单相桥式整流电路

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1、电力电子课程设计课题:单相半控式晶闸管整流电路的设计专业:电气工程及其自动化班级:电气 0802 班姓名:秦露露彭仁魁学号： 20080112032008011202指导老师：张磊老师日期：2011-01-032011-01-09目录1. 概述 32. 设计目的和要求33. 方案选择44. 辅助电路的设计64.1 驱动电路的设计4.2 保护电路的设计4.4 电流上升率、电压上升率的抑制保护5. 主体电路的设计135.1单相半控式晶闸管整流电路图5.2主电路设计和原理分析6. 设计总结157. 参考文献15一概述随着科学技术的日益发展 ,人们对电路的要求也越来越高 ,由于在生产实际 中需要大小可

2、调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利 用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能 ,是目前获得直流电能的主要 方法，得到了广泛使用。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角a的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。把逆变电路中的 SPWM 控制技术用 于整流电路，就构成了 PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，可 以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。这 种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的使用前景由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用 半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换

3、和控制，而构成的一 门完整的学科。故其学习方法和电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学 好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整 流电路使用非常广泛，而三相晶闸管半控整流电路又有利于夯实基础，故我们单 结晶体管触发的单相晶闸管半控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的 课题。二设计目的和要求2.1设计目的“电力电子技术”课程设计时在教学及实验的基础上，对课程所学理论知识的深化高。 因此，要求学生能综合使用所学知识，设计出符合条件的电路，能够全面地巩固和使用 本课程所学基本理论和基本方法，并初步掌握电路设计的基本方法。培养学生独立思考， 独立收集资料，独立设计

4、的能力。2.2 变压器二次侧电压的计算根据设计要求：电源电压：交流100V/50Hz；输出功率：500W；移相范围：0 -180。设 R=5Q,a=30。U2由P =十得U0=50VR0i0= U0/R=50/5=10A，2.3 变压器一，二侧电流的计算变压器二次侧电流:i2= i0=10AhiI 1冗 _ a由 U 二 F G-2U sint)2dt)二 U sin 2a + 0兀a22，2兀兀得:变压器二次侧电压： U2=62ViNU100田卡=1 = 1 =iNU621 2 2得：i=6.2A2.4 变压器容量的计算变压器容量:S=U*ii=100*6.2=620VA2.5 变压器型号的

5、选择选择匝数比N/N2=50/31，容量S=620VA的变压器。三 . 电路元件的选择3.1晶闸管的选择田于单相交流调压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。3.1.1晶闸管电压、电流最大值的计算1）.晶闸管的主要参数如下： 额定电压unvt通常取UDRM和比只皿中较小的，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U =ninU,U NVTDRM RRMUNVT三（23）迈UUNvT ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压Unvt=（23）迈 U2=263V 额定

6、电流INVT通过晶闸管的电流的平均值 IdvTIdvt=i2/2=5AIm= n Idvt=15.7A3.1.2晶闸管型号的选择晶闸管的选择原则：I所选晶闸管电流有效值IVT大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。II、选择时考虑（1.52）倍的安全余量。即I （1.5 2）I /1.57NVT VTINVT =10A则晶闸管的额定电流为Invt=10A（输出电流的有效值为最小值，所以该额定电流也为最小考虑到2倍裕量，取20A.即晶闸管的额定电流至应大于20A.在本次设计中选用2个KP20-4的晶闸管.4.1 驱动电路的设计4.1.1触发电路的论证和选择4.1.1.1 单结晶体管的工作原理单

7、结晶体管原理单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作 一个P区作为发射极e。其结构，符号和等效电如下图所示。bl紂刖a电垢结晶体管的特性从图一可以看出，两基极b1和b2之间的电阻称为基极电阻。Rbb=rb1+rb2式中：Rb第一基极和发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化， rb2为第二基极和发射结之间的电阻，其数值和ie无关；发射结是PN结，和二极 管等效。若在两面三刀基极b2，b间加上正电压Vbb，则A点电压为：VA=rb/ (

8、rb+rb2)vbb= (rb/rbb)vbb=nVbb式中：n称为分压比，其值一般在0.30.85之间，如果发射极电压ve由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图二：(1)当ve 给定僱移-过流整定4.3过压保护设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压 的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒 堆等非线性元件加以抑制。阻容三角抑制过电压压敏电阻过压过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。过压整定绐定询移过电压保护电路4.4电流上升率、电压上升率的抑制保护1）电流上升率

9、di/dt的抑制晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度 很大，然后以O.lmm/us的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时 电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其 在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如下图3.4所 示：串联电感抑制回路2）电压上升率dv/dt的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制，如果dv/dt过大，由于 晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的 作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的 作用，可以在

10、晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图4.5所示：图4.5并联R-C 阻容吸收回。五.主体电路的设计5.1单相半控式晶闸管整流电路图单相半控式晶闸管整流电路图如图所示，其两臂的二极管被晶闸管取代，在 电压器副边电压u的正半周期时，T1和D2承受正向电压。这是如对晶闸管T1 引发触发信号，则T1和D2导通，T2和D1承受反向电压而截止。同样在电压 u的负半周期时，T2和D1承受正向电压。这是晶闸管T2引入触发信号，则T2 和D1导通。这是T1 D2处于截止状态，电压和波形如图所示单相半 流电路虽本 能力，但在 触发角增 断触发电路 导通的晶闸 两个二极管 象。此时出 电压失去控 失控，这在 许的

11、，为消 需另接续流 5.2主电路=:H -iZ j b; * Is xi厂 r:in :i亠Hii|-中 F.4:才Lj*控式晶闸管整 身有自然续流 实际中突然把 大，或突然切 时会发生正在 管一直导通， 轮流导通的现 发信号对输出 制作用，称为 使用中是不允 掉失控现象， 二极管VD。设计和原理分522原理图分析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

12、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。六.设计总结通过单相半控桥式晶闸管整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解

13、,让我对电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。学习了很多书本上没有的知识，也对 课本知识进行了强化和更深的理解，更让我感受到学习不知识一味的书本理性知 识还要通过实践才能记忆更扎实更牢靠。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。同时在课程设计在制作过程中得到老师和 同学们对我的耐心指导、帮助和大力支持这样我才能将课程设计顺利地做完。有 这样一个动手的机会，让我得到实践的机会。总之通过这次课程设计，让我们对这门课更加了解，增强了自信，对以后工 作和学习都有很大帮助七参考文献1）：王兆安 黄俊2）：莫正康3）：陈治明（4）：胡俊翔电力电子技术 机械工业出版社 半导体变流技术 机械工业出版社 电力电子器件基础航天工业出版社电路分析高等教育出版社