1单相半控桥式整流电路供电方案的选择。
在单相桥式二极管整流电路中，把其中两只二极管换成晶闸管就组成了半控桥式整流电路，这种电路在中小容量场合应用很广。
图1.1电阻性负载的单相半控桥式整流电路。
1.1常见负载。
1)电阻性负载。
晶闸管在a时触发导通，当电源电压过零变负时，电流降到零，晶闸管关断。
控制角0<α￡导通角0<θ￡
输出电压平均值为：
电流平均值id为：
元件承受的最大正反向电压是： 。
流过元件的平均电流为：id/2。
带电阻性负载的单相半控桥式整流电路及电压、电流波形如图1.2。
图1.2带电阻性负载的单相半控桥式整流电路电压、电流波形。
2）电感性负载。
半控桥式整流电路在电感性负载时也采用加接续流二极管的措施。有了续流二极管，当电源电压降到零时，负载电流流经续流二极管，晶闸管因电流为零而关断，不会出现失控现象。若晶闸管的导通角为q，则每周期续流二极管导通时间为2π-2q，因此，输出电压平均值为：
流过每只晶闸管的平均电流和流过续流二极管的平均电流分别为：
元件承受的最大正反向电压是：。
带电感性负载的单相半控桥式整流电路及电压、电流波形如图1.3所示。
图1.3带电感性负载的单相半控桥式整流电路电压、电流波形。
3）反电势负载：
当整流电路输出接有反电势负载时，只有当电源电压的瞬时值大于反电势，同时又有触发脉冲时，晶闸管才能导通，整流电路才有电流输出，在晶闸管关断的时间内，负载上保留原有的反电势。
负载两端的电压平均值比电阻性负载时高。
图1.4带反电势负载的单相半控桥式整流电路。
带反电势负载的单相半控桥式整流电路及电压、电流波形如图1.5所示。
图1.5带反电势负载的单相半控桥式整流电路电压、电流波形。
单相全控桥式整流电路：把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代替即构成全控桥。带电阻性负载时，电路的工作情况与半控桥一样，控制角移相范围也是0～π，输出平均电压、电流的计算公式也与半控桥相同，所不同的仅是全控桥每半周期要求触发两只晶闸管。
带电感性负载且没有续流二极管的情况下，此时输出电压的瞬时值会出现负值，其波形如图所示，这时输出电压平均值为：
1.2具体供电方案。
电源电压：交流100v/50hz；输出功率：500kw；移相范围：30~150。
2单相半控桥式（反电动势、电阻负载）整流电路主电路设计。
2.1主电路原理理。
单相半控桥式（反电动势、电阻负载）整流电路主电路原理图如图2.1所示。
图2.1主电路原理图。
单相半控桥式（反电动势、电阻负载）整流电路主电路电压输出波形如图2.2所示。
图2.1输出电压波形。
2.2变压器二次侧电压的计算。
电源电压：交流100v/50hz；输出功率：500kw；移相范围：30~150；反电势：e=70v；设r=5ω。
2.3变压器。
一、二次侧电流的计算。
p=（ud/r）ud=50v；p=idr；id=10a。
u1/u2=220/100=11/5v；n1/n2=11/5v。
i2=5id /6=25/3a。
2.4变压器容量的计算。
s=u1i1=100×25/3=
2.5变压器型号的选择。
n1:n2=11/5,s=
3电路元件的选择。
3.1整流元件的选择。
由于单相桥式半控反电动势、电阻负载电路主要器件是晶闸管，所以选取元件主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。
3.2晶闸管的结构。
晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，可区分为管芯及散热器两大部分，分别如图a及图b所示。
a） 螺栓型b）平板型。
图3.1晶闸管分类。
图晶闸管管芯及电路符号表示如图3.2所示。
图3.2符号。
管芯是晶闸管的本体部分，由半导体材料构成，具有三个与外电路可以连接的电极：阳极ａ，阴极ｋ和门极（或称控制极）ｇ，其电路图中符号表示如图1-6c）所示。散热器则是为了将管芯在工作时由损耗产生的热量带走而设置的冷却器。
按照晶闸管管芯与散热器间的安装方式，晶闸管可分为螺栓型与平板型两种。螺栓型（图1-6a））依靠螺栓将管芯与散热器紧密连接在一起，并靠相互接触的一个面传递热量。
a）自冷b）风冷c）水冷。
图3.3图晶闸管的散热器。
晶闸管管芯的内部结构如图3.6所示，是一个四层（p1—n1—p2—n2）三端（a、k、g）的功率半导体器件。它是在n型的硅基片（n1）的两边扩散ｐ型半导体杂质层（p1、p2），形成了两个pn结j1、j2。
再在p2层内扩散ｎ型半导体杂质层n2又形成另一个pn结j3。然后在相应位置放置钼片作电极，引出阳极a，阴极k及门极g，形成了一个四层三端的大功率电子元件。这个四层半导体器件由于三个pn结的存在，决定了它的可控导通特性。
图3.4晶闸管管芯的内部结构。
3.3晶闸管的工作原理。
通过理论分析和实验验证表明：
1）只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶闸管才能导通，两者不可缺一。
2）晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电压不必是一个持续的直流电压，只要是一个具有一定宽度的正向脉冲电压即可，脉冲的宽度与晶闸管的开通特性及负载性质有关。这个脉冲常称之为触发脉冲。
3）要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数值之下（约几十毫安）。这可以通过增大负载电阻，降低阳极电压至接近于零或施加反向阳极电压来实现。这个能保持晶闸管导通的最小电流称为维持电流，是晶闸管的一个重要参数。
晶闸管为什么会有以上导通和关断的特性，这与晶闸管内部发生的物理过程有关。晶闸管是一个具有p1—n1—p2—n2四层半导体的器件，内部形成有三个pn结j1、j2、j3，晶闸管承受正向阳极电压时，其中j1、j3承受反向阻断电压，j2承受正向阻断电压。这三个pn结的功能可以看作是一个pnp型三极管vt1（p1—n1—p2）和一个npn型三极管vt2（n1—p2—n2）构成的复合作用，如图3.
5所示。
图3.5晶闸管工作原理。
可以看出，两个晶体管连接的特点是一个晶体管的集电极电流就是另一个晶体管的基极电流，当有足够的门极电流ig流入时，两个相互复合的晶体管电路就会形成强烈的正反馈，导致两个晶体管饱和导通，也即晶闸管的导通。
如果晶闸管承受的是反向阳极电压，由于等效晶体管vt1、vt2均处于反压状态，无论有无门极电流ig，晶闸管都不能导通。
3.4晶闸管的基本特性。
1）静态特性。
静态特性又称伏安特性，指的是器件端电压与电流的关系。这里介绍阳极伏安特性和门极伏安特性。
a.阳极伏安特性。
晶闸管的阳极伏安特性表示晶闸管阳极与阴极之间的电压uak与阳极电流ia之间的关系曲线，如图3.6所示。
图3.6晶闸管阳极伏安特性。
正向阻断高阻区；②负阻区；③正向导通低阻区；④反向阻断高阻区。
阳极伏安特性可以划分为两个区域：第ⅰ象限为正向特性区，第ⅲ象限为反向特性区。第ⅰ象限的正向特性又可分为正向阻断状态及正向导通状态。
b.门极伏安特性。
晶闸管的门极与阴极间存在着一个pn结j3，门极伏安特性就是指这个pn结上正向门极电压ug与门极电流ig间的关系。由于这个结的伏安特性很分散，无法找到一条典型的代表曲线，只能用一条极限高阻门极特性和一条极限低阻门极特性之间的一片区域来代表所有元件的门极伏安特性，如图3.7阴影区域所示。
图3.7晶闸管门极伏安特性。
2)动态特性。
晶闸管常应用于低频的相控电力电子电路时，有时也在高频电力电子电路中得到应用，如逆变器等。在高频电路应用时，需要严格地考虑晶闸管的开关特性，即开通特性和关断特性。
a.开通特性。
晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。图1-12给出了晶闸管的开关特性。在晶闸管处在正向阻断的条件下突加门极触发电流，由于晶闸管内部正反馈过程及外电路电感的影响，阳极电流的增长需要一定的时间。
从突加门极电流时刻到阳极电流上升到稳定值it的10%所需的时间称为延迟时间td，而阳极电流从10%it上升到90%it所需的时间称为上升时间tr，延迟时间与上升时间之和为晶闸管的开通时间tgt=td+tr，普通晶闸管的延迟时间为0.5～1.5μs，上升时间为0.
5～3μs。延迟时间随门极电流的增大而减少，延迟时间和上升时间随阳极电压上升而下降。
b.关断特性。
通常采用外加反压的方法将已导通的晶闸管关断。反压可利用电源、负载和辅助换流电路来提供。
要关断已导通的晶闸管，通常给晶闸管加反向阳极电压。晶闸管的关断，就是要使各层区内载流子消失，使元件对正向阳极电压恢复阻断能力。突加反向阳极电压后，由于外电路电感的存在，晶闸管阳极电流的下降会有一个过程，当阳极电流过零，也会出现反向恢复电流，反向电流达最大值irm后，再朝反方向快速衰减接近于零，此时晶闸管恢复对反向电压的阻断能力。
图3.8 晶闸管的开关特性。
3.5整流元件中电压、电流最大值的计算。
uta=(2~3) u2=2××100=400v
i=(1.5~2)k id=2×0.75×10=15a
3.6整流元件型号的选择。
晶闸管的型号为：kp15-4
4保护元件的选择。
4.1变压器二次侧熔断器的选择。
采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。在选择快熔时应考虑：
1）电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。
2）电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。快熔一般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。
3）快熔的值应小于被保护器件的允许值。
4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。
因为晶闸管的额定电流为10a,快速熔断器的熔断电流大于1.5倍的晶闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为15a。
4.2晶闸管保护电路的选择。
4.2.1过电流保护。
当电力电子变流装置内部某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；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。
过电流保护电路原理图如图4.1所示。
图4.1过流保护原理图。
4.2.2过压保护。
设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电压保护。
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