电力电子课程设计全控整流电路

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1、电力电子课程设计全控整流电 路目录第1章 单相桥式整流电路方案的选择 1第2章 系统主体电路的设计 32.1 系统总设计框图32.2 系统主体电路原理及说明32.3 原理图的分析52.4 整流电路参数计算62.5 元器件的选取72.6 性能指标分析7第 3 章 辅助电路的设计103.1 驱动电路的设计103.1.1 对触发电路的要求 103.1.2 晶闸管触发电路类型103.2 保护电路的设计123.2.1 主电路的过电压保护设计123.2.2 晶闸管的保护电路143.3 电流上升率、电压上升率的抑制保护173.3.1 电流上升率 di/dt的抑制173.3.2 电压上升率 du/dt的抑制1

2、7第 4 章 电路仿真184.1 SIMULINK仿真软件介绍 184.2 仿真波形 18课程设计总结20参考文 献 21附录 元器件明细清单22第1章 单相桥式整流电路方案的选择我们知道，单相整流器的电路形式是各种各样的， 整流的结构也是比较多的 因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：方案一：单相桥式半控整流电路电路简图如下：23图1.1对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当a突然增大至180或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，

3、这使Ud成为正弦半波，即半周期Ud为正弦，另外半周期为Ud为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波 不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控 现象。方案二：单相桥式全控整流电路电路简图如下：图1.2此电路对每个导电回路进行控制， 无须用续流二极管，也不会失控现象, 负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负 两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变 压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。方案三：单相半波可控整流电路:电路简图如下:LR此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VT的a移相范围为180。但输出脉动大，变

4、压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容 量。实际上很少应用此种电路方案四：单相全波可控整流电路:相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一个管压降，相应地,2个可控器件，单门极驱动电路也少2个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大 （电阻性负载时）， 且整流变压器二次绕组中存在直流分量，使铁心磁化，变压器不能充分利用。而 单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两 个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。综上可知

5、单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流 电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析各种单相相控 整流电路在带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载时的工作情况。单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉 动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直 流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电 流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁 化问题，变压器利用率高的优点。单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路 2倍，在相同的负载 下流过晶闸管的平均电流减小一半；且

6、功率因数提高了一半。根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻 感性负载）。第二章系统主体电路的设计2.1系统总设计框图系统原理方框图如2.1所示:图2.1系统原理方框图根据设计任务，在此设计中采用单相桥式全控整流电路接阻感性负载。2.2系统主体电路原理及说明主电路原理图及其工作波形如下所示:图2.2主电路原理图V)图2.3主电路工作 波形图电路如图2.2和图2.3所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。(1)工作原理在电源电压U2正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在 t时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T二次侧形成回路，但由于大电感的存在，

7、U2过零变负时，电感上的感应电动势使 VT1、VT2继续导通，直到VT3VT4被触发导通时，VT1、VT2承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负 值部分。在电源电压U2负半周期间，晶闸管VT3VT4承受正向电压，在t时触发，VT3 VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从 VT1、VT2中换 流至VT3 VT4中在t 2时，电压u2过零，VT3 VT4因电感中的感应电动势 一直导通，直到下个周期 VT1、VT2导通时，VT3 VT4因加反向电压才截止。值 得注意的是，只有当2时，负载电流id才连续，当2时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范

8、围是0 22.3原理图的分析单结晶体英 DI电路2*单结晶悴營融发 di电菇m图2.4该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发 电路构成。输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载 或短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。在电路中还加了防雷击的保护电 路。然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护，而过压保护则采用RC电路。这部分的选择主要考虑到电路的简单性， 所以才这样的保护 电路部分。整流部分电路则是根据题目的要求，选择的我们学

9、过的单相桥式整 流电路。该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直 流的功能。触发电路是由设计题目而定的，题目要求了用单结晶体管直接触发 电路。单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电 路它的结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。2.4整流电路参数计算1）整流输出电压的平均值可按下式计算Ud =-.2U2Sin td2 2t = U 2 cos= 0.9U 2 cos(2-1 )当a =0时，Ud取得最大值100V 即 Ud = 0.9 U2=100V 从而得出U2=111V,a =9C 时，Ud=0。a角的移相范围为902）整流输

10、出电压的有效值为U 丄V2U2Sin t d t =U2 =111V（2-2）(2-3)(2-4)3）整流电流的平均值和有效值分别为UdU2d0.9cosRdRdUU2RdRd4）在一个周期内每组晶闸管各导通 180,两组轮流导通，变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为:I dTrId11Id(2-5)(2-6)5) 晶闸管在导通时管压降Ut =0,故其波形为与横轴重合的直线段；VTi和VT2加正向电压但触发脉冲没到时，VT3 VT4已导通，把整个电压U2加到VT1或VT2上，则每个元件承受的最大可能的正向电压等

11、于、2U 2 ;VT1和VT2反向截止时漏电流为零，只要另一组晶闸管导通，也就把整 个电压U2加到VT1或VT2上，故两个晶闸管承受的最大反向电压也为.2U2。2.5元器件的选取由于单相桥式全控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选 取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。1) .晶闸管的主要参数如下： 额定电压UTn通常取UDr和U.RM中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额 定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的23倍，以保证 电路的工作安全。晶闸管的额定电压Ummin U DRM , U RRMUTn ( 23) UTm(2-7)UTm :工作电路中加在

12、管子上的最大瞬时电压 额定电流I T(AV)I T(AV)又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170的电路中，结温不超过 额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取 相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。要注意的是若晶闸管的导通时间远 小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将非常 大，可能会超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。在实际使用 时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效值Itm . .a. ：. . .!-：I J图4.2触发角为0时的仿真波形单

13、相桥式全控整流电路在触发角为 60时的仿真波形如下所示:图4.3触发角为60时的仿真波形课程设计总结通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我对 电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不同 的电路。其中单相全控桥式整流电路其负载我们用的多的主要是电阻型、带大 电感型，接反电动势型。它们各自有自己的优点。对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性 能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开 关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。在这次课程设计过程中，碰

14、到的难题就是保护电路的设计。因为保护电路的 种类较多，因此要选择一个适合本课题的保护电路就比较难。后来经老师，还 有同学的帮助，选择了一个较好的保护电路。通过本次课程设计， 我看到了单相全控桥式整流电路滤波效果好， 电路简单， 适合大电流电路的特点，对其在生产生活中的应用领域及方向有了更深刻的了 解，它实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之 间的电隔离 ,在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到 广泛应用。参考文献1浣喜明、姚为正电力电子技术高等教育出版社20042黄俊半导体变流技术机械工业出版社19803莫正康半导体变流技术机械工业出版社19994林辉、王辉主编电力电子技术武汉理工大学出版社20025DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验指导书 V3.1 版附录 元器件明细清单元器件清单如下所示:元器件备注数量整流变压器变比为2,容量至少为2.464kv A1个晶闸管KP20-44个电阻其中主电路负载电阻取大为 500Q,若干个电感主电路负载700mH1个电位器SW-SPDT2个二极管14个同步变压器1个-H- UL 心片TCA7851块熔断器熔断电流为15A4个电容若干个脉冲变压器2个