單相雙半波晶閘管整流電路設計

1、期有2孽徨電力電子技術課程設計說明書單相半波整流電路的設計系、部：電氣與信息工程系學生姓名：李白龍指導教師：職稱副教授專業(yè)：自動化班級：自本0801完成時間：2021年6月1日目錄第1章設計任務、功能要求說明及方案介紹第2章主電路設計第3章參數(shù)計算第4章元器件的選擇第5章MATLAB仿真結果第6章心得體會第7章參考文獻第1章設計任務、功能要求說明及方案介紹1.1 ?電力電子技術?課程設計任務書1.1.1 設計課題目單相雙半波晶閘管整流電路設計(純電阻負載)1.1.2 設計要求單相雙半波晶閘管整流電路的設計要求為：負載為阻性負載.技術要求：(1) 電網(wǎng)供電電壓：交流100V/50Hz;(2) 輸

2、出功率：500VY(3) 移相范圍：0180；在整個設計中要注意培養(yǎng)靈活運用所學的電力電子技術知識和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造水平要求具體電路方案的選擇必須有論證說明,要說明其有哪些特點.主電路具體電路元器件的選擇應有計算和說明.課程設計從確定方案到整個系統(tǒng)的設計,必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關文獻的根底上,經(jīng)過剖析、提煉,設計出所要求的電路(或裝置).課程設計中要不斷提出問題,并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會.在整個設計中要注意培養(yǎng)獨立分析和獨立解決問題的水平.要求學生在教師的指導下,獨力完成所設計的系統(tǒng)主電路、限制電路等詳細的設計(包括計算和器件選型).課題設計的主要內(nèi)容是供電

3、方案的選定,主電路的設計,電路元件的選擇,保護電路的選擇,主電路的分析說明,主電路元器件的計算和選型,以及限制電路設計.報告最后給出所設計的主電路和限制電路標準電路圖.1.2單相雙半波晶閘管整流電路供電方案的選擇1.2.1 單相橋式全控整流電路此電路對每個導電回路進行限制,無須用續(xù)流二極管,也不會失控現(xiàn)象,負載形式多樣,整流效果好,波形平穩(wěn),應用廣泛.變壓器二次繞組中,正負兩個半周電流方向相反且波形對稱,平均值為零,即直流分量為零,不存在變壓器直流磁化問題,變壓器的利用率也高.并且單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動小,功率因素高的特點.但是,電路中需要四只晶閘管,且觸發(fā)電路要分時觸發(fā)一對晶閘

4、管,電路復雜,兩兩晶閘管導通的時間差用分立元件電路難以限制.1.2.3 單相雙半波可控整流電路單相雙半波可控整流電路又稱單相全波可控整流電路.此電路變壓器是帶中央抽頭的,在U2正半周T1工作,變壓器二次繞組上半局部流過電流.U2負半周,VT2工作,變壓器二次繞組下半局部流過反方向的電流.單相全波可控整流電路的Ud波形與單相全控橋的一樣,交流輸入端電流波形一樣,變壓器也不存在直流磁化的問題.當接其他負載時,也有相同的結論.因此,單相全波與單相全控橋從直流輸入端或者從交流輸入端看均是一致的.適用于輸出低壓的場合作電流脈沖大電阻性負載時.在比擬兩者的電路結構的優(yōu)缺點以后決定選用單相全波可控整流電路作

5、為主電路.2.3具體供電方案電源電壓：交流100V/50Hz第2章單相雙半波晶閘管整流電路主電路設計2.1 總電路的原理框圖圖2.1總電路的原理框圖該電路主要由四局部構成,分別為電源,過電保護電路,整流電路和觸發(fā)電路構成.輸入的信號經(jīng)變壓器變壓后通過過電保護電路,保證電路出現(xiàn)過載或短路故障時,不至于傷害到品閘管和負載.在電路中還加了防雷擊的保護電路.然后將經(jīng)變壓和保護后的信號輸入整流電路中.在電路中,過電保護局部我們分別選擇的快速熔斷器做過流保護,而過壓保護那么采用RC電路.整流局部電路那么是根據(jù)題目的要求,我們選擇學過的單相全波整流電路.該電路的結構和工作原理是利用品閘管的開關特性實現(xiàn)將交流

6、變?yōu)橹绷鞯墓δ?單結晶體管直接觸發(fā)電路的移相范圍變化較大,而且由于是直接觸發(fā)電路它的結構比擬簡單.一方面是方便我們對設計電路中變壓器型號的選擇.2.2 主電路原理圖單相全波整流電路如圖3.1所示,波形圖如圖3.2所示.圖2.2單相全波整流電路II圖2.2單相全波整流電路及波形圖2.2 相控觸發(fā)電路原理圖及工作原理品閘管觸發(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)脈沖要求：觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓.觸發(fā)信號應有足夠的功率觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流.觸發(fā)脈沖應有一定的寬度,脈沖的前沿盡可能陡,以使元件在觸發(fā)導通后,陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通.觸發(fā)脈沖必須與晶

7、閘管的陽極電壓同步,脈沖移相范圍必須滿足電路要求.單結晶體管觸發(fā)電路：由單結晶體管構成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾水平強、溫度補償性能好,脈沖前沿徒等優(yōu)點,在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應用.他由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等局部組成,電路圖如圖3.3所示.100VSS了i5*&、-1寸S3圖2.3相控觸發(fā)電路原理圖2.3 保護電路原理圖及工作原理1過電流保護當電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路；驅動、觸發(fā)電路或限制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負載過載；直流側短路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生逆變失?。灰约敖涣麟娫措妷哼^高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流,即出現(xiàn)過電流.因此

8、,必須對電力電子裝置進行適當?shù)倪^電流保護.2過電壓保護設備在運行過程中,會受到由交流供電電網(wǎng)進入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲.同時,設備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn),因此,必須對電力電子裝置進行適當?shù)倪^電壓保護,如圖3.4所示.圖2.4過流、過電壓保護電路2.4 總電路原理圖圖2.5總電路原理圖第3章電路各參數(shù)的計算3.1 變壓器二次側電壓的計算電源電壓交流100/50Hz,輸出功率：500W,移相范圍：0-180設R=1.25Q,a=0P=U2d/RUd=25V3.2 變壓器一、二次側電流的計算P=Id2RId=20AU1/Ud=100/25N1/N2=4/1I1=Id/4=5

9、A3.3 變壓器容量的計算S=Ui1=100X5=0.5kVA3.4 變壓器型號的選擇N1:N2=4:1;S=0.5Kva第4章電路元件的選擇4.1 整流元件的選擇由于單相雙半波整流帶阻性負載主電路主要元件是品閘管,所以選取元件時主要考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原那么.4.1.1 整流元件中電壓、電流最大值的計算品閘管的主要參數(shù)如下：(1)額定電壓UNvt斷態(tài)重復峰值電壓UDrm斷態(tài)重復峰值電壓是在門極斷路而結溫為額定值時,允許重復加在器件上的峰值電壓.反向重復峰值電壓URrm反向重復峰值電壓是在門極斷路而結溫為額定值時,允許重復加在器件上的反向峰值電壓.通常取UDr話口URr并較小的,再取靠近標

10、準的電壓等級作為品閘管型的額定電壓.在選用管子時,額定電壓要留有一定裕量,應為正常工作時品閘管所承受峰值電壓的23倍,以保證電路的工作平安.品閘官的額止電壓UnvtminUdrm,UrrmUNvt(2-3)22U2(3-1)UNvt：工作電路中加在管子上的最大瞬時電壓Uvt=(2-3)2V2U=(141.4-212.1)V通過晶閘管的電流的平均值IvT(AV)(2)額定電流INVTIvt(AV)=Id/2=10AIm=xIvt(Av)=31.4A4.1.2 整流元件型號的選擇品閘管的選擇原那么：L所選品閘管電流有效值IVT大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值.2.選擇時考慮(1.52)倍的

11、平安裕量.即Invt(1.52)Ivt/1.57=(19.1-25.5)AInvt=20A那么品閘管的額定電流為Invt=20A.在本次設計中選用2個KP20-2的晶閘管.4.2保護元件的選擇4.2.1 變壓器二次側熔斷器的選擇采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措施.在選擇快熔時應考慮：1電壓等級應根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定.2電流容量應按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結形式確定.快熔一股與電力半導體器件串聯(lián)連接,在小容量裝置中也可用接于閥側交流母線或直流母線中.3快熔的12t值應小于被保護器件的允許12t值.4為保證熔體在正常過載情況下不熔化,應考慮其時

12、間電流特性.由于品閘管的額定電流為20A,快速熔斷器的熔斷電流大于1.5倍的晶閘管額定電流,所以快速熔斷器的熔斷電流為30A.4.3相控觸發(fā)芯片的選擇相控觸發(fā)電路芯片選擇KJ004集成觸發(fā)電路芯片構成的集成觸發(fā)器KJ004可控硅移相電路可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中,作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā).器件輸出兩路相差180度的移相脈沖,可以方便地構成全控橋式觸發(fā)器線路.電路具有輸出負載水平大、移相性能好、正負半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低,有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點.4.3.1 芯片引腳功能功能輸出空鋸齒波形成-Vee(1kQ)空地同步輸入綜合比較空微分

13、阻容封鎖調(diào)制輸出+Vcc引線腳號12345678910111213141516第5章MATLAB仿真結果國中GcncrdCiunI產(chǎn),牛.mtJi?向對1詠沖可逋過史改其設置中的PhasedelayJGl:/住已受設版角：獷漱耦hi；喪丁代流電用那么電比U2T觸發(fā)秋算Vg.負載電咋U2晶同鬻沔端電壓St的械形.圖5.1MATLAB中的電路模型當限制簸發(fā)曲曲rfcO時,仿真的度插絲出匕一通過改亶Pul融.munHiMl中M功器tkluy4的值曲變地發(fā)角的值,用;圖5.2當a=60時,仿真波形結果當.士1現(xiàn)時的物真偌果凝后陽山：?,圖5.3當a=120時,仿真波形結果U2從中可以看山此時品騰管在要

14、小周期中八力通、Ud=O.附以單相半波可控睢流電路的觸發(fā)用的范圍出口包煙I口圖5.4當a=180時,仿真波形結果5.1心得體會這次課程設計是一個增強我動手、思考和解決問題水平的好時機,回憶搞課程設計的這些日子里,我似乎又感受到了當年高考前夕的那種緊張的氣氛,這既讓我身心俱疲一一又讓我心里充實的許多,實在是很奇妙.我想,也許今后我們走人社會,或許這段經(jīng)歷會給我們帶來不一樣的感受.對于一個電路的設計,首先應該對它的理論知識很了解,這樣才能設計出性能好的電路.整流電路中,開關器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關鍵的,開關器件和觸發(fā)電路選擇的好,對整流電路的性能指標影響很大.在這次課程設計過程中,碰到的難題就是對晶閘管的相關參數(shù)的計算,由于在學習中沒能很好的系統(tǒng)的總結晶閘管相關知識.在整個課程設計中貫穿的計算過程沒能很好的把握.在今后要認真學習,對電力電子課程進行補充.為以后的工作做鋪墊,在完成課程設計的同時我也在復習一遍電力電子技術這門課程,把以前一些沒弄懂的問題根本掌握了.第6