電力電子實習(xí)報告2.

1、1任務(wù)提出與方案論證現(xiàn)在,人們越來越注意用電安全和打造節(jié)約型社會，因此,那種大小可調(diào)的直流 電源越來越受到人們的重視。此次設(shè)計的任務(wù)就是設(shè)計一個基于單相橋式半控整 流電路的可調(diào)直流電源。1.1設(shè)計要求1、電源電壓：交流220V/50HZ2、輸出電壓范圍:20V-50V (40V3、最大輸出電流:10A4、具有過流保護功能，動作電流:12A5、具有穩(wěn)壓功能6電源效率不低于70%1.2方案的論證與設(shè)計觸發(fā)電路是本電路的核心部分，也是一個難點。晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、 過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖有如下要求：(1觸發(fā)電路的觸發(fā)信號必須在晶閘管門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)。同時

2、要求脈沖功率不超過允許瞬時最大功率限制線和平均功率限制線。(2觸發(fā)脈沖應(yīng)具有一定的寬度和幅度，觸發(fā)脈沖消失前，陽極電流應(yīng)能上升至擎 住電流，保證晶閘管可靠開通。(3觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。(4觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個周期都以相同的控制角被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，兩者的頻率應(yīng)該相同，而且要有固定 的相位關(guān)系，以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。對觸發(fā)電路的選擇有以下二種方案：方案一:單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路由自激振蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成。電路如圖1-1所示：圖1-1單結(jié)晶體管移相觸

3、發(fā)電路圖對于此電路，改變電位器RP的數(shù)值可以調(diào)節(jié)輸出脈沖電壓的頻率。但是 (RV1+RS的阻值不能太小，否則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通之后，電源經(jīng)過RV1和RS供給的 電流較大，單結(jié)晶體管的電流不能降到谷點電流之下，電容電壓始終大于 谷點電壓， 因此，單結(jié)晶體管就不能截止,造成單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。當(dāng)然,(RV1+RS的阻值 也不能太大，否則充電太慢，使晶閘管的最大導(dǎo)通角受到限制,減小移相范圍。一般 (RV1+RS是幾千歐到幾十千歐。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路輸出的脈沖電壓的寬度，主要決定于電容器放電的時間 常 數(shù)。R1或C2太小放電快,觸發(fā)脈沖的寬度小，不能使晶閘管觸發(fā)。因為晶 閘管從 阻斷狀態(tài)到完全導(dǎo)通需要

4、一定時間，一般在10uf以下，所以觸發(fā)脈沖的寬度必須在 10uf以上。但是 若C2值太大，由于充電時間常數(shù)(RV1+RS C2的最小值決定于最小 控制角，則(RV1+RS就必須很小，如上所述，這將引起單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。如果 R1太大，當(dāng)單結(jié)晶體管尚未導(dǎo)通時，其漏電流就 可能在R1上產(chǎn)生較大的電壓，這個電 壓加在晶閘管的控制極上而導(dǎo)致誤觸發(fā)。方案二:鋸齒波垂直移相相控觸發(fā)電路輸出可為雙窄脈沖(適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路，也可為單窄脈沖。五個基本環(huán)節(jié)：同步環(huán)節(jié)、鋸齒波的形成和脈沖移相、脈沖的形成與放大。1.3方案的確定經(jīng)過全方位的對比，使電路的設(shè)計更加合理化，切合技術(shù)指標的標準，覺得使用

5、 方案二比較好。2總體設(shè)計晶閘管相控整流電路中隨著觸發(fā)角a的增大，電流中諧波分量相應(yīng)增大，因此功率因素很低。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就構(gòu)成了 PWM整 流電路。通過對PWM整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸出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。2.1總體設(shè)計框圖電路組成包括電源模塊、 控制電路、觸發(fā)電路以及過流保護電路，如圖2-1所 示。負載申源> 變流電路過流保護電1 路驅(qū)動電路同步電路移相挖制電路J電'11帀圖2-1電路組成框圖2.2方框圖的論述各部分功能：控制電路:綜合系統(tǒng)信息進行處理，產(chǎn)生和負載所需電壓相適應(yīng)的相位控制信號同步電路:

6、獲得與交流源同步的正弦交流信號，確定各元件自然換相點和移 相 范圍移相控制電路：由相位控制信號和同步信號結(jié)合，產(chǎn)生移相脈沖信號。驅(qū)動電路:移相脈沖信號進行整形處理，產(chǎn)生所需的觸發(fā)脈沖信號3詳細設(shè)計及仿真在本章節(jié)當(dāng)中，將對本設(shè)計中各單元電路的具體設(shè)計方案、元器件的選擇作進一步論述。3.1主電路的設(shè)計主電路主要包括單相橋式半控整流電路，其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示圖3-1單相橋式半控整流電路3.1.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理(1晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別命名為P1、N1、P2、N2四個 區(qū)。P1區(qū)引出陽極A , N2區(qū)引出陰極K , P2區(qū)引出門極G。四個區(qū)形成J1、 J2、J3三

7、個PN結(jié)。如果正向電壓加到器件上，則J2處于反向偏置狀態(tài)，器件A、 K兩端之間處于阻斷狀態(tài)，只能流過很小的漏電流；如果反向電壓加到器件上，則J1 和J3反偏，該器件也處于阻斷狀態(tài)，僅有極小的反向漏電流通過。(2晶閘管的工作原理晶閘管導(dǎo)通的工作原理可以用雙晶體管模型來解釋 ，如圖2-3所示。如在器件 上取一傾 斜的截面，則晶閘管可以看作由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管 V1、V2組合而成。如果外電路向門極注入電流IG ,也就是注入驅(qū)動電流，則IG流 入晶體管V2的基極。即產(chǎn)生集電極電流Ic2，它構(gòu)成晶體管V1的基極電流，放大成 集電極電流Ic1,又進一步增大V2的基極電流，如此形成強烈的正反饋，最后V1和 V2進入完全飽和狀態(tài)，即晶閘管導(dǎo)通。此時如果撤掉外電路注入門極的電流IG ,晶 閘管由于內(nèi)部已形成了強烈的正反饋會仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。而若要使晶閘管關(guān)斷，必須去掉陽極所加的正向電壓，或者給陽極施加反壓，或者設(shè)法使流過晶閘管的電流 降低到接近于零的某一數(shù)值以下