中南大学
电力电子技术课程设计报告
班级: 电气1203班 学号: 0909122413 姓名: 郑 沛 洲 指导老师: 陈有根
前言
电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
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,而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,得到了广泛应用。在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流的基础是整流电路。
由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。
本次课程设计主要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先是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，电压上升率抑制，电流上升率抑制。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。
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目录
前言................................................................................................................................ 2 一、设计题目与要求.................................................................................................... 4 二、主电路设计............................................................................................................ 4
2.1 主电路原理图 ................................................................................................. 4 2.2 工作原理 ......................................................................................................... 5 2.3 元器件介绍——晶闸管（SCR） ................................................................... 5 2.4 整流电路参数计算 ......................................................................................... 6 2.5 晶闸管元件选取 ............................................................................................. 7 2.6 晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响 ................................................. 8
2.6.1 对电网的影响 ....................................................................................... 8 2.6.2 系统功率因数分析 ............................................................................... 9
三、驱动电路设计...................................................................................................... 10
3.1 触发电路简介 ............................................................................................... 10 3.2 触发电路设计要求 ....................................................................................... 11 3.3 集成触发电路TCA785 .................................................................................. 12
3.3.1 TCA785芯片介绍 .............................................................................. 12 3.3.2 TCA785锯齿波移相触发电路 .......................................................... 15
四、保护电路设计...................................................................................................... 16
4.1 过电压保护 ................................................................................................... 16 4.2 过电流保护 ................................................................................................... 18 4.3 电流上升率的抑制 ....................................................................................... 19 4.4 电压上升率的抑制 ....................................................................................... 19 五、系统MATLAB仿真................................................................................................ 20
5.1 MATLAB软件介绍 ........................................................................................ 20 5.2 系统建模与参数设置 ................................................................................. 20 5.3 系统仿真结果及分析 ................................................................................. 23 设计心得...................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献...................................................................................................................... 28 附录 主电路图与触发电路图.................................................................................... 29
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一、设计题目与要求
单相全控桥式晶闸管整流电路的设计（反电势、电阻负载） 1. 设计条件：
1) 电源电压：交流100V/50Hz 2) 输出功率：1KW 3) 移相范围：30o--150o 4) 反电势：E=70V 2.要求完成的主要任务：
1) 主电路设计（包括整流元件定额的选择和计算等）,讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。
2) 触发电路设计：触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的产生。 3) 晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计，计算保护元件参数并选择保护元件型号。
4) 利用仿真软件分析电路的工作过程。
二、主电路设计
2.1系统原理方框图
系统原理方框图如2.1所示：整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，在此设计中采用单相桥式全控整流电路接电阻性负载。
2.2 主电路原理图
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图2-1 单相桥式全控整流电路接反电动势-电阻负载
2.3 工作原理
当整流电压的瞬时值小于反电势E 时，晶闸管承受反压而关断，这使得晶闸管导通角减小。晶闸管导通时，，,晶闸管关断时，。与电阻负载相比晶闸管提前了电角度?停止导电，?称作停止导电角。
若α
2.4 元器件介绍——晶闸管（SCR）
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
外形有螺栓型和平板型两种封装，引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端，对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装
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