单相桥式整流电路优秀课程设计.doc

湖南工学院
课程设计说明书

课 题: 单相桥式整流电路设计
专 业: 电气自动化
班 级: XXXXXX
姓 名: XXXXXX
学 号： XXXXX
指导老师： XXXXX
前 言

伴随科学技术日益发展,大家对电路要求也越来越高,因为在生产实际中需要大小可调直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它能够方便地得到大中、小多种容量直流电能,是现在取得直流电能关键方法,得到了广泛应用。不过晶杂管相控整流电路中伴随触发角α增大，电流中谐波分量对应增大，所以功率原因很低。把逆变电路中SPWM控制技术用于整流电路，就组成了PWM整流电路。经过对PWM整流电路合适控制，能够使其输入电流很靠近正弦波，且和输入电压同相位，功率原因近似为1。这种整流电路称为高功率原因整流器，它含有广泛应用前景
因为电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成多种电力变换电路实现电能和变换和控制，而组成一门完整学科。故其学习方法和电子技术和控制技术有很多相同之处，所以要学好这门课就必需做好试验和课程设计，所以我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用很广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于扎实基础，故我们单结晶体管触发单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程课程设计课题。

目 录

1. 设计任务说明…………………………………………………………1.
2. 方案选择………………………………………………………………2
2.1器件介绍………………………………………………………2
2.2整流电路比较…………………………………………………5
3. 辅助电路设计………………………………………………………7
3.1 驱动电路设计……………………………………………7
3.2 保护电路设计……………………………………………11
3.3 过压保护……………………………………………………12
3.4 电流上升率、电压上升率抑制保护……………………13
4. 主体电路设计………………………………………………………14
4.1 关键电路原理及说明……………………………………………14
4.2 感性负载可控整流电路…………………………………………15
4.3 主电路设计……………………………………………………17
4.5 关键元器件说明………………………………………………18
4.5 性能指标分析……………………………………………………20
4.6 元器件清单………………………………………………………20
5. 设计总结……………………………………………………………22
6. 参考文件……………………………………………………………23
7. 鸣谢…………………………………………………………………24

1.单相桥式整流电路设计任务书

1.设计任务和要求：
（1）设计任务：
1、进行设计方案比较，并选定设计方案；
2、完成单元电路设计和关键元器件说明；
3、完成主电路原理分析,各关键元器件选择；
4、驱动电路设计,保护电路设计；
（2）设计要求：
1、单相桥式相控整流设计要求为：
1).负载为感性负载,L=700mH,R=500欧姆.
2、技术要求:
(1). 电网供电电压为单相220V；
(2). 电网电压波动为+5%－-10%；
(3). 输出电压为0～100V.

2. 方案选择

单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接负载性质不一样就会有不一样特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载工作情况。
单相半控整流电路优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（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，变压器不能充足利用。而单相全控式整流电路含有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高优点。
  单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同负载下流过晶闸管平均电流减小二分之一；且功率因数提升了二分之一。
单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中极少采取，在中小功率场所采取更多是单相全控桥式整流电路。
依据以上比较分析所以选择方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。

2.1.元器件选择

2.1.1晶闸管介绍
晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--SCR），开辟了电力电子技术快速发展和广泛应用崭新时代; 20世纪80年代以来，开始被性能愈加好全控型器件替换。能承受电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中关键器件。晶闸管往往专指晶闸管一个基础类型--一般晶闸管。广义上讲，晶闸管还包含其很多类型派生器件

2.1.1.1晶闸管结构
晶闸管是大功率器件，工作时产生大量热，所以必需安装散热器。
外行:螺栓型和平板型两种封装
　 引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。
　 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能和散热器紧密联接且安装方便
平板型封装晶闸管可由两个散热器将其夹在中间
内部结构:四层三个结图2.1.1.1

图2.1.1.1 晶闸管外形、内部结构、电气图形符号和模块外形
a)晶闸管外形 b)内部结构 c)电气图形符号 d)模块外形

2.1.1.2 晶闸管工作原理图
晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极，图1.2(左)所表示。因为含有扩散工艺，含有三结四层结构一般晶闸管能够等效成图2.1.1.2（右）所表示两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成等效电路。

图2.1.1.2晶闸管内部结构和等效电路
晶闸管驱动过程更多是称为触发，产生注入门极触发电流ＩＧ电路称为门极触发电路。也正是因为能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。
　 其它多个可能导通情况：
1）阳极电压升高至相当高数值造成雪崩效应
2）阳极电压上升率du/dt过高
3）结温较高
4）光直接照射硅片，即光触发：光控晶闸管
只有门极触发是最正确、快速而可靠控制手段。
2.1.2 可关断晶闸管
可关断晶闸管简称GTO。它含有一般晶闸管全部优点，如耐压高，电流大等。同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下导通，在负脉冲电流触发下关断。

2.1.2.1可关断晶闸管结构
GTO内部结构和一般晶闸管相同，全部是PNPN四层结构，外部引出阳极Ａ、阴极Ｋ和门极Ｇ图1.3。和一般晶闸管不一样， GTO是一个多元胞功率集成器件，内部包含十个甚至数百个共阳极小GTO元胞，这些GTO元胞阴极和门极在器件内部并联在一起，使器件功率能够抵达相当大数值。

2.1.2.1 GTO结构、等效电路和图形符号

2.1.2.2 可关断晶闸管工作原理
GTO导通机理和SCR是完全一样。 GTO一旦导通以后，门极信号是能够撤消，在制作时采取特殊工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像一般晶闸管那样处于深饱和状态，这么能够用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。 GTO在关断机理上和SCR是不一样。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。

2.1.3 晶闸管派生器件
在晶闸管家族中，除了最常见一般型晶闸管之外，依据不一样实际需要，珩生出了一系列派生器件，关键有快速晶闸管（FST）、双向晶闸管（TRIAL）、可关断晶闸管（GTO）、逆导晶闸管、（RCT）和光控晶闸管。

2.2整流电路
我们知道，单相整流器电路形式是多种多样，整流结构也是比较多。所以在做设计之前我们关键考虑了以下多个方案：
方案一：单相桥式半控整流电路
电路简图以下：

图2.2.1
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，用二极管替换，有利于降低损耗！假如不加续流二极管，当α忽然增大至180°或出发脉冲丢失时，因为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番导通情况，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波形，即为失控。所以必需加续流二极管，以免发生失控现象。
方案二：单相桥式全控整流电路
电路简图以下：

图2.2.2
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，变压器利用率也高。
方案三：单相半波可控整流电路：
电路简图以下：

图 2.2.3
此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VTa 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，增大了设备容量。实际上极少应用此种电路。

方案四：单相全波可控整流电路：
电路简图以下：

图 2.2.4
此电路变压器是带中心抽头，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，所以少了一个管压降，对应地，门极驱动电路也少2个，不过晶闸管承受最大电压是单相全控桥2倍。不存在直流磁化问题，适适用于输出低压场所作电流脉冲大（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，变压器不能充足利用。而单相全控式整流电路含有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高优点。相同负载下流过晶闸管平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在均电流减小二分之一；且功率因数提升了二分之一。
依据以上比较分析所以选择方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。
总而言之，针对她们优缺点，我们采取方案二，即单相桥式全控整流电路。

3 驱动电路设计
3.1驱动电路设计
3.1.1触发电路论证和选择
3.1.1.1单结晶体管工作原理
单结晶体管原理单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一个只有PN结和两个电阻接触电极半导体器件，它基片为条状高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。其结构，符号和等效电图3.1.1.1所表示。

图3.1.1.1

3.1.1.2单结晶体管特征
从图一能够看出，两基极b1和b2之间电阻称为基极电阻。
Rbb=rb1+rb2
式中：Rb1——第一基极和发射结之间电阻，其数值随发射极电流ie而改变，rb2为第二基极和发射结之间电阻，其数值和ie无关；发射结是PN结，和二极管等效。
若在两面三刀基极b2，b1间加上正电压Vbb，则A点电压为：
VA=[rb1/（rb1+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=ηVbb
式中：η——称为分压比，其值通常在0.3—0.85之间，假如发射极电压VE由零逐步增加，就可测得单结晶体管伏安特征，见图二：

图3.1.1.2单结晶体管伏安特征
（1）当Ve〈ηVbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小漏电流Iceo。
（2）当Ve≥ηVbb+VD VD为二极管正向压降（约为0.7V），PN结正向导通，Ie显著增加，rb1阻值快速减小，Ve对应下降，这种电压随电流增加反而下降特征，称为负阻特征。管子由截止区进入负阻区临界P称为峰点，和其对应发射极电压和电流，分别称为峰点电压Ip和峰点电流Ip。Ip是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需最小电流，显然Vp=ηVbb。
（3）伴随发射极电流Ie不停上升，Ve不停下降，降到V点后，Ve不再下降了，这点V称为谷点，和其对应发射极电压和电流，称为谷点电压Vv和谷点电流Iv。
（4）过了V后，发射极和第一基极间半导体内载流子达成了饱和状态，所以uc继续增加时，ie便缓慢上升，显然Vv是维持单结晶体管导通最小发射极电压，假如Ve〈Vv，管子重新截止。
单结晶体管关键参数
（1）基极间电阻Rbb发射极开路时，基极b1，b2之间电阻，通常为2-10千欧，其数值随温度上升而增大。
（2）分压比η由管子内部结构决定参数，通常为0.3--0.85。
（3）eb1间反向电压Vcb1 b2开路，在额定反向电压Vcb2下，基极b1和发射极e之间反向耐压。
（4）反向电流Ieo b1开路，在额定反向电压Vcb2下，eb2间反向电流。
（5）发射极饱和压降Veo在最大发射极额定电流时，eb1间压降。
（6）峰点电流Ip单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时发射极电流。

3.1.2触发电路
晶闸管触发关键有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生触发脉冲要求：
1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
2）触发信号应有足够功率（触发电压和触发电流）。
3）触发脉冲应有一定宽度，脉冲前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能快速上升超出掣住电流而维持导通。
4）触发脉冲必需和晶闸管阳极电压同时，脉冲移相范围必需满足电路要求。

3.1.2.1 单结晶体管触发电路
由单结晶体管组成触发电路含有简单、可靠、抗干扰能力强、温度赔偿性能好，脉冲前沿徒等优点，在容量小晶闸管装置中得到了广泛应用。她由自激震荡、同时电源、移相、脉冲形成等部分组成，电路图如3.1.2.2（a）所表示。

3.1.2.2 单结晶体管自激震荡电路
利用单结晶体管负阻特征和RC电路充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变脉冲。
从图3.1.2.2（a）可知，经D1-D2整流后直流电源UZ一路径R2、R1加在单结晶体管两个基极b1、b2之间，另一路经过Re对电容C充电，发射极电压ue=uc按指数规律上升。Uc刚冲点到大于峰点转折电压Up瞬间，管子e-b1间电阻忽然变小，开始导通。电容C开始经过管子e-b1快速向R1放电，因为放电回路电阻很小，故放电时间很短。伴随电容C放电，电压Ue小于一定值，管子BT又由导通转入截止，然后电源又重新对电容C充电，上述过程不停反复。在电容上形成锯齿波震荡电压，在R1上得到一系列前沿很陡触发尖脉冲us， 图3.1.2.2（b）所表示，其震荡频率为
f=1/T=1/ReCLn(1/1-η)
式中η=0.3～0.9是单结晶体管分压比。即调整Re，可调整振荡频率

图3.1.2.2 单结晶体管触发电路及波形

3.1.3同时电源
步电压又变压器TB取得，而同时变压器和主电路接至同一电源，故同时电压于主电压同相位、同频率。同时电压经桥式整流、稳压管DZ削波为梯形波uDZ,而削波后最大值UZ既是同时信号,又是触发电路电源.当UDZ过零时,电容C经e-b1、R1快速放电到零电压.这就是说,每半周开始,电容C全部从零开始充电,进而确保每七天期触发电路送出第一个脉冲距离过零时刻(即控制角α)一致,实现同时.

3.1.4移相控制
当Re增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压Up时间增大，第一个脉冲出现时刻推迟，即控制角α增大，实现了移相。

3.1.5脉冲输出
触发脉冲ug由Ｒ1直接取出，这种方法简单、经济，但触发电路和主电路有直接电联络，不安全。对于晶闸管串联接法全控桥电路无法工作。所以通常采取脉冲变压器输出。

3.2保护电路设计
3.2.1 保护电路论证和选择
电力电子系统在发生故障时可能会发生过流、过压，造成开关器件永久性损坏。过流、过压保护包含器件保护和系统保护两个方面。检测开关器件电流、电压，保护主电路中开关器件，预防过流、过压损坏开关器件。检测系统电源输入、输出及负载电流、电压，实时保护系统，预防系统瓦解而造成事故。比如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一个则是采取电子保护电路，检测设备输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超出许可值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流数值。

3.2.2过电流保护
当电力电子变流装置内部一些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；和交流电源电压过高或过低；均能引发装置或其它元件电流超出正常工作电流，即出现过电流。所以，必需对电力电子装置进行合适过电流保护。
采取快速熔断器作过电流保护，其接线图（见图3..2.2）。熔断器是最简单过电流保护元件，但最一般熔断器因为熔断特征不适宜，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有很好快速熔断特征，一旦发生过电流可立即熔断起到保护作用。最好措施是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管电流相同，所以对元件保护作用最好，这里就应用这一方法快熔抑制过电流电路图以下图所表示：
图3.2.2 快速熔短器接入方法
A型熔断器
特点：是熔断器和每一个元件串连，能可靠保护每一个元件。
B型熔断器
特点：能在交流、直流和元件短路时起保护作用，其可靠性稍有降低
C型熔断器
特点：直流负载侧有故障时动作，元件内部短路时不能起保护作用
对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引发过电流，则应该采取电子电路进行保护。常见电子保护原理图如6.2.3所表示

图3.2.3 过流保护原理图

3.3 过压保护
设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入操作过电压和雷击过电压侵袭。同时，设备本身运行中和非正常运行中也有过电压出现。
过电压保护第一个方法是并接R-C阻容吸收回路，和用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。见图3.3.1和图3.3.2

图3.3.1 阻容三角抑制过电压 图3.3.2 压敏电阻过压

过电压保护第二种方法是采取电子电路进行保护。常见电子保护原理图图3.3.3所表示：

图3.3.3 过电压保护电路

3.4 电流上升率、电压上升率抑制保护
1）电流上升率di/dt抑制
晶闸管初开通时电流集中在靠近门极阴极表面较小区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/μs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，会造成PN结击穿，必需限制晶闸管电流上升率使其在适宜范围内。其有效措施是在晶闸管阳极回路串联入电感。以下图3.4所表示:

图3.4 串联电感抑制回路
2）电压上升率dv/dt抑制
加在晶闸管上正向电压上升率dv/dt也应有所限制,假如dv/dt过大，因为晶闸管结电容存在而产生较大位移电流，该电流能够实际上起到触发电流作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引发晶闸管误导通。为抑制dv/dt作用，能够在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。图6.5所表示：
图6.5并联R-C阻容吸收回

4 主体电路设计

4.1关键电路原理及说明

当负载由电阻和电感组成时称为阻感性负载。比如多种电机励磁绕组,整流输出端接有平波电抗器负载等等。单相桥式整流电路带阻感性负载电路图5.1所表示。因为电感储能,而且储能不能突变所以电感中电流不能突变,即电感含有阻碍电流改变作用。当流过电感中电流改变时,在电感两端将产生感应电动势,引发电压降UL
负载中电感量大小不一样，整流电路工作情况及输出Ud、id 波形含有不一样 特点。当负载电感量L较小（即负载阻抗角φ），控制角α〉φ时，负载上电流不连续；当电感L增大时，负载上电流不连续可能性就会减小；当电感L很大，且ωLd》Rd示时，这种负载称为大电感负载。此时大电感阻止负载中电流改变，负载电流连续，可看作一条水平直线。各电量波形图图5—1 所表示。
在电源电压u2 正半周期间， 晶闸管T1 、T2 承受正向电压，若在ωt=α时触发，T1 、T2 导通，电流经T1 、负载、T2 和Tr二次形成回路，但因为大电感存在，u2 过零变负时，电感上感应电动势使T1 、T2 继续导通，直到T3、T4 被触发时，T1 、T2 承受反向电压而截止。输出电压波形出现了负值部分。
在电源电压u2 负半周期间，晶闸管T3、T4 承受正向电压，在ωt=α+π时触发，T3、T4 导通，T1 、T2 反向则制，负载电流从T1 、T2 中换流至T3、T4中。在ωt=2π时，电压u2过零，T3、T4因电感中感应电动势一直导通，直到下个周期T1 、T2 导通时，T3、T4因加反向电压才截止。
值得注意是，只有当α〈=π/2时，负载电流才连续，当α〉π/2时，负载电流不连续，而且输出电压平均值均靠近于零，所以这种电路控制角移相范围是0—π/2。

4.2电感负载可控整流电路

4.2.1 单相全控桥式整流电路

在生产实践中，除了电阻性负载外， 最常见负载还有电感性负载， 如电动机励磁绕组，整流电路中串入滤波电抗器等。 为了便于分析和计算， 在电路图中将电阻和电感分开表示。 

当整流电路带电感性负载时，整流工作物理过程和电压、 电流波形全部和带电阻性负载时不一样。因为电感对电流改变有阻碍作用，即电感元件中电流
图 4.2.1 单相全控桥式整流电路电感性负载及其波形
(a)电路； (b) 电源电压； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压；
(e) 输出电流； (f) 晶闸管V -1 , V -4上电流；

(g) 晶闸管V -2 , V -3上电流；
(h) 变压器副边电流； (i) 晶闸管V -1 , V -4上电压
不能突变，当电流改变时电感要产生感应电动势而阻碍其改变，所以，电路电流改变总是滞后于电压改变。
负载电流连续时，整流电压平均值可按下式计算：

输出电流波形因电感很大，平波效果很好而呈一条水平线。两组晶闸管轮番导电，一个周期中各导电180°， 且和α无关， 变压器二次绕组中电流i2波形是对称正、负方波。负载电流平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1。在这种情况下： 
当α=0°时，Ud=0.9U2； 
当α=90°时，Ud=0，其移相范围为90°。 
晶闸管承受最大正、反向电压全部是。
流过每个晶闸管电流平均值和有效值分别为

4.3主电路设计
4.3.1主电路原理图

4.3.2原理图分析
该电路关键由四部分组成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电路组成。输入信号经变压器变压后经过过电保护电路，确保电路出现过载或短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。在电路中还加了防雷击保护电路。然后将经变压和保护后信号输入整流电路中。整流电路中晶闸管在触发信号作用下动作，以发挥整流电路整流作用。
在电路中,过电保护部分我们分别选择快速熔断器做过流保护,而过压保护则采取RC电路。这部分选择关键考虑到电路简单性，所以才这么保护电路部分。整流部分电路则是依据题目标要求，选择我们学过单相桥式整流电路。该电路结构和工作原理是利用晶闸管开关特征实现将交流变为直流功效。触发电路是由设计题目而定，题目要求了用单结晶体管直接触发电路。单结晶体管直接触发电路移相范围改变较大，而且因为是直接触发电路它结构比较简单。首先是方便我们对设计电路中变压器型号选择。

4.4 关键元器件说明
因为单相桥式全控整流带电感性负载主电路关键元件是晶闸管，所以选择元件时关键考虑晶闸管参数及其选择标准。
4.4.1晶闸管关键参数以下：
①额定电压UTn
通常取UDRM和URRM中较小，再取靠近标准电压等级作为晶闸管型额定电压。在选择管子时，额定电压应为正常工作峰值电压2～3倍，以确保电路工作安全。
晶闸管额定电压
UTn ≥（2～3）UTM （4.4.1）
UTM ：工作电路中加在管子上最大瞬时电压
②额定电流IT(AV)
IT(AV) 又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40°和要求冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角大于170°电路中，结温不超出额定结温时，所许可最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近电流等级即为晶闸管额定电流。
要注意是若晶闸管导通时间远小于正弦波半个周期，即使正向电流值没超出额定值，但峰值电流将很大，可能会超出管子所能提供极限，使管子因为过热而损坏。
在实际使用时不管流过管子电流波形怎样、导通角多大，只要其最大电流有效值ITM ≤ ITn ,散热冷却符合要求，则晶闸管发烧、温升就能限制在许可范围。
ITn ：额定电流有效值，依据管子IT(AV) 换算出，
IT(AV) 、ITM ITn 三者之间关系：
（4.4.2）
（4.4.3）
波形系数：有直流分量电流波形，其有效值和平均值之比称为该波形波形系数，用Kf表示。
（4.4.2）
额定状态下， 晶闸管电流波形系数
（4.4.6）
晶闸管承受最大电压为考虑到2倍裕量，取400V.
晶闸管选择标准：
Ⅰ、所选晶闸管电流有效值ITn 大于元件 在电路中可能流过最大电流有效值。
Ⅱ、 选择时考虑（1.5～2）倍安全余量。即ITn ＝1.57 IT(AV) ＝（1.5～2）ITM
（4.4.7）
因为,则晶闸管额定电流为=10A(输出电流有效值为最小值，所以该额定电流也为最小值)考虑到2倍裕量,取20A.即晶闸管额定电流最少应大于20A.
在此次设计中我选择4个KP20-4晶闸管.
Ⅲ、 若散热条件不符合要求要求时，则元件额定电流应降低使用。
③ 通态平均管压降 UT(AV) 。指在要求工作温度条件下，使晶闸管导通正弦波半个周期内阳极和阴极电压平均值，通常在0.4～1.2V。
④ 维持电流IH 。指在常温门极开路时，晶闸管从较大通态电流降到刚好能保持通态所需要最小通态电流。通常IH值从几十到几百毫安，由晶闸管电流容量大小而定。
⑤ 门极触发电流Ig 。在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导通所需门极电流，通常为毫安级。
⑥ 断态电压临界上升率du/dt。在额定结温和门极开路情况下，不会造成晶闸管从断态到通态转换最大正向电压上升率。通常为每微秒几十伏。
⑦ 通态电流临界上升率di/dt。在要求条件下，晶闸管能承受最大通态电流上升率。若晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大电流集中在门极周围小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。

4.4.3 变压器选择
依据参数计算可知:变压器应选变比为2,容量最少为24.2V·A。

4.5性能指标分析：
整流电路性能常见两个技术指标来衡量：一个是反应转换关系用整流输出电压平均值表示；另一个是反应输出直流电压平滑程度，称为纹波系数。
1)整流输出电压平均值
=== （4.5.1）
2)纹波系数
纹波系数用来表示直流输出电压中相对纹波电压大小，即

4.6 元器件清单

元器件
备注
数量
整流变压器
变比为2，容量最少为2.464kv·A
1个
晶闸管
KP20-4
4个
电阻
其中主电路负载电阻最大为500Ω，
若干个
电感
主电路负载700mH
1个
电位器
SW-SPDT
2个
二极管

14个
同时变压器

1个
芯片
TCA785
1块
熔断器
熔断电流为15A
4个
电容

若干个
脉冲变压器

2个

5.设计总结

经过单相全控桥式整流电路设计，使我加深了对整流电路了解，让我对电力电子该课程产生了浓烈爱好。
整流电路设计方法多个多样，且依据负载不一样，又能够设计出很多不一样电路。其中单相全控桥式整流电路其负载我们用多关键是电阻型、带大电感型，接反电动势型。它们各自有自己优点。
对于一个电路设计，首先应该对它理论知识很了解，这么才能设计出性能好电路。整流电路中，开关器件选择和触发电路选择是最关键，开关器件和触发电路选择好，对整流电路性能指标影响很大。
在这次课程设计过程中，碰到难题就是保护电路设计。因为保护电路种类较多，所以要选择一个适合本课题保护电路就比较难。以后经老师，还有同学帮助，选择了一个很好保护电路。
感谢在这次课程设计过程中帮助我老师和同学。

6.参考文件

（1）：浣喜明、姚为正 《电力电子技术》 高等教育出版社
（2）：黄俊 《半导体变流技术》 机械工业出版社 1980
（3）：莫正康 《半导体变流技术》 机械工业出版社 1999
（4）：DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验指导书V3.1版

7.鸣 谢
本课程设计在制作过程中得到了肖文英老师细心指导及很多同学热心帮助，并提出了很多中恳意见，在此表示衷心感谢。本课程设计说明书在编写过程中参考了很多相关图书、电力电子课件和课程设计资料，并引用了相关章节内容，在此表示感谢。