电力电子计算机仿真
题目：晶闸管单相桥式整流可控整流电路的设计与仿真
姓 名：毛宣霖
学 号：专业班级：控制工程基地（ 1）班
指导老师：杨巧玲
学 院：电气工程与信息工程学院
摘要
本次课程设计只要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。 首先对几种典
型的整流电路的介绍， 从而对比出桥式全控整流的优点， 然后对单相全控桥式晶
闸管整流电路的整体设计，包括主电路，触发电路，保护电路。主电路中包括电
路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件选择，参数设计；保护电路包
括过电压保护，过电流保护。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。
关键词： 单相全控桥；晶闸管；整流
目录
第一章
绪 论 ......................................................
1
1.1
电力电子技术的发展 .........................................
1
1.2
电力电子技术的应用 .........................................
1
1.3
电力电子技术课程中的整流电路 ...............................
2
第二章
设计要求 ...................................................
3
第三章
系统方案的选择 ..............................................
4
第四章
单项全控整流电路的工作原理 ..................................
6
4.1
系统总设计框图 .............................................
6
4.2
系统主体电路原理及说明 .....................................
6
4.3 系统的元器件选择 ...........................................
7
4.4
整流电路的参数计算 ........................................
10
第五章 系统 MATLAB仿真 .............................................
12
5.1 MATLAB软件介绍 .............................................
12
5.2
参数设置 ...................................................
13
5.3
单相桥式电阻性负载全控整流电路 ..............................
14
5.3.1
仿真结果图 ................................................
16
5.3.2
仿真分析 ..................................................
18
5.4 单相桥式阻感性负载全控整流电路 ..............................
19
5.4.1
仿真结果图 ............................................
19
5.4.2
仿真分析 ..............................................
23
5.5
单相桥式反电势全控整流电路 ..................................
24
5.5.1
仿真结果图 ................................................
24
5.5.2
仿真分析 ..................................................
27
5.6
单相桥式全控整流电路（阻感性负载加续流二极管）..............
28
5.6.1
仿真结果图 ................................................
28
5.6.2 仿真分析 .................................................
32
第六章
设计总结 ...................................................
33
参考文献
...........................................................
34
第1章 绪论
1.1 电力电子技术的发展
晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明时期。
晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组。
并且，其应用范围也迅速扩大。
电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。
晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制式，简称相控方式。
晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。
这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。
70 年代后期，以门极可关断晶闸管（ GTO）、电力双极型晶体管（ BJT）和电力场效应晶体管（ Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使
其开通又可使其关断。在 80 年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（ IGBT）为表的复合型器件异军突起。它是 MOSFET和 BJT 的复合，综合了两者的优点。与此相对， MOS控制晶闸管（ MCT）和集成门极换流晶闸管（ IGCT）复合了 MOSFET和GTO。
1.2 电力电子技术的应用
电力电子技术是一门新兴技术， 它是由电力学、 电子学和控制理论三个学科
交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的
不可缺少的专业基础课。
本课程体现了弱电对强电的控制， 又具有很强的实践性。
能够理论联系实际， 在培养自动化专业人才中占有重要地位。 它包括了晶闸管的
结构和分类、 晶闸管的过电压和过电流保护方法、 可控整流电路、 晶闸管有源逆
变电路、晶闸管无源逆变电路、 PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电
路的工作原理。
在电力电子技术中， 可控整流电路是非常重要的内容， 整流电路是将交流
电变为直流电的电路， 其应用非常广泛。
工业中大量应用的各种直流电动机的调
速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、
飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术； 各种电子装
置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、 大型计算机所需的工作电源、 微
型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电， 可以说有电源的
地方就有电力电子技术的设备。
1.3 电力电子技术课程中的整流电路
整流电路按组成的器件不同，可分为不可控、半控与全控三种，利用晶闸
管半导体器件构成的主要有半控和全控整流电路； 按电路接线方式可分为桥式和
零式整流电路；按交流输入相数又可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。
正是因为整流电路有着如此广泛的应用， 因此整流电路的研究无论在是从经济角
度，还是从科学研究角度上来讲都是很有价值的。本设计正是结合了 Matlab 仿
真软件对单相半控桥式晶闸管整流电路进行分析。
第二章 设计要求
计算机仿真具有效率高，精度高，可控性高和成本低等特点，
已经广泛应用与电力电子电路的分析和设计中。
计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析， 减轻劳动强度， 提高分析和设计能力， 避免因为解释法在近似处理中带来的较大误差， 还可以与实物调制和调试相互补充， 最大限度地降低设计成本， 缩短系统研制周期。
可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过程。
通过本次仿真， 学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优势，并掌握电力电子计算机仿真的基本方法。
1，晶闸管单相全控桥式整流电路，参数要求：
电网频率 f=50Hz
电网额定电压 U1=380V
电网电压波动 正负 10%
阻感性负载电压 0 —— 190V可调。
设计内容
1）制定设计方案
2）主电路设计及主电路元件选择
3）驱动电路和保护电路设计及参数计算，器件选择
4）绘制电路原理图
5）总体电路原理图及其说明书
仿真任务要求
1）熟悉 matlab 、 simulink 、power system 中的仿真模块用法及功能
2）根据设计电路搭建仿真模型
3）设置参数并进行仿真
（ 4）给出不同触发角时对应的 Ud Id i2 和 Ivt1 的波形
设计总体要求
1）熟悉整理和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务
2）掌握基本电路的数据分析，处理；描绘波形并加以判断
3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理
4）广泛收集相关技术资料
第三章 系统方案的选择
整流电路对比
我们知道，单相整流电路形式是各种各样的， 可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路， 整流的结构也是比较多的。
因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：
方案一：单相桥式半控整流电路
电路简图如图 3-1 ：
图 3-1 单相桥式半控整
流电路
对每个导电回路进行控制， 相对于全控桥而言少了一个控制器件， 用二极管代替，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当 α突然增大至 180°或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放， 只是消耗在负载电阻上， 会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使 ud 成为正弦半波，即半周期 ud 为正弦，另外半周期为 ud 为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。
方案二：单相桥式全控整流电路
电路简图如图 3-2 ：
图 3-2 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， 也不会失控现象， 负
载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个
半周电流方向相反且波形对称， 平均值为零， 即直流分量为零， 不存在变压器直
流磁化问题，变压器的利用率也高。
方案三：单相半波可控整流电路：
电路简图如图 3-3 ：
图
3-3
单相半波
可控整流电路
此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，
VT 的 a
移相范围为
180 。但
输出脉动大， 变压器二次侧电流中含直流分量， 造成变压器铁芯直流磁化。 为使
变压器铁心不饱和， 需增大铁心截面积， 增大了设备的容量。
实际上很少应用此
种电路。
方案四：单相全波可控整流电路：
电路简图如图 3-4 ：
图 3-4 单相全波可控整流电路
此电路变压器是带中心抽头的， 结构比较复杂， 只要用 2 个可控器件， 单相
全波只用 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。不存在
直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量 , 使铁心磁化，变压器不能充分利用。
而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小， 功率因数高
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