摘要隨著科學技術的日益發展,人們對電路的要求也越來越高,由於在生產實際中需要大小可調的直流電源,而相控整流電路結構簡單、控制方便、效能穩定,利用它可以方便地得到大中、小各種容量的直流電能,是目前獲得直流電能的主要方法,得到了廣泛應用。但是晶雜管相控整流電路中隨著觸發角α的增大，電流中諧波分量相應增大，因此功率因素很低。把逆變電路中的spwm控制技術用於整流電路，就構成了pwm整流電路。
通過對pwm整流電路的適當控制，可以使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因素近似為1。這種整流電路稱為高功率因素整流器，它具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：閘流體，單相橋式電路，整流
第一章設計要求及方案的選擇
1.1設計任務
1、進行設計方案的比較，並選定設計方案；
2、完成單元電路的設計和主要元器件說明；
3、完成主電路的原理分析,各主要元器件的選擇；
4、驅動電路的設計,保護電路的設計；
1.2設計要求
1、負載為感性負載l=700mh,r=500歐姆.
2、電網供電電壓為單相220v；
3、電網電壓波動為+5%－-10%；
4、輸出電壓為0～100v.。
1.3 整體方案的選擇
單相橋式整流電路可分為單相橋式相控整流電路和單相橋式半控整流電路，它們所連線的負載性質不同就會有不同的特點。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感性負載的工作情況。
單相半控整流電路的優點是：線路簡單、調整方便。弱點是：
輸出電壓脈動衝大，負載電流脈衝大（電阻性負載時），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優點。
單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負載下流過閘流體的平均電流減小一半；且功率因數提高了一半。
單相半波相控整流電路因其效能較差，實際中很少採用，在中小功率場合採用更多的是單相全控橋式整流電路。
根據以上的比較分析因此選擇的方案為單相全控橋式整流電路（負載為阻感性負載）。
1.4 整流電路的選擇
我們知道，我們知道，單相整流器的電路形式是各種各樣的，整流的結構也是比較多的。因此在做設計之前我們主要考慮了以下幾種方案：
方案一：單相橋式半控整流電路
電路簡圖如圖1-1所示。
圖1-1 單相橋式半控整流電路
對每個導電迴路進行控制，相對於全控橋而言少了乙個控制器件，用二極體代替，有利於降低損耗！如果不加續流二極體，當α突然增大至180°或出發脈衝丟失時，由於電感儲能不經變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負載電阻上，會發生乙個閘流體導通而兩個二極體輪流導通的情況，這使ud成為正弦半波，即半週期ud為正弦，另外半週期為ud為零，其平均值保持穩定，相當於單相半波不可控整流電路時的波形，即為失控。所以必須加續流二極體，以免發生失控現象。
方案二：單相橋式全控整流電路
電路簡圖如圖1-2所示。
圖1-2單相橋式全控整流電路
此電路對每個導電迴路進行控制，無須用續流二極體，也不會失控現象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩，應用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。
方案三：單相半波可控整流電路
電路簡圖如圖1-3所示。
圖1-3 單相半波可控整流電路
此電路只需要乙個可控器件，電路比較簡單，vt的a 移相範圍為180。但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積，增大了裝置的容量。
實際上很少應用此種電路。
方案四：單相全波可控整流電路
電路簡圖如圖1-4所示。
圖1-4單相全波可控整流電路
此電路變壓器是帶中心抽頭的，結構比較複雜，只要用2個可控器件，單相全波只用2個閘流體，比單相全控橋少2個，因此少了乙個管壓降，相應地，門極驅動電路也少2個，但是閘流體承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。不存在直流磁化的問題，適用於輸出低壓的場合作電流脈衝大（電阻性負載時），，且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優點。
相同的負載下流過閘流體的平單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半；且功率因數提高了一半。
根據以上的比較分析因此選擇的方案為單相全控橋式整流電路（負載為阻感性負載）。
綜上所述，針對他們的優缺點，我們採用方案二，即單相橋式全控整流電路。
第二章主電路設計
2.1主電路設計
主電路原理圖及其工作波形如圖2.1和圖2.2所示。
圖2-1 主電路原理圖
圖2-2 主電路波形圖
在電源電壓正半周期間，vt1、vt2承受正向電壓，若在時觸發，vt1、vt2導通，電流經vt1、負載、vt2和t二次側形成迴路，但由於大電感的存在，過零變負時，電感上的感應電動勢使vt1、vt2繼續導通，直到vt3、vt4被觸發導通時，vt1、vt2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現了負值部分。
在電源電壓負半周期間，閘流體vt3、vt4承受正向電壓，在時觸發，vt3、vt4導通，vt1、vt2受反相電壓截止，負載電流從vt1、vt2中換流至vt3、vt4中在時，電壓過零，vt3、vt4因電感中的感應電動勢一直導通，直到下個週期vt1、vt2導通時，vt3、vt4因加反向電壓才截止。
值得注意的是，只有當時，負載電流才連續，當時，負載電流不連續，而且輸出電壓的平均值均接近零，因此這種電路控制角的移相範圍是。
2.2整流電路引數計算
（1）整流輸出電壓的平均值可按下式計算
=== （2.1）
當α=0時，取得最大值100v即= 0.9 =100v從而得出=111v，α=90o時， =0。α角的移相範圍為90o。
（2）整流輸出電壓的有效值為
= =111v2.2）
（3）整流電流的平均值和有效值分別為
2.3）
2.4）
（4）在乙個週期內每組閘流體各導通180°，兩組輪流導通，變壓器二次電流是正、負對稱的方波，電流的平均值和有效值相等，其波形係數為1。
流過每個閘流體的電流平均值和有效值分別為：
2.5）
2.6）
（5）閘流體在導通時管壓降=0,故其波形為與橫軸重合的直線段；vt1和vt2加正向電壓但觸發脈衝沒到時，vt3、vt4已導通，把整個電壓加到vt1或vt2上，則每個元件承受的最大可能的正向電壓等於;vt1和vt2反向截止時漏電流為零，只要另一組閘流體導通，也就把整個電壓加到vt1或vt2上，故兩個閘流體承受的最大反向電壓也為。
2.3元器件選取
由於單相橋式全控整流帶電感性負載主電路主要元件是閘流體，所以選取元件時主要考慮閘流體的引數及其選取原則。
（1）閘流體的主要引數如下：
①額定電壓utn
通常取udrm和urrm中較小的，再取靠近標準的電壓等級作為閘流體型的額定電壓。在選用管子時，額定電壓應為正常工作峰值電壓的2～3倍，以保證電路的工作安全。
閘流體的額定電壓
utn ≥（2～3）utm2.7）
②額定電流it(**)
it(**) 又稱為額定通態平均電流。其定義是在室溫40°和規定的冷卻條件下，元件在電阻性負載流過正弦半波、導通角不小於170°的電路中，結溫不超過額定結溫時，所允許的最大通態平均電流值。將此電流按閘流體標準電流取相近的電流等級即為閘流體的額定電流。
要注意的是若閘流體的導通時間遠小於正弦波的半個週期，即使正向電流值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會超過管子所能提供的極限，使管子由於過熱而損壞。
在實際使用時不論流過管子的電流波形如何、導通角多大，只要其最大電流有效值itm ≤ itn ,散熱冷卻符合規定，則閘流體的發熱、溫公升就能限制在允許的範圍。
itn ：額定電流有效值，根據管子的it(**) 換算出，
it(**) 、itm itn 三者之間的關係：
2.8）
2.9）
波形係數：有直流分量的電流波形，其有效值與平均值之比稱為該波形的波形係數，用kf表示。
2.10）
額定狀態下， 閘流體的電流波形係數
2.11）
=== （2.12）
當α=0時，取得最大值100v即= 0.9 =100v從而得出=111v，α=90o時， =0。α角的移相範圍為90o。
閘流體承受最大電壓為考慮到2倍裕量，取400v.
閘流體的選擇原則：
ⅰ、所選閘流體電流有效值itn 大於元件在電路中可能流過的最大電流有效值。
ⅱ、 選擇時考慮（1.5～2）倍的安全餘量。即itn ＝0.707it(**) ＝（1.5～2）itm
2.13）
因為,則閘流體的額定電流為=10a(輸出電流的有效值為最小值，所以該額定電流也為最小值)考慮到2倍裕量,取20a.即閘流體的額定電流至少應大於20a.
在本次設計中我選用4個kp20-4的閘流體.
ⅲ、 若散熱條件不符合規定要求時，則元件的額定電流應降低使用。
③ 通態平均管壓降 ut(**) 。指在規定的工作溫度條件下，使閘流體導通的正弦波半個週期內陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.4～1.2v。
④ 維持電流ih 。指在常溫門極開路時，閘流體從較大的通態電流降到剛好能保持通態所需要的最小通態電流。一般ih值從幾十到幾百毫安，由閘流體電流容量大小而定。
單相橋式整流電路的教學反思
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