220V／50A單相全波可控整流電路

1、遼寧工業(yè)大學電力電子技術課程設計（論文）題目：220V/50A單相全波可控整流電路院（系）：工程技術學院專業(yè)班級：電氣工程及其自動化學號：學生姓名：指導教師：（簽字）起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系）：工程技術學院教研室：電氣教研室學號學生姓專業(yè)班級名課程設計（論文）題目220V/50A單相全波可控整流電路課程設計1、文2、）3、任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數實現功能：設計1臺額定電壓220V、功率為10kW的直流電動機提供直流可調電源，以實現直流電動機的調速設計任務1、方案的經濟技術論證。2、土電路設計。3、通過計算選擇整流器件的具體型號。4、若采用整流變壓器，確定變

2、壓器變比及容量。5、觸發(fā)電路設計或選擇。6、繪制相關電路圖。7、完成4000字左右說明書。要求1、文字在4000字左右。2、文中的理論分析與計算要止確。3、文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。技術參數1、交流電源：單相220V2、整流輸出電壓U在0220V連續(xù)可調。3、整流輸出電流最大值50A。4、直流電動機負裁。5、根據實際工作情況，最小控制角取20300左右。進度計劃第1天：集中學習；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：主電路設計；第5天:選擇器件；第6天:確定變壓器變比及容量；第7天：確定平波電抗器；第8天：觸發(fā)電路設計；第9天：總結并撰寫說明書；第10天：答解指導教

3、師評語及成績平時：論文質量：答辯：總成績：指導教師簽字：年月日摘要本設計采用單相全波可控整流，從而實現為1臺額定電壓220M功率為10kW的直流電動機提供直流可調電源，以實現直流電動機的調速。將交流電變換為直流電稱為AC/DC變換，這正變換的功率流向是由電源傳向負載，稱之為整流。大多數整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調速、發(fā)電機的勵磁調節(jié)、電解、電鍍等領域得到廣泛應用。主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網與整流電

4、路之間的電隔離。整流電路的種類有很多，有單相半波整流電路、單相全波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。本設計采用單相全波可控整流，以便于低壓輸出。關鍵詞：整流電路；變壓器；晶閘管；觸發(fā)電路；MATLAB目錄第1章緒論11.1 電力電子技術概括錯誤！未定義書簽。1.2 本文研究內容21.3 方案論證31.3.1 單相橋式全控整流電路31.3.2 單相全波可控整流電路4第2章單相全波可控整流電路設計52.1 單相全波可控整流電路總體設計框圖52.2 具體電路設計62.2.1 單相全波可控整流電路設計62.2.2 由KJ004構成的控制

5、電路設計72.2.3 保護電路的設計92.3 總電路原理圖102.4 元器件型號選擇112.5 MATLA的真實驗12第3章課程設計總結15參考文獻16第1章緒論1.1 電力電子技術概括所謂電力電子技術就是應用于電力領域的電子技術。電子技術包括信息電子技術隔閡電力電子技術兩大分支。具體的說，電力電子技術就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。目前所用的電力電子器件均由半導體制成，故也稱電子半導體器件。電力電子技術所變換的“電力”，功率可以大到數百兆瓦甚至吉瓦，也可以小到數瓦甚至毫瓦級。結合設計概括發(fā)展技術電力電子技術分為電力電子器件制造技術和交流技術（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩

6、個分支。它是建立在電子學、電工原理和自動控制三大學科上的新興學科。因它本身是大功率的電技術，又大多是為應用強電的工業(yè)服務的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術的內容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導體為基本材料，最常用的材料為單晶硅；它的理論基礎為半導體物理學；它的工藝技術為半導體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應用了微電子學的技術。電力電子電路吸收了電子學的理論基礎，根據器件的特點和電能轉換的要求，又開發(fā)出許多電能轉換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用這些電路，根據應用對象的不同，組成了

7、各種用途的整機，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負載、配套設備等組成一個系統(tǒng)。電子學、電工學、自動控制、信號檢測處理等技術常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應用。整流電路是電力電子電路中出現最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設備。它的應用十分廣泛，例如直流電動機，電鍍，電解電源，同步發(fā)電機勵磁，通信系統(tǒng)電源等。它不僅用于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運輸，電力系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)，新能源系統(tǒng)等，在照明，空調等家用電器及其他領域也有著廣泛應用。1.2 本文研究內容將220V單相全波可控整流電路為1臺額定電壓為220V,功率為10KW勺直流電動機提供直流可調電源，以實現直流電動機的調速

8、。設計任務包括以下幾點：方案的經濟技術論證主電路設計通過計算選擇整流器件的具體型號觸發(fā)電路設計或選擇繪制相關電路圖技術參數：交流電源：單相220V整流輸出電壓在0220V連續(xù)可調整流輸出電流最大值50A直流電動機負載根據實際工作情況，最小控制角取20300左右1.3 方案論證1.3.1 單相橋式全控整流電路此電路對每個導電回路進行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現象，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

9、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控制。圖1.3.1單相橋式整流電路1.3.2 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路又稱單相雙半波可控整流電路。此電路變壓器是帶中心抽頭的，在U2正半周T1工作，變壓器二次繞組上半部分流過電流。U2負半周,VT2工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向的電流。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

10、合作電流脈沖大（電阻性負載時）。圖1.3.2單相全波可控整流電路在比較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為主電路。第2章單相全波可控整流電路設計2.1 單相全波可控整流電路總體設計框圖該電路主要由四部分構成，分別為電源，過電保護電路，整流電路和觸發(fā)電路構成。輸入的信號通過過電保護電路，保證電路出現過載或短路故障時，不至于傷害到品閘管和負載，然后將經保護后的信號輸入整流電路中。再通過整流之后，提供給負載。觸發(fā)電路負載電路圖2.1單相全波可控整流電路整體框圖2.2 具體電路設計2.2.1 單相全波可控整流電路設計單相全波整流電路如圖2.2.1(1)所示，波形圖如圖2.2.1(

11、2)所示圖2.2.1(1)單相全波可控整流電路總體電路圖2.2.2 由KJ004構成的控制電路設計控制品閘管的導通時間需要觸發(fā)脈沖，常用的觸發(fā)電路有單結晶體管觸發(fā)電路，設計利用KJ004構成的集成觸發(fā)器實現產生同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路。根據設計要求及其分析，選擇模擬集成觸發(fā)電路KJ004,KJ004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)。一.KJ004的工作原理KJ004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。KJ004電路具有輸出負載能力大、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

12、制輸出端等功能與特點。原理圖如下U-風附野野1HUrnuBI9,；sV一黨一4)5dvdv!DV1R5+%1-IC1,V3'1Vdi51圖2.2.2KJ004的電路原理圖如圖KJ004的電路原理圖所示，點劃框內為KJ004的集成電路部分，它與分立元件的同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路類似。V1V4等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓Us經限流電阻R20力口至ijVI、V2基極。在Us的正半周，V1導通，電流途徑為(+15V-R3-VD1-V1地)；在Us負半周，V2、V3導通，電流途徑為(+15V-R”VD2-V3-R5-R21(15V)。因此，在正、負半周期間。V4基本上處于截止狀態(tài)。只有在同步電壓|

13、Us|<0.7V時，V1V3截止，V4從電源十15V經R&R4取得基極電流才能導通。電容C1接在V5的基極和集電極之間，組成電容負反饋的鋸齒波發(fā)生器。在V4導通時，C1經V4、VD汕速放電。當V4截止時，電流經（+15VR6-C1R22RP"（15V）對C1充電，形成線性增長的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過R22、RP1的充電電流和電容C1的大小。根據V4導通的情況可知，在同步電壓正、負半周均有相同的鋸齒波產生，并且兩者有固定的相位關系。V 6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)。鋸齒波電壓uC5（即4#端電壓）、偏移電壓Uh移相控制電壓U別經R24R23R26在V6基極上疊加。當U

14、be6>+0.7V時，V6導通。設uC5Ub為定值，改變UC則改變了V6導通的時刻，從而調節(jié)脈沖的相位。V 7等組成了脈沖形成環(huán)節(jié)。V7經電阻R25獲得基極電流而導通，電容C2由電源+15V經電阻R7、VD5V7基射結充電。當V6由截止轉為導通時，C2所充電壓通過V6成為V7基極反向偏壓，使V7截止。此后C2經（+15V-R25-V6-地）放電并反向充電，當其充電電壓Uc2>+1.4V時，V7又恢復導通。這樣，在V7集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度由充電時間常數R25C2決定。V &V12為脈沖分選環(huán)節(jié)。在同步電壓一個周期內，V7集電極輸出兩個相位差為180°

15、;的脈沖。脈沖分選通過同步電壓的正負半周進行。如在us正半周V1導通，V8截止，V12導通，V12把來自V7的正脈沖箝位在零電位。同時，V7正脈沖又通過二極管VD7經V9V11放大后輸出脈沖。在同步電壓負半周，情況剛好相反，V8導通，V12截止，V7正脈沖經V13V15放大后輸出負相脈沖。說明：1）KJ004中穩(wěn)壓管VSAVS9可提高V&V9、V12、V13的門限電壓，從而提高了電路的抗干擾能力。二極管VD1VD2VD6-VD8為隔離二極管。2）采用KJ004元件組裝的六脈沖觸發(fā)電路，二極管VD卜VD12組成六個或門形成六路脈沖，并由三極管V1V6進行脈沖功率放大。3）由于V8、V12

16、的脈沖分選作用，使得同步電壓在一周內有兩個相位上相差180。的脈沖產生，這樣，要獲得三相全控橋式整流電路脈沖，只需要三個與主電路同相的同步電壓就行了。因此主變壓器接成D,yn11及同步變壓器也接成D,yn11情況下，集成觸發(fā)電路的同步電壓UsaUsb>Usc分別與同步變壓器的UsaUsb>Usc相接RP1RP3為鋸齒波斜率電位器，RP4-RP6為同步相位。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阻容封鎖調制輸出+Vcc引線腳號12345678910111213141516表2.2.2KJ004芯片引腳功能2.2.3保護電路的設計1）過電流保護電力電子電路運行

17、不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分過載和短路兩種情況。變流裝置內部某些器件被擊穿或短路；驅動、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現負載過載；直流側短路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產生逆變失敗;以及交流電源電壓過高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流，即出現過電流。因此，必須對電力電子裝置進行適當的過電流保護。2）過電壓保護電力電子裝置在運行中可能發(fā)生過電壓，過電壓分為外因過電壓和內因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。因此，必須對電力電子裝置進行適當的過電壓保護。圖2.2.3保護電路2.3 總電路原理圖圖2.3總電路原理圖2.4 元器件型號選擇品閘管

18、的主要參數如下：(1)額定電壓LNvt斷態(tài)重復峰值電壓LDrm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LRrm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LDr話口LRr并較小的，再取靠近標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，以保證電路的工作安全。品閘管的額定電壓Unvt=*minUdrm,Urrm;LNvt>(2-3)212L2UNvt：工作電路中加在管子上的最大瞬時電壓LNvt=2.2L2=311.08V通過晶

19、閘管的電流的平均值IvT(AV)(3)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。選擇時考慮(1.52)倍的安全裕量。即IVTIN工(1.52)=46.7A62.2A1.57這里取2倍安全電流儲備，并考慮品閘管元件的額定電流，所以選擇額定電流為100A的晶閘管。所以選用kp100型晶閘管。相控觸發(fā)電路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。電路具有輸出負載能力大、

20、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，有脈沖列調制輸出端等功能與特點。2.5 MATLA刖真實驗啟動MATLAB打開Simulink,新建文件，根據單相橋式半控整流電路所需的元器件添加相應的控件并連線，完成仿真圖的繪制。繪制完成后的仿真圖如圖2.4圖2.4單相全波可控整流電路的MATLA的真圖電源參數設置如圖2.5所示圖2.5電源參數由前面的計算我們已經知道，當觸發(fā)角a從0連續(xù)變化到1800時，對應的直流輸出電壓逐漸變小。圖2.5.1、2.5.2、2.5.3、2.5.4分別給出了控制角”為0、45°、90°、180°時的仿真波形圖。所

21、產生的波形與理論波形相同，符合設計要求。00010,020,030,040.050.060.070.080.090.1:匚:匚二上二1二:I二二一匚；100,010,020,030,040,050,060.070.080.090.1圖2.5.1觸發(fā)角a=0時的仿真波形00,010020.030.040.050.060070,080,0901-:、.-1nI00,010.020.030.040.050.060.070.080.0901圖2.5.2觸發(fā)角a=450時的仿真波形，L-X->sjh，ehqiiIii-iii00,010,020,030.040.050.060.070.090.09OJ1-""L.'if-|"anann:banubanibannbsa,h*lIiiibaajasijaj1(aaanan*'fsiuuaiibIiijLiLJL，上JI00010,020030040.050.060.07008Q.090.1圖2.5.3觸發(fā)角a=900時的仿真波形1,1*I!,!_h-j匚_krrsr'TrrrsrsTjrf1-rrrra,e-i-%.irrs>r'ufirrravrl.rr”rrs,rjr>rtrrstarrr9