單相半控橋式晶閘管整流電路

1、目錄1設(shè)計(jì)目的 12設(shè)計(jì)任務(wù) 13主要技術(shù)參數(shù) 14主電路圖 15觸發(fā)電路和保護(hù)電路 25.1觸發(fā)電路 2同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 2集成觸發(fā)器 45.2保護(hù)電路 5過電壓保護(hù) 5過電流保護(hù) 66電路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇 66.1電路參數(shù)計(jì)算 66.2元器件選擇 7晶閘管的選取 7變壓器的選取 7快速熔斷器選取 7過電壓電路的元件選取 87主要節(jié)點(diǎn)電壓和電流波形 8設(shè)計(jì)小結(jié) 12參考文獻(xiàn) 131設(shè)計(jì)目的1、把從電力電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論和實(shí)踐知識(shí)，在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中全面 綜合的加以運(yùn)用，使這些知識(shí)得到鞏固、提高，并使理論知識(shí)與實(shí)踐技能密切結(jié) 合起來；2、初步樹立起正確的設(shè)計(jì)思想，掌握一般電

2、力電子電路設(shè)計(jì)的基本方法和技能， 培養(yǎng)觀察、分析和解決問題及獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，訓(xùn)練設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新能力；3、培養(yǎng)具有查閱參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料的能力，能熟悉或較熟悉地應(yīng)用相關(guān)手冊(cè)、 圖表、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為今后成為一名合格的電氣工程技術(shù)人員進(jìn)行必須的基本技能 和基本素質(zhì)訓(xùn)練。2設(shè)計(jì)任務(wù)1、通過查閱參考資料完成單相半控橋式晶閘管整流電路的設(shè)計(jì)任務(wù)；2、繪制電氣控制原理圖，包括主電路圖及觸發(fā)電路圖 （或驅(qū)動(dòng)電路圖），正確選 擇或設(shè)計(jì)元器件，訂列元器件目錄清單；3、編制完整的設(shè)計(jì)說明書。3主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)數(shù)據(jù)：負(fù)載為反電勢(shì)、電阻負(fù)載，輸出功率 500KW移相范圍30o150o,反電勢(shì)E=70V設(shè)計(jì)條件：電源電壓：

3、交流100V/50HZ4主電路圖每一個(gè)導(dǎo)電回路由1個(gè)晶閘管和1個(gè)二極管構(gòu)成。在?2正半周，處觸發(fā)VT,?2 經(jīng)VT1和VD向負(fù)載供電。在？?2負(fù)半周， 處觸發(fā)VT3向VT1加反壓使之關(guān)斷， ?2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。只有在？?2絕對(duì)值大于E時(shí)，才有晶閘管承受正電 壓，有導(dǎo)通的可能。晶閘管導(dǎo)通后，？?？ = ?2 ,?= (? - ?) ?直至|?2| = ?，?即降至0似的晶閘管關(guān)斷，此后?= ?o與普通單相全控橋式晶閘管 整流電路不同的是，加了負(fù)載加了反動(dòng)電勢(shì)后，電路在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通角范圍為a n - 3。其中S為停止導(dǎo)電角，S = sin 1 ?v2?2主電路圖和電路圖工作波形如圖1

4、 (a)和圖1 (b)所示b)圖1單相半控橋式晶閘管整流電路，電阻、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的主電路及波形5觸發(fā)電路和保護(hù)電路5.1觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路圖2為同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路。此電路輸出可為雙窄脈沖(適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路)，也可為單窄脈沖。主要由一下三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成： 脈沖的形成環(huán)節(jié)：由晶體管V4 V5組成，V7、V8起脈沖放大作用。控制電壓？? 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(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)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，

5、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VI、V2、V3和C2等元件組成，其中VI、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 波的頻率一一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(shí)間就是鋸齒波的寬度取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1雙窄脈沖的形成環(huán)節(jié)：本方案是采用性能價(jià)格比優(yōu)越、每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期 內(nèi)輸出兩個(gè)間隔60度的脈沖的電路，成為雙脈沖電路

6、。當(dāng)V5 V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。只要 V5 V6有一個(gè)截止， 都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的 ？?對(duì)應(yīng)的控 制角 產(chǎn)生。隔60的第二個(gè)脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通 過 V6）。號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路集成觸發(fā)器集成電路可靠性高，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。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(gè)環(huán)節(jié)。與分立原件的鋸齒波移相觸發(fā) 電路相似。圖3為KJ004的管腳圖便id詁叵)KJ004Li| L| L L沖Lj血圖3 KJ004管腳圖各管

7、腳的說明如下表1所示：表1 KJ004各管腳功能功能輸出空鋸齒波形成-Vee(1k Q)地同步輸入綜合比較微分阻容封鎖調(diào)制+Vcc引腳號(hào)1、152、6、103、4578911、1213、1416由KJ004組成的脈沖觸發(fā)電路如圖4，其中劃線框內(nèi)為集成電路部分:VS8V120V+ 15V20RVS9R1R.VS3DVRRR14acDVS6R1下輯vs 扁可7VS8R1V1VSR20V!2R2221RV13151615R231112 13RP124RcirR 2614+15V25C228ub ucoR27圖4 KJ004電路原理圖5.2保護(hù)電路過電壓保護(hù)電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓

8、和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要包括操作過電壓和雷擊過電壓等。 內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置 內(nèi)部器件的關(guān)斷過程，包括換相過電壓和關(guān)斷過電壓。圖5給出了各種過電壓保 護(hù)措施及其配置位置。圖5過電壓抑制措施及配置位置F 避雷器 D 變壓器靜電屏蔽層 C 靜電感應(yīng)過電壓抑制電容 RC1 閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路 RC2-閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式 RC電路R壓敏電阻過電壓抑制器 RC3-閥器件換相過電壓抑制用 RC電路RC直流側(cè)RC抑制電路 RC閥器件關(guān)斷過電壓抑制用 RCD電路522過電流保護(hù)電力電子器件運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)， 可能會(huì)發(fā)生過電流。過電流分為 過載和短路兩種情況。圖6

9、給出了各種過電流保護(hù)措施及其配置位置， 其中快速 熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器是較為常用的措施。 一般電力電子裝置 均同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。整疋tn 圖6過電流保護(hù)措施及配置位置6電路參數(shù)計(jì)算及元器件選擇6.1電路參數(shù)計(jì)算根據(jù)主電路波形和其工作情況，？?的波形圖如圖1( b)所示，其平均值為1 ?- ? = ? X? v2?2 sin ?(?)晶閘管提前了電角度3,3稱為停止導(dǎo)電角1 ?3 = sin 辰=26726.7780?1 ?- ?則？?？=刃 X?v2?2Sin ?(?) = 0.45?2 (08934+ cos?)a = 0 時(shí)，?= ?0

10、 = 0.85?2； a = 153.3° 時(shí)，？?？ = 0。可見，a角的移 相范圍包含30° 150°。向負(fù)載輸出的直流電流平均值為? - ?2? =?= 0.45-? (08934 + cos?)晶閘管VT1、VD4和VT3 VD2輪流導(dǎo)電，流過晶閘管和二極管的電流平均值只有 輸出直流電流平均值的一半，即1?=:? = 2 ?整流電路輸出電壓的有效值為J -cU= 4? /(辺？?2 sin ?)2 ?(?)?2?丄 sin 2?-?當(dāng)a = 30°時(shí)，有？?？= 107.2V,要求輸出功率為500WM有R = 23 Q。6.2元器件選擇晶閘管的選

11、取晶閘管承受的最大反向電壓為：110、2 =155.6V流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：?=v2?故晶閘管的額定電壓為:? = (2 3)155.6= 311.2466.8?晶閘管的額定電流為? =3.38(1.52)荷=3.234.31變壓器的選取因?yàn)榇讼到y(tǒng)輸出功率為 500W且此系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)電流與輸出電流有效值相 等。故要求變壓器的容量 S大于500W且I大于3A。快速熔斷器選取» ” ?因?yàn)橛校?？= 3.38A，故快速熔斷器可選取允許的最大電流為4A。624過電壓電路的元件選取單相阻容保護(hù)的計(jì)算公式如下：C22?2 ?%R 23 ? F%S:變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）

12、; U2:變壓器副邊相電壓有效值（V）； io%變 壓器激磁電流百分值；U%變壓器的短路電壓百分值。取 i o %=4% uk%=5得到 C=10mF,R=597主要節(jié)點(diǎn)電壓和電流波形使用MATLAB進(jìn)行電壓和電流波形的觀察，進(jìn)入 MATLAB的simulink，創(chuàng)建一 個(gè)新的model,找到所需的原件，繪制單相橋式全控晶閘管整流電路如圖 7所示。 設(shè)置好各個(gè)元器件的參數(shù)，然后進(jìn)行仿真。再雙擊示波器觀察波形圖。分別對(duì)a 角為30°、60°、90°、120°、150°進(jìn)行仿真。得到的結(jié)果如圖 8圖9、圖 10、圖11、圖12所示。圖7單相半控橋式

13、晶閘管整流電路的設(shè)計(jì)圖8 a =30°時(shí)的仿真波形圖圖9 a = 60°時(shí)的仿真波形圖圖10 a = 90°時(shí)的仿真波形圖1|匚 11Pli»”_ nT-_-圖11 a = 120°時(shí)的仿真波形圖圖8 a = 150°時(shí)的仿真波形圖設(shè)計(jì)小結(jié)這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了很多關(guān)于電力電子技術(shù)方面的知識(shí)， 尤其是在課本中沒 有完全介紹的。要完成這次課程設(shè)計(jì)，關(guān)靠書本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以我查閱 了很多關(guān)于電力電子的書籍，并且也通過網(wǎng)絡(luò)查到了很多相關(guān)的知識(shí)， 為這次課 程設(shè)計(jì)做了很多幫助。對(duì)于課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，首先要做的應(yīng)是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的理論理解， 在

14、理論充分理解 的基礎(chǔ)上，才能做好課程設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出性能良好的電路。整流電路中，基本 元件的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo) 影響很大。設(shè)計(jì)過程中，我明白了整流電路，尤其是單相半控橋式整流電路的重要性以及整 流電路設(shè)計(jì)方法的多樣性。這次的課程設(shè)計(jì)是我設(shè)計(jì)時(shí)間最長(zhǎng)的一次， 也是收獲最大的一次。雖然設(shè)計(jì)過程 中遇到很多問題，尤其是保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，因?yàn)檎n上沒有講到保護(hù)電路的內(nèi)容， 保護(hù)電路的理解不夠全面，設(shè)計(jì)的時(shí)候是一頭霧水，但還是在老師的幫助下，我 解決了。另外通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)文檔的編排也有了一定的掌握，這對(duì)于以后的畢業(yè) 設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一遍電力電 子這門課程，把以前一