個(gè)管子都在自然換向點(diǎn)換向。從輸入電壓和負(fù)載線(xiàn)電壓的比較來(lái)看，自然換相點(diǎn)不僅是線(xiàn)電壓的交點(diǎn)，而且是各相電壓的交

36、點(diǎn)。從線(xiàn)電壓波形可以看出，由于共陰組中導(dǎo)通的晶閘管對(duì)應(yīng)最大相電壓，共陽(yáng)組對(duì)應(yīng)最小相電壓，所以輸出電壓U d對(duì)應(yīng)兩個(gè)相電壓。它是線(xiàn)電壓中最大的一個(gè)，所以輸出的直流電壓波形是線(xiàn)電壓在正半周的包絡(luò)線(xiàn)。只要共陰極組有晶閘管導(dǎo)通，共陽(yáng)極組就會(huì)有二極管續(xù)流。當(dāng)a 60 o時(shí)，ud波形是連續(xù)的。對(duì)于阻性負(fù)載， id 波形也像ud 波形一樣是連續(xù)的。當(dāng)a 60 o時(shí)， ud 波形的每一段都為零，但ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。三相橋式全控整流電路的角為120 。Simulink 中提供的晶閘管脈沖信號(hào)元件 Pulse，其圖形符號(hào)：圖 3-1這可以通過(guò)框圖來(lái)完成圖 4-2設(shè)置脈沖的峰值、占空比和脈沖時(shí)間，通過(guò)調(diào)整脈沖觸

37、發(fā)角度，可以調(diào)整負(fù)載電壓圖 4-3圖1 三相半控整流電路示意圖(2) 觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證主柵極可靠導(dǎo)通（柵極電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)電流）。良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性和與主電路的電氣隔離晶閘管可控整流電路通過(guò)控制觸發(fā)角a的大小，即觸發(fā)脈沖的初始相位來(lái)控制輸出電壓。為了保證相控電路的正常工作，根據(jù)觸發(fā)角a的大小，保證在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加一個(gè)有效的觸發(fā)脈沖是非常重要的。晶閘管相控電路習(xí)慣上稱(chēng)為觸發(fā)電路。大、中功率變換器廣泛應(yīng)用于晶體管觸發(fā)電路中，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最為廣泛?？煽啃愿摺⒓夹g(shù)性能好、體積小、功耗低、調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成逐漸普及，并逐漸取代分立

38、電路。這里是使用集成觸發(fā)來(lái)生成觸發(fā)脈沖。 KJ004的組成分為同步、鋸齒波形成、相移、脈沖形成、脈沖排序和脈沖放大。 KJ004觸發(fā)電路為模擬觸發(fā)電路，其組成如下：圖 14三個(gè)KJ004集成塊和一個(gè)KJ041集成塊可以組成六個(gè)雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，得到一個(gè)完整的三相全控橋式觸發(fā)電路，如下圖所示：圖 15用protel繪制的完整觸發(fā)電路如下圖所示：圖 16(3) 保護(hù)電路電力電子設(shè)備可能出現(xiàn)的過(guò)電壓外部過(guò)電壓和過(guò)電壓。外部過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程等外部原因。介紹如下：操作過(guò)電壓：由開(kāi)、合等開(kāi)關(guān)操作引起雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起由于過(guò)電壓：主要來(lái)自電力電子器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程換相過(guò)電壓

39、：與全控器件反并聯(lián)的晶閘管或二極管換相后，反向電流急劇減小，線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。關(guān)斷過(guò)電壓：當(dāng)完全受控的器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速減小，線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。在抑制外部過(guò)壓的措施中，使用RC過(guò)壓抑制電路最為常見(jiàn)。 RC過(guò)壓抑制電路可接在供電變壓器的兩側(cè)（通常供電網(wǎng)絡(luò)側(cè)稱(chēng)為電網(wǎng)側(cè)，電子線(xiàn)路側(cè)稱(chēng)為閥側(cè)），也可接在電力電子線(xiàn)路的直流側(cè).此處采用反向阻斷型過(guò)壓抑制與RC電路組成保護(hù)電路，用protel畫(huà)出如下：圖 17根據(jù)以上分析，平均輸出負(fù)載電壓可計(jì)算為：當(dāng)A 60o ,角度 a 的偏移為 120o 。輸出電流的平均值為圖 4-5三相橋式半控整流電路仿真模型圖第五章三相橋式半控整

40、流電路仿真電阻電感仿真相關(guān)參數(shù)設(shè)置： (1)交流電壓參數(shù)U=380V，f=50Hz，三相電源依次延遲120度。 (2) 晶閘管參數(shù)電阻 R=0.001, L=0.0001H, V=0V, Rn , = 50C =25 0 *0.000001F(3) 負(fù)載參數(shù)R=10 L=0.01HC=INF (4)脈沖發(fā)生器的幅值為5 V ，周期為0 。 0 2 s（即頻率為50HZ ） ，脈沖寬度為2 。下面這一系列圖是帶阻感線(xiàn)負(fù)載的三相橋式半控整流電路不同控制角的仿真結(jié)果圖 5-1阻性感性負(fù)載三相橋式半控整流電路控制角為0時(shí)的結(jié)果圖1 第一列是三相交流電流源，每相相差120第二列是觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖寬度為

41、2第三列是負(fù)載電流第四列是以伏特為單位的電壓第五列是晶閘管電源第六列是晶閘管的反向電壓，上圖中，三相交流電流源正常工作，觸發(fā)脈沖角設(shè)置為0，即晶閘管VT1、VT3、VT5在正負(fù)極電壓差的瞬間工作。產(chǎn)生陰極。當(dāng)負(fù)載上立即產(chǎn)生電壓時(shí)，但由于電感的影響，電流只能緩慢增加。當(dāng)?shù)谝唤M晶閘管的電壓反向時(shí)，第二組晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通。由于電感的作用，負(fù)載電壓基本保持不變，負(fù)載電流繼續(xù)上升，當(dāng)這組晶閘管-二極管組的電壓反向時(shí)，第三組晶閘管-二極管組開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載電壓基本不變，電流繼續(xù)上升，這樣循環(huán)的最終電流值基本穩(wěn)定，晶閘管的正向電壓在120左右時(shí)，正向電壓保持為0，直到正向電壓下一組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，前一組晶閘管的個(gè)數(shù)變?yōu)?。每組導(dǎo)通的晶閘管正向電壓為0，其余兩組晶閘管處于反向電壓狀態(tài)。圖 5-2阻性感性負(fù)載的三相橋式半控整流電路控制角為30時(shí)的結(jié)果圖第一列是三相交流電流源，每相相差120第二列是觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖寬