[毕业设计精品] 单相桥式相控整流电路的设计

《[毕业设计精品] 单相桥式相控整流电路的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[毕业设计精品] 单相桥式相控整流电路的设计（31页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、本科毕业设计 . 单相桥式相控整流电路的设计摘 要工业供电电源种类繁多，包括交流不间断电源、通讯电源、直流电源及各类高频开关电源。其中大功率直流电源在现代工业中具有十分重要的地位。目前我国的的直流电源大多数是采用单相桥式整流电路来获得，它具有电路结构简单、输出直流电压高但不可调等特点，然而直流电源能否在一定范围连续可调，直接影响了直流负载的正常工作，限制了其使用范围。该设计是针对桥式整流电路加以改进主要用晶闸管来代替普通二极管构成单相桥式半控整流电路，使输出直流电在0198V之间连续可调。因为晶闸管除了具有单向导电的整流作用外，还可以作为可控开关使用且能用微小的功率去控制较大的功率。主要从主电

2、路、触发电路、保护电路三个部分来设计，核心是通过触发电压去控制晶闸管的相位角来实现输出直流电连续可调。具有电路结构简单、工作稳定、成本低、实用性强的特点。 关键词：相控整流；触发；过流；过压AbstractCurrently, there are a variety of industrial power supplies, including Alternating Current Uninterrupted Power, communication power, Direct Current power and all kinds of high frequency switching p

3、ower. Among them the high-power Direct Current power plays a very important role in modern industry, like the Direct Current power using in electrolysis, arc furnace, electroplating and so on. But whether the Direct Current power can be continuously adjusted directly affects the sphere of applicatio

4、n and value of the Direct Current load. This design takes the advantage of power electronic technology to design an adjustable output Direct Current circuit, namely single-phase bridge type phased rectifier. It applies unijunction transistor trigger circuit and changes the charging and discharging t

5、ime of capacitance by adjusting variable resistance in order to control the conduction angle of unidirectional thyristor to achieve adjustable Direct Current output. There are many kinds of phased rectifier circuit but this design is based on the single-phase bridge type phased rectifier. It has the

6、 advantages of simple circuit organization and high reliability, etc. For design, it mainly focuses on three circuits: the main circuit, the trigger circuit and the protecting circuit.Key Words：Phase control rectifier; Trigger; Over current; Over tension 引言目前我国的家用电器的直流电源大多数是采用单相桥式整流电路1来获得，它具有电路简单、输出

7、直流电压高等特点，但它存在着输入功率因数低，输出电压不可调等缺点，而在实际生活有的电器则需要输入电压可调，如对直流电动机的调速、电解、电镀等。这就限制了其使用范围，随着现代电力电子技术的不断发展，对单相桥式整流电路输出不可调这一缺点在不断改进。目前已经实现用晶闸管2来代替二极管，通过触发电路来控制晶闸管的导通角完成输出直流可调。典型的电路有单相半波可控整流3，单相全波可控整流和单相桥式全控整流电路。由于晶闸管与二极特性有所差异，在替换后又出现了一些新问题，如半波可控整流存在着输出电流脉动大、波纹系数大的缺点；全波可控整流电路需要中心抽头变压器，又导致电源利用率偏低；桥式全控整流电路要求桥臂上晶

8、闸管同时被触发导通，因此选择晶闸管时要求具有相同的导通时间，这个实现起来比较难，且脉冲变压器二次绕组之间要承受二次电压，所以绝缘要求高。针对以上问题我怀着对电力电子技术的喜爱，结合我所学的知识设计一个改进的单相桥式半控整流电路4。此电路能够将220V 50HZ的正弦交流电转化成在0-198v可调的直流电并能克服以上电路出现的问题，且具有电路结构简单、成本低、工作可靠的特点。一、设计任务（一）设计目的 1.进一步掌握晶闸管相控整流电路的组成、结构、工作原理； 2.重点理解触发电路和保护电路的功能、结构、工作原理；3.对所学专业知识综合性运用。（二）设计要求 1.根据课题正确选择电路形式；2.绘制

9、完整电气原理图； 3.详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元器件值； 4.编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项。（三）设计内容1.电路方案说明； 2.主电路方案论证；3.触发电路及保护电路的选择；4.完整电路图分析。(四)设计参数1.单相桥式半控整流电路接电阻性负载；2.要求输出电压在0-198V连续可调；3.输出电流在2A以上；4.采用220V变压器降压供电。二、设计方案的论证与选择因为单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。所以在做设计之前对于主电路设计中主要考虑了以下几种方案：（一）单相半波可控整流电路电路简图如下： 图3.1 单相半波可控整流电路此电路只

10、需要一个可控器件，电路比较简单，晶闸管VT的移相角移相范围为180。但输出脉动大，变压器二次绕组中存在直流电流分量，造成变压器铁心磁化5。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。（二）单相全波可控整流电路电路简图如下：图3.2 单相全波相控整流电路此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，单相全波只需用2个可控器件，即只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少2个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍且绕组和铁心对铜、铁等材料的消耗比单相全控桥多6，在当今世界上有色金属有限的情况下，这是很不利的，所以我也放弃

11、了这个方案。（三）单相桥式全控整流电路电路简图如下：图3.3 单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会出现失控现象，负载形式多样。但是它要求桥臂上的晶闸管同时被触发导通7。因此，选择晶闸管时要求具有相同的导通时间，需选用同步变压器。电路复杂，且脉冲变压器二次绕组之间要承受二次电压U2，绝缘要求太高。（四）单相桥式半控整流电路电路简图如下：图3.4 单相桥式半控整流电路此电路对每个导电回路进行控制用的是一只晶闸管和一只二极管结合，相对于全控桥而言每个回路少了一个控制器件，有利于降低损耗、降低成本且还不需同步变压器，只是在带感性负载时当触发角突然增大至180或触发

12、脉冲丢失时，晶闸管会出现失控现象。但只要在输出端加一个续流二极管，就可以避免发生失控现象8。综上所述，通过认真比较，我采用方案四，即单相桥式半控整流电路（负载为阻感性负载）。三、具体设计（一）主电路的设计带阻感负载的单相桥式相控整流电路如图4.1所示：为了方便分析，假设电路已工作在稳态。图4.1 单相桥式半控整流电路的主电路1.工作原理在u2正半周期，触发角为时给晶闸管VT1加触发脉冲使其开通，ud = u2负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流 id 连续且波形近似为一水平线，其波形如图4.2所示。u2 过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1

13、中仍流过电流 id 并不关断。至t 时刻，给 VT2 加触发脉冲，因VT2和VD3本已承受正电压，故导通。VT2和VD3导通后，u2通过 VT2 和 VD3 向 VT1 和 VD4 施加反压使VT1 关断，流过 VT1 和 VD4 的电流迅速转移到 VT2 和 VD3 上，此过程称为换相，亦称换流9。至下一周期重复上述过程，如此循环下去。ud波形如图4.2所示，其平均值为 式（4-1）图4.2 单相桥式半控整流电路的主电路当=0时，Ud=0.9U2。当=90时，Ud = 0。角的移相范围为90。单相桥式半控整流电路带阻感负载时，晶闸管VT1两端的电压波形如图4.2所示，晶闸管承受的最大正反向电

14、压均为。晶闸管导通角与无关，均为180，其电流波形如图4.2所示，平均值和有效值分别为：和 式（4-2）变压器二次电流 i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id。2.原理图分析在单相桥式半控整流电路中，晶闸管VT1和VD4组成一对桥臂，VT2和VD3组成另一对桥臂。在U2正半周，若2个晶闸管均不导通，负载电流Id为零，VT1和VD4串联承受电压U2。若在触发角处给VT1加触发脉冲，VT1和VD4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VD4流回电源b端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1关断10。 在u2负半周，仍在触发角处触发VT2和VD3，VT2和VD3导

15、通，电流从电源b端流出，经VD3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2关断。此后又是VT1和VD4导通，如此循环的工作下去，晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和。整流电压平均值12为U2sintd(t)= 2 U2 式（4-3）=0时， 。= 时， 。可见，角的移相范围为 。向负载输出的直流电流平均值为 = =0.9 U2 式（4-4） 晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即： 式（4-5） 为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热问题，为此需计算电流有效值。流过晶闸管的电流有效值为= =

16、式（4-6） 变压器二次电流有效值与输出直流电流有效值I相等，为： 式（4-7）由上面的公式可知，不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为（二）触发电路的设计 单结晶体管触发电路晶闸管的触发电路有很多种形式，概括起来有直流触发电路、交流触发电路、相位触发电路几种，这里我采用的是相位触发电路13。具体的触发电路如图4.3所示，主要是利用RC回路控制触发信号的相位，通过改变RC的时间常数来改变触发相位。RE图4.3 晶闸管相位式触发电路改变电位器RP的数值可以调节输出脉冲电压的频率。但是（RPR1）的阻值不能太小，否则在单结晶体管导通之后，电源经过RP和R供给的电流较大，单结晶体管的电流不能降到谷

17、点电流之下，电容电压始终大于谷点电压，因此，单结晶体管就不能截止，造成单结晶体管的直通现象。选用谷点电流大一些的管子，可以减少这种现象。当然，（RPR1）的阻值也不能太大，否则充电太慢，使晶闸管的最大导通角受到限制，减小移相范围。一般（RPR1）是几千欧到几十千欧。单结晶体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要决定于电容器放电的时间常数。R1或C太小，放电快，触发脉冲的宽度小，不能使晶闸管触发。因为晶闸管从阻断状态到完全导通需要一定时间，一般在10us以下，所以触发脉冲的宽度必须在10us以上。如选用C0.11uF，R1=250100，就可得到数十微秒的脉冲宽度。但是，若C值太大，由于充电时间常

18、数（RP+R）C的最小值决定于最小控制角，则（RP+R）就必须很小，如上所述，这将引起单结晶体管的直通现象。如果R1太大，当单结晶体管尚未导通时，其漏电流就可能在R1上产生较大的电压，这个电压加在晶闸管的控制极上而导致误触发。一般规定，晶闸管的不触发电压为0.150.3V，所以上述电压不应大于这个数值。脉冲电压的幅度决定于直流电源电压和单结晶体管的分压比。如电源电压为20V，晶体管的分压比为0.5，则在单结晶体管导通时，电容器上的电压约为10V，除去管压降外，可以获得幅度为78V的输出脉冲电压。根据上述数据，输出脉冲的宽度和幅度都能满足触发晶闸管的要求。图4.3中的电阻R2是作温度补偿用的。因

19、为在UPUBBUD的式中，分压比几乎不随温度而变，而UD将随温度上升而略有下降。这样，UP就要随温度而变，这是不希望的。当接入R2（及R1）后，UBB是由稳压电源的电压UZ经R2、RBB、R1分压而得，而RBB随温度上升而增大，因此在温度上升后，RBB增大，电流就减小，R1和R2上的压降也相应减小，UBB就增大一些，于是补偿了UD因温度上升而下降之值，从而使峰点电压UP保持不变。图4.4 晶闸管相位式触发电路波形图稳压管的作用是将整流电压u变换成梯形波（削去顶上一块，所谓削波），稳定在一个电压值UZ，使单结晶体管输出的脉冲幅度和每半周产生第一个脉冲（第一个脉冲使晶闸管触发导通后，后面的脉冲都是

20、无用的）的时间不受交流电源电压波动的影响。图（b）中示出了单结晶体管触发电路中各处电压的波形。通过变压器将触发电路与主电路接在同一电源上，所以每当主电路的交流电源电压过零值时，单结晶体管上的电压UZ也过零值，两者同步。在UZ过零值时，单结晶体管基极间的电压UBB也为零。如果这时电容器上还有残余电压，必然要向R1放电，很快放掉，以保证电容器在每一半波之初从零开始充电。这样，才能使每半周产生第一个脉冲的时间保持不变，从而使晶闸管的导通角和输出电压平均值保持不变。 图4.5 晶闸管相位式触发电路图如果改变电位器RP的电阻值，就可以改变电容C充电的快慢。例如增大阻值，电容器C的充电变慢，因而每半波出现

21、第一个脉冲的时间后移（即角增大），从而使晶闸管的导通角变小，输出电压的平均值也变小。因此，改变RP是起移相的作用，达到调压的目的。（三）保护电路的设计保护电路主要是针对晶闸管的保护，对晶闸管的保护又分为过流保护、过压保护和对电流电压上升率抑制保护三种。在电路中采用的是三种保护电路相结合。1.晶闸管的过流保护 晶闸管设备产生过电流的原因主要是由于整流电路内部原因, 如整流晶闸管损坏, 触发电路或控制系统有故障等；其中整流桥晶闸管损坏类较为严重, 一般是由于晶闸管因过电压而击穿,造成无正、反向阻断能力，它相当于整流桥臂发生永久性短路，使在另外两桥臂晶闸管导通时，无法正常换流，因而产生线间短路引起过

22、电流。另外，如整流变压器中心点接地，当逆变负载回路接触大地时，也会发生整流桥相对地短路。对于整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，可以采用接入快速熔断器14的方式来保护。如图4.6所示：图4.6晶闸管过流保护电路图2.晶闸管的过压保护 晶闸管设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。 过压保护的常用方法是并接R-C阻容吸收回路15.如图4.7所示 图4.7过压保护电路图3.电流上升率、电压上升率的抑制保护 （1）电流上升率di/dt的抑制 晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部

23、电流密度很大，然后以0.1mm/s的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感16。如下图:图4.8串电感抑制电路（2）电压上升率dv/dt的抑制 加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如下图： 图4.9并联R-C吸收回路其作用是利用电容

24、两端电压不能突变的特性来限制电压上升率，确保晶闸管安全运行。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大造成过电流而损坏晶闸管。四、元件的选用（一）主电路元器件的选用1.整流二极管的选用由于是220V电源所以采用反相耐压为1000V的1N4007整流二极管。 2.晶闸管参数的计算a.晶闸管额定电流17：ITN=（1.52）KfbId 式（58）其中Kfb为计算系数，取Kfb=0.368代入式（58）得，ITN=264352A取ITN=300

25、Ab.晶闸管额定电压：UTN=（23）6U2=685.857v1028.78v所以有晶闸管的型号为BT169D。3.电抗器的选择电抗器的的主要参数有流过电抗器的电流和电抗器的电感量。前者一般是已知的，因此电抗器的参数主要是电感量的计算。（1）限制输出电流脉动的电感量LmLm=(Udm/U2)1000/2fdU2/SiId(mH) 式（59）在式中U2为电源相电压有效值，fd为输出电流的最低斜波频率，和主电路有关，对于三相电路，取300，Udm为最低斜波频率的电压幅值；Si为脉动系数。Si取0.1，U2=220V。计算得： Lm=0.81000220/（23.143000.1305）=3.06（

26、mH）（2）使输出电流连续的临界电感量LlLl=KlU2/Idmin(mH) 式（510）式中K1为与整流电路有关的系数，对于三相桥式K1取0.693；U2为变压器二次侧相电压。Idmin为电路所需的最低电流，一般为5%10%Id。在此取10%。由式（510）得： L1=0.693140/（0.1305）=3.18(mH) 式（511）(3)实际串入电抗器的电感量限制电流脉动时的实际电感量 Lma=Lm-(2LB-LD)=3.06-20.0895-1.8=1.08（mH） 式（512）输出电流连续的实际临界电感量 Lla=Ll-(2LB-LD)=3.18-20.0895-1.8=1.2(mH)

27、 式（513）取较大者作为串入电抗器的电感量即1.2mH。(二)触发电路元件的选用1.可调电阻RP+RRP+R的阻值不能太小，否则会造成单结晶体管的直通现象。当然，（RPR）的阻值也不能太大，否则充电太慢，使晶闸管的最大导通角受到限制，减小移相范围。一般（RPR）是几千欧到几十千欧。在实际电路中RP为20K,R为1K2.电容C单结晶体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要决定于电容器放大电的时间常数18。R1或C太小，放电快，触发脉冲的宽度小，不能使晶闸管触发。因为晶闸管从阻断状态到完全导通需要一定时间，一般在10uf以下，所以触发脉冲的宽度必须在10uf以上。若C值太大，由于充电时间常数（RP

28、+R）C的最小值决定于最小控制角，则（RP+R）就必须很小，这将引起单结晶体管的直通现象。所以电容一般选用0.11uF,实际电路中选用了0.47uf。3.单结晶体管选用常用型号BT33F4.稳压管因脉冲电压的幅度决定于直流电源电压和单结晶体管的分压比。如电源电压为20V，晶体管的分压比为0.5，则在单结晶体管导通时，电容器上的电压约为10V，除去管压降外，可以获得幅度为78V的输出脉冲电压。根据上述数据，输出脉冲的宽度和幅度都能满足触发晶闸管的要求。所以稳压管可取稳压值19为18V，最大电流为5mA的2CW21J。5.整流二极管选用常型号1N40076.变压器因稳压输出20V，这里选用220V

29、转35V的变压器。（三）保护电路元件的选用201.电容的选择:C=(2.5-5)10-8If If=0.367IdId-直流电流值如果整流侧采用500A的晶闸管可以计算C=(2.5-5) 10-8500=1.25-2.5F选用2.5F，1kv 的电容器2.电阻的选择：R=(2-4)535/If=2.14-8.56选择10欧PR=1.5(pfv2fc)21012R/2Pfv=2u(1.5-2.0)总结 通过本次设计对所学的专业知识进行了一个综合性运用。特别是电力电子技术方面。主要是运用晶闸管来代替普通二极管来整流，通过触发电路的输出电压去控制晶闸管的导通角，从而实现输出直流电压连续可调。此电路主

30、要从主电路、触发电路、保护电路三个方面来设计。通过所学专业知识的分析、所查资料的了解和老师的指导。主电路采用带续流二极管的单相桥式半控整流电路。触发电路采用单结晶体管触发电路。保护电路采用过流、过压相结合的保护措施。设计出来的电路具有电路结构简单、工作可靠、实用性强等特点。在设计过程中遇到了很多棘手的问题。比如在主电路中核心元件晶闸管的工作原理,触发电路采用哪种方式更适合,保护电路采用哪种更有效,各元件的参数如何来正确的设定等等。但在通过自己的不断努力查阅资料和老师悉心指导下排出了种种困难完成了本次设计。在这次设计中，我不但收获知识，还收获了阅历，收获了成熟。在此过程中，我通过查阅大量资料，请

31、教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考的能力、动手操作的能力，在其它各种能力上也都有了提高。更重要的是，在实践中学会了很多学习的方法。而这些是以后最实用的，受益匪浅。面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。参考文献1王兆安,黄俊.电力电子技术西安M.机械工业出版社,1999: 3273.2黄俊,王兆安.电力电子变流技术M.北京:机械工业出版社,1994: 4265.3赵良炳.现代电力电子技术基础M.北京:清华大学出版社,1995:1236.4 赵妮娜.单相半控桥整流电路的改进J. 科技信息,2000.5赵可斌,陈国雄.电力电子变流技术M.上海:上海交大出版社,1993: 82

32、143.6林渭勋.电力电子技术M.杭州:浙江大学出版社,1986: 244267.7丁道宏.电力电子技术M.北京:航空工业出版社,1990: 62114.8黄继昌.电子元器件应用手册M.人民邮电出版社,2004: 1280.9范承志，王宇峰，林小蛾.单相整流电路输入正弦电流的控制方法J .电工电子技术杂志，2001.10 纪文革，刘海燕电力电子整流电路的分析方法探讨J科技资讯，2007.11张风言.电子电路基础(第2版)M.北京；高等教育出版社，1995: 34176.12王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）M.北京：机械工业出版社，2004: 210243.13刘泉海.电力电子技术M.重庆大

33、学出版社，2004: 163197.14李雅轩.电力电子技术M.电子工业出版社，2004: 242267.15 孙江，张石，郭永贞.可控整流电路实验采用集成触发电路的改革J.电气电子教学学报，1999.16莫正康.晶闸管变流技术M.机械工业出版社，1991: 132143.17王会群，邢学文.晶闸管变流技术M.冶金工业出版社，1998:3391.18孔凡才.晶闸管直流调速系统M.北京科学技术出版社，1995: 118167.19张永生.电力半导体原理M.机械工业出版社，1988: 6293.20张立，赵永,皱键.现代电力电子技术M.机械工业出版社,1993: 4573.致 谢本设计在肖扬老师的

34、悉心指导下完成，肖老师在整个课题研究和论文撰写的过程中倾注了大量心血。各项工作在肖老师的悉心指导和关怀下得以顺利进行，并达到预期效果。特别是他们严谨治学的态度、一丝不苟的工作精神，以及对学生的严格要求，给我很深的启发，也必将对我以后的工作和学习产生较大的影响。在几年的学习中，我要向几年来一直默默支持我的家人致以深深的感谢！亲情总是激励着我勤奋学习，顺利完成我的学业和设计工作。最后，谨向所有关心、支持和帮助过我的老师、同学和朋友们表达我最真挚的谢意和感激之情，同时向评阅论文和参加答辩的各位老师表示衷心的感谢！附录A： 单相桥式相控整流电路图A1 单相桥式相控整流电路本科毕业论文（设计）开题报告课

35、题名称： 单相桥式相控整流电路的设计 姓 名： 学 号： 专业年级： 指导教师： 教务处制一、课题意义理论意义整流电路尤其是单相桥式相控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，单相桥式相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到各种小容量的直流电能,是目前获得小容量直流电能的主要方法,得到了广泛应用。现实意义随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,因此单相桥式相控整流电路得到了广泛应用，不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。因此对单相桥式相控整流电路的相关参数和

36、不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。二、文献综述1.理论的渊源及演进过程在电力电子技术中，单相桥式整流电路是大多数电器电源的重要组成部分，它的作用是将交流电转换成直流电，然后供给其它电路，使其整个电路正常工作，它的性能是否稳定、功率因数是否高，输出是否可调，直接关系到整个电器工作好坏的情况。最开始采用的是单相半波整流，由于它的输出电压低且脉动大，电能利用率又低，然后改进为单相全波整流，又由于全波整流电路需要中心抽头变压器，使电路复杂化，后来又改进为单相桥式整流电路，由于它具有电路简单，输出

37、直流电较高，得以广泛运用，但是后来又发现单相桥式整流电路输出电压一旦固定，输出也就固定，有的电器又需要输出电压可调，如直流电动机的调压调速，同步电机励磁、电焊等场合往往需要电压大小可调的直流电源。用桥式相控整流电路就很困难，所以对于把单相桥式整流电路改进为输出可调是研究的一个大课题。而利用晶闸管的单向可控导电性，控制其控制角能把交流电能变成大小可调的直流电能，以满足各种直流负载的要求，因此就形成这种被称为单相桥式相控整流电路的整流电路。2国内外对本课题的研究现状随着科学技术的迅猛发展，各种电器对整流电路的要求也越来越高。提高整流电路的输入功率、输出电压的稳定性，扩大整流电路的功能显得十分必要。

38、不论是在我国还是在外国都希望整流电路输出电压高且可调。面临这一问题专家们对单相桥式整流电路作了许多的改进，同时也得到了很好的效果。例如有的专家用晶闸管来代替普通二极管来实现输出电压可调，这一改进起到了输出可调的效果。目前世界上一些发达国家在电力电子技术方面的研究已经比较成熟了，例如，外国人已发明的CuK电路、Buck电路和BOOsk电路都已经编入我国和世界专业教科书中。而我国龚秋声先生在1983年发明的龚氏桥全可控整流电路在AD/DA变换技术中创出了一条全新的最基础变换电路。3.有待解决的问题1.最大输出电流点和最佳功率因数点只能在最高输出电压点上、允许输出的最大直流电流和功率因数都是随输出电

39、压的降低而减少2.当单相桥式相控电流的负载为电感性负载时，在大电感负载情况下，当触发角接近/2时，输出电压的平均值接近于零，负载上得不到应有的电压3.单相桥式相控整流电路中随着触发角的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因数很低4本人对所查文献的评述通过各种途径对相关内容进行了查询，了解到在直流电动机的调速、同步电机的励磁、电焊等场合往往需要电压大小可调的直流电源。而利用晶闸管的单向可控导电性，控制其控制角就能把交流电能变成大小可调的直流电能，以满足各种直流负载的需要，因此就形成了这种被称为相控整流电路的整流电路。相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可以方便地得到大、中、小各种容

40、量的直流电能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛的应用。相控整流电路的电路类型很多，按照输入交流电源的相数不同可分为单相、三相和多项整流电路；按照电路中组成的电力电子器件控制特性不同可分为不可控、半控和全控整流电路；按照整流电路的结构形式不同，有可分为半波、全波和桥式整流电路等类型。另外，整流输出端所接负载的性质也对整流电路的输出电压和电流有很大的影响，常见的负载有电阻性负载、电感性负载和反电势负载等几种。而在实际中，与其他类型的整流电路相比，单相桥式相控整流电路应用最广泛，主要是由于单相桥式相控整流电路与其他整流电路电路相比存在着许多的优越性，例如，与半波整流电路相比，单相桥式相控整流

41、电路在电阻性负载下，输出电压平均值Ud是半波整流电路的2倍，在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半，功率因数提高了倍。单相桥式相控整流电路在电感性负载下，具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用高的优点。然而值得注意的是，单相桥式相控整流电路也还存在着一些不足，如：最大输出电流点和最佳功率因数点只能在最高输出电压点上、允许输出的最大直流电流和功率因数都是随输出电压的降低而减少；单相桥式相控整流电路中随着触发角的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因数很低等，这些问题都需要采取措施进行进一步改进。创新点：针对“最大输出电流点和

42、最佳功率因数点只能在最高输出电压点上、允许输出的最大直流电流和功率因数都是随输出电压的降低而减少”这一问题，本人设想提出的改进方法是在单相桥式整流电路的次级绕组中增加一个中心抽头，在这个抽头与一个直流输出端之间连接一个整流管或可控整流器件，经过这样改进的电路，它具有其最大允许输出直流电流在50%最高输出电压点上，从而其铜耗比未改进电路降低75%以上；并且其最大值是未改进电路输出电流的2倍以上，在设计整流变压器时可比未改进的电路降低设计容量30%左右，从而可节省大量铜和铁；同时其电压和电流的调节控制精度可比未改进的电路提高一倍等优点。三、课题研究内容与方法(一)研究内容1理解和掌握单相桥式相控整

43、流电路的工作原理2理解和掌握单相桥式相控整流电路的电路结构3对单相桥式整流电路的不同负载性质下形成的不同的电路结构和不同的工作情况进行比较和分析4对于单相桥式相控整流电路存在的不足，采取一定的措施进行优化创新（二）研究方法1.首先通过网络和图书馆查阅课题相关的资料，对资料进行整理、分析和研究，结合实际需要提出设计方案。2.设计方案包括：(1)确定单相桥式相控整流电路的设计思路(2)根据电路的设计思路和实际需要选定相应的电子元器件及元器件参数的确定（3）进行电路的实际设计（4）对设计的电路进行分析研究四、课题研究进度安排1. 2010年10月17日（第六周末）学生选题；根据论文（设计）题目，查阅

44、相关文献，进行初步研究，撰写论文（设计）任务书、开题报告2. 2010年12月5日（第十三周末）开题报告3. 2010年12月6日至2011年3月22日，完成电路总体设计4.2011年3月23日至2011年5月13日，检查分析，撰写毕业设计论文5. 2011年5月14日（第九周末）毕业设计（论文）答辩五、主要参考文献目录1. 浣喜明,姚为正编著.电力电子技术M.北京：高等教育出版社，2004.8 2. 周志敏,周继海,纪爱华编著电工电子实用电路 M北京: 电子工业出版社，200543. 徐以荣,冷增详电力电子技术基础 M南京: 东南大学出版社，1999.114. 陈坚编著.电力电子学电（第二版

45、）力电子变幻和控制技术（第二版）M 北京:高等教育出版社，2004.125. 浣喜明,姚为正编著.电力电子技术（第二版）M.北京：高等教育出版社，2004.116. 王云亮主编.电力电子技术M.北京：电子工业出版社，2004.87. 陈坚主编.电力电子技术及应用M.北京：中国电力出版社，20058. 李传琦编.电力电子技术计算机仿真实验M.北京：电子工业出版社，2006.29. 龙志文主编电力电子技术M北京：机械工业出版社，2005.710. 龚秋声龚氏桥全可控整流电路J洪都科技，200411.范承志，王宇峰，林小蛾. 单相整流电路输入正弦电流的控制方法J .电工电子技术杂志， 200112

46、.赵妮娜. 单相半控桥整流电路的改进J. 科技信息13. 黄发忠，于孝迁单相桥式全控整流电路中的谐波分析J山东师范大学学报，200614 .纪文革，刘海燕电力电子整流电路的分析方法探讨 J科技资讯，200715 .崔士杰，汪建华基于MATLAB的单相全控整流电路功率因数测定 J武汉工程大学学报，201016 .黄发忠，于孝廷.三相桥式全控整流电路中的谐波分析J.山东科学，200517 .孙江，张石，郭永贞.可控整流电路实验采用集成触发电路的改革.电气电子教学学报，1999本科毕业论文（设计）开题记录表课题名称单相桥式相控整流电路的设计学 生学 号系（院）专业、年级时 间地 点指导小组成 员姓

47、名职 称姓 名职 称开题记录课题意义随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,因此单相桥式相控整流电路得到了广泛应用，不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。因此对单相桥式相控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。理论的渊源及演进过程在电力电子技术中，单相桥式整流电路是大多数电器电源的重要组成部分，它的作用是将交流电转换成直流电，然后供给其它电路，使其整个电路正常工作，它的性能是否

48、稳定、功率因数是否高，输出是否可调，直接关系到整个电器工作好坏的情况。最开始采用的是单相半波整流，由于它的输出电压低且脉动大，电能利用率又低，然后改进为单相全波整流，又由于全波整流电路需要中心抽头变压器，使电路复杂化，后来又改进为单相桥式整流电路，由于它具有电路简单，输出直流电较高，得以广泛运用，但是后来又发现单相桥式整流电路输出电压一旦固定，输出也就固定，有的电器又需要输出电压可调，如直流电动机的调压调速，同步电机励磁、电焊等场合往往需要电压大小可调的直流电源。用桥式相控整流电路就很困难，所以对于把单相桥式整流电路改进为输出可调是研究的一个大课题。而利用晶闸管的单向可控导电性，控制其控制角能

49、把交流电能变成大小可调的直流电能，以满足各种直流负载的要求，因此就形成这种被称为单相桥式相控整流电路的整流电路。国内外对本课题的研究现状随着科学技术的迅猛发展，各种电器对整流电路的要求也越来越高。提高整流电路的输入功率、输出电压的稳定性，扩大整流电路的功能显得十分必要。不论是在我国还是在外国都希望整流电路输出电压高且可调。面临这一问题专家们对单相桥式整流电路作了许多的改进，同时也得到了很好的效果。例如有的专家用晶闸管来代替普通二极管来实现输出电压可调，这一改进起到了输出可调的效果。目前世界上一些发达国家在电力电子技术方面的研究已经比较成熟了，例如，外国人已发明的CuK电路、Buck电路和BOO

50、sk电路都已经编入我国和世界专业教科书中。而我国龚秋声先生在1983年发明的龚氏桥全可控整流电路在AD/DA变换技术中创出了一条全新的最基础变换电路。有待解决的问题1.最大输出电流点和最佳功率因数点只能在最高输出电压点上、允许输出的最大直流电流和功率因数都是随输出电压的降低而减少2.当单相桥式相控电流的负载为电感性负载时，在大电感负载情况下，当触发角接近/2时3.单相桥式相控整流电路中随着触发角的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因数很低，输出电压的平均值接近于零，负载上得不到应有的电压本人对所查文献的评述通过各种途径对相关内容进行了查询，了解到在直流电动机的调速、同步电机的励磁、电焊等场

51、合往往需要电压大小可调的直流电源。而利用晶闸管的单向可控导电性，控制其控制角就能把交流电能变成大小可调的直流电能，以满足各种直流负载的需要，因此就形成了这种被称为相控整流电路的整流电路。相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可以方便地得到大、中、小各种容量的直流电能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛的应用。相控整流电路的电路类型很多，按照输入交流电源的相数不同可分为单相、三相和多项整流电路；按照电路中组成的电力电子器件控制特性不同可分为不可控、半控和全控整流电路；按照整流电路的结构形式不同，有可分为半波、全波和桥式整流电路等类型。另外，整流输出端所接负载的性质也对整流电路的输

52、出电压和电流有很大的影响，常见的负载有电阻性负载、电感性负载和反电势负载等几种。而在实际中，与其他类型的整流电路相比，单相桥式相控整流电路应用最广泛，主要是由于单相桥式相控整流电路与其他整流电路电路相比存在着许多的优越性，例如，与半波整流电路相比，单相桥式相控整流电路在电阻性负载下，输出电压平均值Ud是半波整流电路的2倍，在相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半，功率因数提高了倍。单相桥式相控整流电路在电感性负载下，具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器的利用高的优点。然而值得注意的是，单相桥式相控整流电路也还存在着一些不足，如：最

53、大输出电流点和最佳功率因数点只能在最高输出电压点上、允许输出的最大直流电流和功率因数都是随输出电压的降低而减少；单相桥式相控整流电路中随着触发角的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因数很低等，这些问题都需要采取措施进行进一步改进。创新点：针对“最大输出电流点和最佳功率因数点只能在最高输出电压点上、允许输出的最大直流电流和功率因数都是随输出电压的降低而减少”这一问题，本人设想提出的改进方法是在单相桥式整流电路的次级绕组中增加一个中心抽头，在这个抽头与一个直流输出端之间连接一个整流管或可控整流器件，经过这样改进的电路，它具有其最大允许输出直流电流在50%最高输出电压点上，从而其铜耗比未改进电路

54、降低75%以上；并且其最大值是未改进电路输出电流的2倍以上，在设计整流变压器时可比未改进的电路降低设计容量30%左右，从而可节省大量铜和铁；同时其电压和电流的调节控制精度可比未改进的电路提高一倍等优点。设计内容：设计的是结构简单、控制方便、性能稳定的单相桥式相控整流电路，利用它可以方便地得到各种小容量的直流电能，并且输出可调，是目前获得小容量直流电能的主要方法。问题：问题一：获得直流电源的方法非常多，相控整流主要运用在哪些方面？答：利用相控整流可以获得各种容量的直流电能，并且利用晶闸管的单相可控导电性，可以得到可调的直流电能，因此相控整流主要运用在直流电动机调速，同步电机励磁、电焊，机床、轧钢、造纸、纺织、电解、电镀等工业工程领域。问题二：相控整流很好改变，调压在理论上是改变什么？答：调压在理论上是指利用晶闸管的单相可控导电性，控制其控制角。问题三：相控整流电路技术比较成熟，你所提出的问题都能够解决吗？答：相控整流电路发展趋于成熟，但有些地方有待改进，我提出了一些有待解决的问题，我相信这些问题都能够解决，而我主要选择其中一个问题进行解决，针对这一个选定的问题进行相关方面的改进，使电路更加优化。开题记录 记录人： 年 月 日指导小组意见组长签名：年 月 日注：本表装入学生资料袋。第30页 共31页