晶闸管单相全控桥

《电力电子技术》复习题一、填空题（每空1分）1．电力电子技术也称变流技术，包括可控整流，有源逆变，直流斩波，交流调压。

2．单相桥式全控整流电路大电感负载，已知U2=100V，R=10Ω，α=45°，输出电流平均值为9A。

3．KP5-7E表示额定电流、电压为5A，700V的普通反向阻断（型）晶闸管。

4．单结晶体管发射极电压等于峰点电压U P电压时，单极晶体管导通；发射极电压低于谷点电压U V电压时，单极晶体管截止。

5．晶闸管（又名可控硅）为具有三个PN结的四层物理结构，封装引出三个电极，分别为阳极，阴极，门极。

晶闸管导通时刻可控，其导通必须同时满足两个条件：承受正向阳极电压的同时，门极得到正向触发信号。

晶闸管的关断条件是：阳极电流小于维持电流或阳极承受反向阳极电压。

6．IGBT具有驱动功率小，而导通压降低的特点，是电压控制型器件。

双向晶闸管主要应用于交流调压电路。

7．三相桥式全控整流电路，在电感性负载电感大小能保证输出电流连续时，控制角的最大移相范围为0-----90°，在电阻性负载情况下，控制角的最大移相范围为0----180°。

单相交流调压电路电感性负载采用相控时，α移相范围为φ～180°9．电力晶体管、可关断晶闸管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管，它们都是全控型电力电子开关器件（全控、半控或不控）。

10．有源逆变指的是把直流能量转变成交流能量后送回电网装置。

实现有源逆变的条件为：外部条件：务必要有一个极性与晶闸管导通方向一致的直流电势源。

内部条件：要求变流器中晶闸管的控制角α＞π/2。

11．通态平均电流表示连续导通的工频正弦半波电流平均值。

12．有源逆变的内部条件是变流器中晶闸管的控制角α＞π/2。

13．从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为控制角角，用α表示。

14．电力电子技术是由电力学、控制学和电子学交叉而形成的边缘科学。

15．直流斩波电路在改变负载的直流电压时，常用的控制方式有脉冲宽度调制（PWM）、频率调制（PFM）、混合调制三种。

一、填空题(每空1分，共５０分)1、对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L __大于__ I H。

2、功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是______智能功率集成电路_________。

3、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM __小于__ U BO。

U _，设U2 4、电阻负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm等于_Fm2为相电压有效值。

5、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差__________120°_______。

6、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值_______下降______。

7、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是_____________静态均压________________措施。

8、三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有___Y形和△形___二种方式。

9、抑制过电压的方法之一是用_____储能元件_______吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。

10、180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在___同一相_的上、下二个开关元件之间进行。

11、改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变_________________输出电压基波________的幅值。

12、为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是___________(一个)较大的负电流__________。

13、恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是_________减小存储时间________________。

14、功率晶体管缓冲保护电路中二极管要求采用___快速恢复__型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。

15、晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为：_____________________维持电流 _______________________。

《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。

导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。

1.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。

进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。

1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。

1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。

1.5请简述晶闸管的关断时间定义。

答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。

即gr rr q t t t +=。

1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。

1.7请简述光控晶闸管的有关特征。

答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。

主要用于高压大功率场合。

1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。

目录第1章绪论 (1)1.1 什么是整流电路 (1)1.2 整流电路的发展与应用 (1)1.3 本设计的简介 (1)第二章总体设计方案介绍 (2)2.1总的设计方案 (2)2.2 单相桥式全控整流电路主电路设计 (3)2.3保护电路的设计 (5)2.4触发电路的设计 (9)第三章整流电路的参数计算与元件选取 (12)3.1 整流电路参数计算 (12)3.2 元件选取 (13)第四章设计总结 (15)4.1设计总结 (15)第五章心得体会 (16)参考文献 (17)第1章绪论1.1 什么是整流电路整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。

滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。

变压器设置与否视具体情况而定。

变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。

可以从各种角度对整流电路进行分类，主要的分类方法有：按组成的期间可分为不可控，半控，全控三种；按电路的结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧电流的方向是单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路.1.2 整流电路的发展与应用电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作用，因此不管是整流器还是电力电子技术的发展都是以电力电子器件的发展为纲的，1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一次革命；1957年美国通用公司研制了第一个晶闸管，标志着电力电子技术的诞生；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，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。

郑州航空工业管理学院《电子电力变流技术》课程设计09 级电气工程及其自动化专业 0906073 班级题目单相桥式全控整流电路电阻性负载姓名学号指导教师职称二О 一二年六月六日一．设计题目：单相桥式全控整流电路电阻性负载二．设计条件：（1）电网：380V，50Hz；（2）晶闸管单相桥式全控整流电路；（3）负载电压在100V~150V之间连续可调；（4）负载电阻20Ω；三．设计任务：（1）电源变压器设计，计算变压器容量、变比、2次侧电压有效值，2次侧电压有效值在满足负载最大电压要求下，适当留出裕量，然而裕量不应过大，具体大小由设计人员灵活掌握；（2）计算控制角移相范围；（3）计算晶闸管额定电流；（4）计算晶闸管额定电压；（5）设计基于单节晶体管的简易触发电路，要求给出同步变压器参数、稳压二极管参数、单节晶体管参数；估算Re、C的取值范围；电路图设计，给出主电路、触发电路相结合的完整电路图四．设计要求：（1）应当给出具体的计算过程和分析过程；（2）涉及电流、电压计算时，必须用波形图配合说明计算过程；（3）选型参数（额定电压、额定电流、容量等）应当取整。

五．数值计算：1.输出电压平均值和输出电流平均值（1）（2）2.晶闸管的移相范围当=150V时，不计控制角余量，即按=0o计算由=0.9得取（3）此时，把（3）式及代入（1）式可得，，即，然后取。

又把（3）式及代入（1）式可得，，即，然后可取。

所以控制角的移相范围是（）。

3.晶闸管的电流平均值和有效值为：4.输出电流有效值I和变压器二次电流有效值可求得，当时，有最大值，且为5.晶闸管所承受的最大正向电压和最大反向电压为，故晶闸管的额定电压为又因为要考虑晶闸管的额定电流为6.变压器的参数：不计变压器损耗的情况下，变压器的容量为：,所以变压器容量取变压器的变比为：变压器的2次侧电压有效值为：7.单结晶体管触发电路各参数选择:(1)单结晶体管的选择单结晶体管选取BT32E,此型号具体参数：分压比，峰点电流Ip<=2uA，调制电流8~35mA，总耗散功率Pt=250mW，谷点电流Iv>=1.5mA.谷点电压Uv<=3.5V。

电力电子技术判断题汇总（×）2、普通晶闸管外部有三个电极，分别是基极、发射极和集电极。

（×）3、型号为KP50—7的半导体器件，是一个额定电流为50A的普通晶闸管。

（）4、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。

（×）5、只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。

（×）6、晶闸管加上阳极电压后，不给门极加触发电压，晶闸管也会导通。

（√）7、加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。

（×）8、单向半控桥可控整流电路中，两只晶闸管采用的是“共阳”接法。

（×）9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。

（×）10、增大晶闸管整流装置的控制角α，输出直流电压的平均值会增大。

（×）11、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。

（√）12、为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并接压敏电阻。

（×）13、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。

（×）14、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。

（×）15、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。

（√）16、为防止过电流，只须在晶闸管电路中接入快速熔断器即可。

（×）17、快速熔断器必须与其它过电流保护措施同时使用。

（√）18、晶闸管并联使用须采取“均压措施”。

（×）22、在电路中接入单结晶体管时，若把b1、b2接反了，就会烧坏管子。

（×）23、单结晶体管组成的触发电路也可以用在双向晶闸管电路中。

（√）24、单结晶体管组成的触发电路输出的脉冲比较窄。

（√）25、单结晶体管组成的触发电路不能很好地满足电感性或反电动势负载的要求。

（√）1、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。

（√）2、为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并接压敏电阻。

（×）3、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。

一、填空题 （每空 分， 分）、实现有源逆变的条件为 和 。

、 在由两组反并联变流装置组成的直流电机的四象限运行系统中，两组变流装置分别工作在正组 状态、 状态、反组 状态、 状态。

、 在有环流反并联可逆系统中，环流指的是只流经 而不流经的电流。

为了减小环流，一般采用α β状态。

、有源逆变指的是把 能量转变成 能量后送给 装置。

、给晶闸管阳极加上一定的 电压；在门极加上 电压，并形成足够的 电流，晶闸管才能导通。

、当负载为大电感负载，如不加续流二极管时，在电路中出现触发脉冲丢失时与 电路会出现失控现象。

、三相半波可控整流电路，输出到负载的平均电压波形脉动频率为 ；而三相全控桥整流电路，输出；这说明 电路的纹波系数比 电路要到负载的平均电压波形脉动频率为小。

、造成逆变失败的原因有 、 、 、 等几种。

、 提高可控整流电路的功率因数的措施有 、 、 、 等四种。

、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于 电流之前，如去掉 脉冲，晶闸管又会关断。

三、选择题（ 分）、在单相全控桥整流电路中，两对晶闸管的触发脉冲，应依次相差 度。

、 度； 、 度； 、 度； 、 度；、α 度时，三相半波可控整流电路，在电阻性负载时，输出电压波形处于连续和断续的临界状态。

、 度； 、 度； 、 度； 、 度；、通常在晶闸管触发电路中，若改变 的大小时，输出脉冲相位产生移动，达到移相控制的目的。

、同步电压； 、控制电压； 、脉冲变压器变比；、可实现有源逆变的电路为 。

、单相全控桥可控整流电路 、三相半控桥可控整流电路、单相全控桥接续流二极管电路 、单相半控桥整流电路、由晶闸管构成的可逆调速系统中，逆变角β 选 时系统工作才可靠。

、 、 、 、四、问答题（每题 分， 分）、什么是逆变失败？形成的原因是什么？、为使晶闸管变流装置正常工作，触发电路必须满足什么要求？五、分析、计算题：（每题 分， 分）、 三相半波可控整流电路，整流变压器的联接组别是 — ，锯齿波同步触发电路中的信号综合管是 型三极管。

填空题电力电子技术包括电力电子器件、电力电子电路和控制技术 3个部分。

现代电力电子器件分为不可控型器件、半控型器件和全控型器件三类。

电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管三种。

晶闸管的外形大致有塑封形、平板型和螺栓形三种。

晶闸管额定电流与有效值电流的关系 IT=1.57IT(AV)。

双向晶闸管的门极控制方式有两种：移向触发和过零触发。

2.判断题（×）1）普通晶闸管内部有两个PN结。

（×）2）普通晶闸管外部有3电极，分别是基极、发射极和集电极。

（√）3）型号为KP50-7的半导体器件，是一额定电流为50A的普通晶闸管。

（×）4)只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。

（×）5）只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。

（×）6）晶闸管加上阳极电压后，不给门极加触发电压，晶闸管就会导通。

（×）7）加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。

3.选择题1）在型号KP100-10G中，数字10表示（ C ）。

A、额定电压为10VB、额定电流为10AC、额定电压为1000VD、额定电流为100A2)晶闸管内部有（ C ）PN结。

A、1个B、2个C、3个D、4个3）晶闸管的3个引出电极分别是（ B ）A、阳极、阴极、栅极B、阳极、阴极、门极C、栅极、漏极、源极D、发射极、基极、集电极4）普通晶闸管的额定通态电流是用（ A ）表示。

A、流过晶闸管的平均电流B、直流输出平均电流C、整流输出电流有效值D、交流有效值5）当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在（ B ）A、导通状态 B、关断状态 C、饱和状态 D、不定6）处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极与阴极间加正向电压，且在门极与阴极间作（ C ）处理才能使其开通。

A、并联一电容B、串联一电感C、加正向触发电压D、加反向触发电压7）在晶闸管工作过程中，管子本身产生的管耗等于管子两端电压乘以（ A ）A、阳极电流B、门极电流C、阳极电流与门极电流之差D、阳极电流与门极电流之和填空题典型的全控型器件主要有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双型晶体管四种。

单相半波可控整流电路电阻性负载在生产实际中，有一些负载基本上是属于电阻性的，如电炉、电解、电镀、电焊及白炽灯等。

电阻性负载的特点是：负载两端的电压和流过负载的电流成一定的比例关系，且两者的波形相似；负载电压和电流均允许突变。

图8.8（a）即为单相半波可控整流电路带电阻性负载时的电路，它由晶闸管VT、负载电阻和变压器T主要来变换电压，其次它还有隔离一、二次侧的作用。

我们用、分别表示一次侧和二次侧电压的瞬时值；为一次侧电压有效值，为二次侧电压有效值，的大小是由负载所需的直流输出平均电压值来决定；、分别表示整流后的输出电压、电流的瞬时值；、分别为晶闸管两端电压和流过晶闸管电流的瞬时值；、分别为流过变压器一次侧绕组和二次侧绕组电流的瞬时值。

图8.8 单相半波可控整流带电阻性负载（a）电路图（b）波形图在单相可控整流电路中，从晶闸管开始承受正向电压，到其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度()称为控制角（也叫移相角），用表示；晶闸管在一个周期内导通的电角度（）称为导通角，用表示，且在此电路中有的关系。

直流输出电压的平均值为（8.11）可见它是角的函数，通过改变角的大小就可以起到调节的目的。

当时，波形为一完整的正弦半波波形，此时输出电压为最大，用表示，。

随着的增大，将减小，至时，。

所以该电路角的移相范围。

直流输出电流的平均值为（8.12）而负载上得到的直流输出电压有效值和电流有效值分别为（8.13）（8.14）又因为在单相可控整流半波电路中，晶闸管与负载电阻以及变压器二次侧绕组是串联的，故流过负载的电流平均值即是流过晶闸管的电流平均值；流过负载的电流有效值也是流过晶闸管电流的有效值，同时也是流过变压器二次侧绕组电流的有效值，即存在如下关系（8.15）（8.16）流过晶闸管的电流的波形系数为（8.17）当时，即为单相半波波形，，与晶闸管额定电流定义的情况一致。

根据图8.8(b)中的波形可知，晶闸管可能承受的正反向峰值电压均为（8.18）另外，对于整流电路而言，通常还要考虑其功率因数和对电源的容量S的要求。

1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）1.1单相桥式全控整流电路电路结构（阻-感性负载）单相桥式全控整流电路用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。

单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）电路图如图1所示图1. 单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）1.2单相桥式全控整流电路工作原理（阻-感性负载）1）在u2正半波的（0~α）区间：晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。

假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。

2）在u2正半波的ωt=α时刻及以后：在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。

电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。

3）在u2负半波的（π~π+α）区间：当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。

在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。

4）在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后：在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流。

此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。

晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。

1.3单相桥式全控整流电路仿真模型（阻-感性负载）单相桥式全控整流电路（阻-感性负载）仿真电路图如图2所示：图2 单相双半波可控整流电路仿真模型（阻-感性负载）电源参数，频率50hz，电压100v，如图3图3.单相桥式全控整流电路电源参数设置VT1,VT4脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟α/360*0.02，如图4图4. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置VT2,VT3脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟（α+180）/360*0.02，如图5图5. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置1.4单相桥式全控整流电路仿真参数设置（阻-感性负载）设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°。

电力电子课程设计课题：单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路系部：电气与信息工程系班级：电气姓名：学号：指导老师：设计时间：摘要伴随着科学技术的飞速进步，做为电力电子技术的重要组成部分，整流电路已经广泛应用于工业中，如机庆、轧钢、造纸、纺织、电镀等领域。

整流电路它可按照以下几种方法分类：1.按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；2.按电路结构可分为桥式电路和零式电路；3.按交流输入相数分为单相电路和多相电路；4.按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。

根据课程设计要求，本设计采用单相桥式全控整流电路，单相全控式整流电路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，变压器利用率高的优点。

AbstractAlong with the rapid scientific and technological progress, as the power electronics technology an important component of the rectifier circuit has been widely used in industries, such as machine IP, rolling, paper, textile, electroplating and other fields. It can rectifier circuit according to the following classification of several ways : 1. By component devices can be divided into uncontrollable, semi-controlled, three-wide control; 2. by the circuit structure can be divided into bridge circuit and zero circuit; 3. by the exchange of input phase is divided into several single-phase circuit and multiphase circuit; 4. by the current transformer secondary side in the direction of the one-way or two-way, the film is divided into single-and double-circuit film circuit. According to the curriculum design, the design of single-phase rectifier bridge-control circuit all single-phase controlled rectifier circuit output current pulse of small, high power factor, Current transformer secondary to reverse two large semi-wave, DC magnetization is no problem, transformers high utilization rate advantages.目录摘要 (1)前言 (3)1、课程设计任务书1.1 设计题目 (4)1.2 设计目的 (4)1.3 设计要求 (4)1.4 设计任务 (4)1.5设计参数 (4)2、可控整流电路的分类及一般结构图2.1 可控整流电路的分类 (5)2.2 可控整流电路的一般结构图 (5)3、方案的论证与选择3.1 负载的选择 (6)3.2 整流电路的选择 (9)3.2.1 晶闸管介绍 (9)3.2.2整流电路的方案与选择 (11)3.3 控制电路的选择 (12)3.3.1 单结晶体管介绍 (12)3.3.2 控制电路的论述与选择 (14)3.4保护电路的设计 (15)3.4.1 过电流保护电路 (15)3.4.2 过电压保护电路 (16)4、主电路的设计4.1 总电路原理图 (17)4.2 原理图分析 (17)4.3 参数的计算 (18)5、心得体会 (19)6、参考文献 (19)前言我们这次的任务是电力电子技术课程设计，以培养学生的工作能力为目的，使学生逐步提高获取知识的能力，学会解决工程问题的思维方法和工作方法。