單相橋式可控整流電路設(shè)計(jì)

1、題目單相橋式全控整流電路姓 名：_所在學(xué)院：_ 所學(xué)專業(yè)：班級_學(xué)號指導(dǎo)教師：_完成時間：_目 錄摘要3課程設(shè)計(jì)的目的及要求4第1章 總體設(shè)計(jì)方案511總體設(shè)計(jì)思路512主電路設(shè)計(jì) 5第2章 觸發(fā)電路的選擇與設(shè)計(jì) 7 2.1晶閘管的觸發(fā)電路7 2.2鋸齒波觸發(fā)電路82.3集成化晶閘管移相觸發(fā)電路9第3章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 10 3.1過電壓保護(hù)103.2過電流保護(hù)11第4章元器件參數(shù)計(jì)算選取與總電路圖124.1整流電路參數(shù)計(jì)算124.2元件型號的選擇144.3電路總接線圖：15第5章 心得與體會16參考文獻(xiàn)17摘要單相橋式可控整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其效率高原理及結(jié)構(gòu)簡單在單相

2、整流電路中應(yīng)用較多，在設(shè)計(jì)單相橋式可控整流電路時，從總電路電路出發(fā)根據(jù)負(fù)載擇優(yōu)選著方便的同步觸發(fā)電路，并逐一設(shè)置各種保護(hù)電路使電路安全有效的運(yùn)行，最終達(dá)到整流的目的。 課程設(shè)計(jì)目的及要求一. 課程設(shè)計(jì)的目的其目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的變流電路原理的基礎(chǔ)知識，獨(dú)立進(jìn)行查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報告，進(jìn)一步加深對變流電路基本理論的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二. 課程設(shè)計(jì)的要求（1） 熟悉整流和觸發(fā)電路的基本原理，能夠運(yùn)用所學(xué)的理論知識分析設(shè)計(jì)任務(wù)。（2）掌握基本電路的數(shù)據(jù)分析、處理；描繪波形并加以判斷。（3）能正確設(shè)計(jì)電路，畫出線路圖，分析電路原理。

3、（4）按時參加課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，定期匯報課程設(shè)計(jì)進(jìn)展情況。（5）廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料。（6）獨(dú)立思考，刻苦鉆研，嚴(yán)禁抄襲。（7）按時完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，認(rèn)真、正確地書寫課程設(shè)計(jì)報告。（8）培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)。第1章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 總的設(shè)計(jì)方案電源 變壓器 整流電路 負(fù)載 變壓器觸發(fā)電路1.2主電路的設(shè)計(jì)主電路原理圖及其工作波形 <1>、電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載時輸出波形：2>、電感性負(fù)載 電感型負(fù)載時輸出波形：<3>、帶反電動勢負(fù)載帶反電動勢負(fù)載時輸出波形：b)idOEudwtIdOwtaqd第二章 觸發(fā)器的選擇與設(shè)計(jì)2.1 晶閘管的觸發(fā)電路

4、常見的晶閘管觸發(fā)電路（1） 由V1、V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。（2） 當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。（3） VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TM釋放其儲存的能量而設(shè)的。（4） 為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它電路環(huán)節(jié)。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求（1） 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)該保證晶閘管的可靠導(dǎo)通，對感性和反電動勢負(fù)載的變流器采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，對變流器的啟動，雙星型帶平衡電抗器電路的觸發(fā)脈沖應(yīng)該寬于30°，三相全控橋式電路應(yīng)小于60°或采用

5、相隔60°的雙窄脈沖。（2） 脈沖觸發(fā)應(yīng)有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的35倍，脈沖前沿的陡度也要增加。一般需達(dá)1-2A/us（3） 所提供的觸發(fā)脈沖不應(yīng)超過晶閘管門極的電壓、電流和額定功率，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。（4） 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及主電路的電氣隔離。2.2鋸齒波的觸發(fā)電路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。三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。脈沖形成環(huán)節(jié)由晶體管V4、V5組成，V7、V8起脈沖放大作用。控制

6、電壓uco加在V4基極上。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3有關(guān)。鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等，本電路采用恒流源電路。恒流源電路方案由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路同步環(huán)節(jié)觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。鋸齒波是由開關(guān)V2管來控制的，V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波鋸齒波起點(diǎn)基本就是

7、同步電壓由正變負(fù)的過零點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度取決于充電時間常數(shù)R1C1。雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)內(nèi)雙脈沖電路：每個觸發(fā)單元的一個周期內(nèi)輸出兩個間隔60°的脈沖的電路。V5、V6構(gòu)成一個“或”門，當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個截止，都會使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應(yīng)的控制角a產(chǎn)生。隔60°的第二個脈沖是由滯后60°相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過V6）。在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此間隔60°，相鄰器件成

8、雙接通，所以某個器件導(dǎo)通的同時，觸發(fā)單元需要給前一個導(dǎo)通的器件補(bǔ)送一個脈沖。最終輸出的脈沖波形為：鋸齒波同步觸發(fā)脈沖不受電網(wǎng)電壓波動與波形畸變的直接影響，抗干擾能力強(qiáng)，而且移相范圍寬。（所以我選取該觸發(fā)器做設(shè)計(jì)。）2.3集成化晶閘管移相觸發(fā)電路 隨著電力電子技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，集成化晶閘管觸發(fā)電路已得到廣泛應(yīng)用。集成化觸發(fā)電路具有體積小、功耗小、性能穩(wěn)定可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。相控集成觸發(fā)器主要有KC系列和KJ系列，廣泛應(yīng)用于晶閘管電力拖動系統(tǒng)、整流供電裝置、交流無觸點(diǎn)開關(guān)，以及交流和直流的調(diào)壓、調(diào)速、調(diào)光等領(lǐng)域。下面介紹KJ004晶閘管移相觸發(fā)電路的工作原理。集成觸發(fā)器KJ004KJ004

9、電路原理圖集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，已逐步取代分立式電路。 KJ004與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。其脈沖輸出波形為右圖所示：第三章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動電路設(shè)計(jì)采用合適的過電壓、過電流、du/dt保護(hù)和di/dt 保護(hù)也是必要的。3.1 過電壓保護(hù)電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)應(yīng)過電壓兩類。外應(yīng)過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：（1）操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓，快速直流開關(guān)

10、的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。（2）雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：（1）換相過電壓：由于晶閘管或者全控器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載流子恢復(fù)，當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會因線路電感而在晶閘管陰陽極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。（2）關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高的頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。過壓保護(hù)要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到定電壓

11、值時，自動開通保護(hù)電路，使過壓通過保護(hù)電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過電壓保護(hù)電路如圖5所示。3.2過電流保護(hù)晶閘管承受過電流的能力很低，若過電流數(shù)值較大且時間較長，則晶閘管會因熱容量小而產(chǎn)生熱擊穿損壞。為了使晶閘管不受損壞，必須設(shè)置過流保護(hù)，使晶交流側(cè)自動開關(guān)或直流側(cè)接觸器跳閘。其動作時間約為100200m

12、s，因此只能保護(hù)因機(jī)械過負(fù)載而引起的過電流，或在短路電流不大時，對晶閘管起保護(hù)作用。（1） 直流快速開關(guān) 對于大容量高功率經(jīng)常容易短路的場合，可采用動作時間只有2ms的直流快速開關(guān)。它的斷弧時間僅有2530ms，裝在直流側(cè)可有效的用于直流側(cè)的過載保護(hù)與短路保護(hù)。它經(jīng)特殊的設(shè)計(jì)，可以先于快速熔斷器熔斷而保護(hù)晶閘管。但此開關(guān)昂貴復(fù)雜，使用不多。快速熔斷器閘管在被損壞之前就迅速切斷電流，并斷開橋臂中的故障元件，以保護(hù)其他元件。晶閘管過流保護(hù)措施有以下幾種。（2） 交流短路器 交流短路器的作用是當(dāng)過電流超過其整定值時動作，切斷變壓器一次側(cè)交流電路，使變壓器退出運(yùn)行。短路器動作時間較長，約為100200

13、ms。晶閘管不能在這樣長的時間里承受過電流，故它只能作為變流裝置的后備保護(hù)。（3） 進(jìn)線電抗器 進(jìn)線電抗器串接在變流裝置的交流進(jìn)線側(cè)，以限制過電流。其缺點(diǎn)是有負(fù)載時會產(chǎn)生較大的壓降，增加了線路損耗。 （4） 過電流繼電器（5） 過電流繼電器可安裝在直流側(cè)或交流側(cè)，在發(fā)生過電流時動作，使 熔斷器是最簡單有效的且應(yīng)用普遍的過流保護(hù)器件。針對晶閘管的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)了快速熔斷器，簡稱快熔。其熔斷時間小于20ms，能很快的熔斷，達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的。 快熔的選擇：快熔的額定電壓URN不小于線路正常工作電壓的均方根值；快熔的額定電流IRN應(yīng)按它所保護(hù)的原件實(shí)際流過的電流的均方根值來選擇，而不是根據(jù)元件型號

14、上標(biāo)出的額定電流IT來選擇，一般小于被保護(hù)晶閘管的額定有效值1.57IT?？烊劢臃ㄈ缬遥浩渲薪涣鱾?cè)接快速熔斷器能對晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用，但要求正常工作時，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對元件的短路故障所起的保護(hù)作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對負(fù)載短路起保護(hù)作用，對元件無保護(hù)作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對元件的保護(hù)作用最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^同個電流因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時動作。第四章 元器件參數(shù)計(jì)算選取與總電路圖（假設(shè)負(fù)載為220v電動機(jī)。

15、）4.1整流電路參數(shù)計(jì)算 純電阻負(fù)載時： 由圖知晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為 和 整流電壓平均值為：=0時，Ud= Ud0=0.9U2。=180°時，Ud=0?？梢姡堑囊葡喾秶鸀?80°。向負(fù)載輸出的直流電流平均值為： 流過晶閘管的電流平均值： 流過晶閘管的電流有效值為：變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為有上兩式得不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2。阻感負(fù)載時整流電壓平均值為：當(dāng)a=0時，Ud0=0.9U2。a=90°時，Ud=0。晶閘管移相范圍為90°。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。 晶閘管導(dǎo)通角

16、q與a無關(guān)，均為180°，其電流平均值和有效值分別為：和。變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180°的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。4. 2元件型號選擇1、變壓器T的變比為11：1。2、晶閘管的選取整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為Ud0.9 U2 cosa0.9×220×cos0°198VI2Id100(A)晶閘管承受的最大正反向電壓為：U220311（V）流過每個晶閘管的電流的有效值為：IVTId70.7（A）故晶閘管的額定電壓為：UN(23)×311622933（V）晶閘管的額定電流為

17、： IN(1.52)×70.71.5767.590.1（A）其型號為KP100-4。3、快速熔斷器的選擇IRN=70.7A可選用RSF-1 500/80型號的。其額定電壓500V，額定電流80A。4、壓敏電阻的選擇漏電流為1mA時的額定電壓U1mA應(yīng)大于等于1.3 U。U為壓敏電阻兩端正常工作電壓的有效值； 可選擇MY31-410/3 普通型壓敏電阻器，其標(biāo)稱電壓410V，通流容量為3KA。5、并聯(lián)于晶閘管兩端的RC為： R2 =20, C2=0.25f。6、電感L的作用是平波，防止電流發(fā)生斷續(xù)現(xiàn)象。其值要足夠大。 根據(jù)公式 =6.3H 7.經(jīng)計(jì)算下圖中R1=5，C1=13.6f。4

18、.3電路總接線圖：第五章 心得與體會電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它訓(xùn)練了我們的綜合運(yùn)用學(xué)過的變流電路原理的基礎(chǔ)知識，獨(dú)立進(jìn)行查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報告，進(jìn)一步加深對變流電路基本理論的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是配合變流電路理論教學(xué)，為我們自動化和電氣工程及其自動化專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)技能設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)對我們是一個非常重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過設(shè)計(jì)，使我們鞏固和加深了對變流電路基本理論的理解，提高了運(yùn)用電路基本理論分析和處理實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。而這次初次嘗試電子版的設(shè)計(jì)又提高了我對電腦的運(yùn)用技能，并嘗試用AutoCAD作圖，同樣也有效的利用了網(wǎng)上大量的學(xué)習(xí)資源，讓我在設(shè)計(jì)上比以前有所超越?？傊@次設(shè)計(jì)大大的提高了我的綜合的學(xué)習(xí)能力，讓我能