单相半控桥式晶闸管整流电路

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1、目录1设计目的12设计任务13主要技术参数14主电路图25触发电路和保护电路35.1触发电路35.1.1同步信号为锯齿波的触发电路35.1.2集成触发器45.2保护电路55.2.1过电压保护55.2.2过电流保护66电路参数计算及元器件选择76.1电路参数计算76.2元器件选择76.2.1晶闸管的选取76.2.2变压器的选取86.2.3快速熔断器选取86.2.4过电压电路的元件选取87主要节点电压和电流波形9设计小结13参考文献14 1设计目的1、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全面综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来；2、

2、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力；3、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。2设计任务1、通过查阅参考资料完成单相半控桥式晶闸管整流电路的设计任务；2、绘制电气控制原理图，包括主电路图及触发电路图(或驱动电路图)，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；3、编制完整的设计说明书。3主要技术参数技术数据：负载为反电势、电阻负载，输出功率500KW，移相范围30150，反电势E=70

3、V设计条件：电源电压：交流100V/50Hz4主电路图每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。在u2正半周，a处触发VT1，u2经VT1和VD4向负载供电。在u2负半周，a处触发VT3，向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。只有在u2绝对值大于E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。晶闸管导通后，ud=u2，id=(ud-E)R直至u2=E，id即降至0似的晶闸管关断，此后ud=E。与普通单相全控桥式晶闸管整流电路不同的是，加了负载加了反动电势后，电路在半个周期内导通角范围为-。其中为停止导电角，=sin-1E2U2。主电路图和电路图工作波形如图1（a）和图1（b）所示

4、。b)idOEudwtIdOwtaqd 图1 单相半控桥式晶闸管整流电路，电阻、反电动势负载时的主电路及波形5触发电路和保护电路5.1触发电路5.1.1同步信号为锯齿波的触发电路图2为同步信号为锯齿波的触发电路。此电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。主要由一下三个基本环节组成：脉冲的形成环节：由晶体管V4、V5组成，V7、V8起脉冲放大作用。控制电压uco加在V4基极上。电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。锯齿波的形成和脉冲移相环节：锯齿波电压形

5、成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等，本电路采用恒流源电路。恒流源电路方案由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。同步环节：触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关V2管来控制的。V2开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C1。双窄脉冲的形成环节：本方案是采用性能价格比优越、每个触发单元的一个周期内输出两个间隔60度的脉冲的电路，成为双脉冲电

6、路。当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角产生。隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生（通过V6）。图2 同步信号为锯齿波的触发电路5.1.2集成触发器集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代分立式电路。与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。与分立原件的锯齿波移相触发电路相似。图3为KJ004的管脚图图3 KJ004管脚图各管脚的说明如下表1所示：功 能输出空锯齿波形成-

7、Vee(1k)地同步输入综合比较微分阻容封锁调制+Vcc引脚号1、15 2、6、103、45 78911、1213、1416表1 KJ004各管脚功能由KJ004组成的脉冲触发电路如图4，其中划线框内为集成电路部分：图4 KJ004电路原理图5.2保护电路5.2.1过电压保护电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要包括操作过电压和雷击过电压等。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的关断过程，包括换相过电压和关断过电压。图5给出了各种过电压保护措施及其配置位置。 图5过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容 RC1阀侧浪涌过

8、电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路 RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路5.2.2过电流保护电力电子器件运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。过电流分为过载和短路两种情况。图6给出了各种过电流保护措施及其配置位置，其中快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施。一般电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。图6 过电流保护措施及配置位置6电路参数计算及元器件选择6.1电路参数计算根据主电路波形和其工作情况，ud的波形图如图1（b）所

9、示，其平均值为 Ud=1-2U2sintdt晶闸管提前了电角度，称为停止导电角 =sin-1E2U2=26.7=26.7180则Ud=1-2U2sintdt=0.45U2（0.8934+cos）=0 时，Ud=Ud0=0.85U2; =153.3时，Ud=0。可见，角的移相范围包含30150。向负载输出的直流电流平均值为Id=Ud-ER=0.45U2R(0.8934+cos)晶闸管VT1、VD4和VT3、VD2轮流导电，流过晶闸管和二极管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即IdVT=IdVD=12Id整流电路输出电压的有效值为U=1-(2U2sint)2dt=U23.077-+sin2

10、2当=30时，有Umax=107.2V，要求输出功率为500W时有R=23。6.2元器件选择6.2.1晶闸管的选取晶闸管承受的最大反向电压为：110=155.6V流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT=U2R=3.38A故晶闸管的额定电压为：UN=23155.6=311.2466.8V晶闸管的额定电流为:IN=1.523.381.57=3.234.316.2.2变压器的选取因为此系统输出功率为500W，且此系统变压器低压侧电流与输出电流有效值相等。故要求变压器的容量S大于500W且I大于3A。6.2.3快速熔断器选取因为有IVT=U2R=3.38A ，故快速熔断器可选取允许的最大电流为4A。6

11、.2.4过电压电路的元件选取单相阻容保护的计算公式如下：C6i0%SU22R2.3U22SUK%i0%S：变压器每相平均计算容量（VA）；U2：变压器副边相电压有效值（V）；i0%：变压器激磁电流百分值；Uk%：变压器的短路电压百分值。取%=4%，%=5%得到C=10mF,R=597主要节点电压和电流波形使用MATLAB进行电压和电流波形的观察，进入MATLAB中的simulink，创建一个新的model，找到所需的原件，绘制单相桥式全控晶闸管整流电路如图7所示。设置好各个元器件的参数，然后进行仿真。再双击示波器观察波形图。分别对角为30、60、90、120、150进行仿真。得到的结果如图8、

12、图9、图10、图11、图12所示。图7 单相半控桥式晶闸管整流电路的设计图8 =30时的仿真波形图图9 =60时的仿真波形图图10 =90时的仿真波形图图11 =120时的仿真波形图图8 =150时的仿真波形图设计小结这次课程设计让我明白了很多关于电力电子技术方面的知识，尤其是在课本中没有完全介绍的。要完成这次课程设计，关靠书本知识是远远不够的，所以我查阅了很多关于电力电子的书籍，并且也通过网络查到了很多相关的知识，为这次课程设计做了很多帮助。对于课程设计的内容，首先要做的应是对设计内容的理论理解，在理论充分理解的基础上，才能做好课程设计，才能设计出性能良好的电路。整流电路中，基本元件的选择是

13、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。设计过程中，我明白了整流电路，尤其是单相半控桥式整流电路的重要性以及整流电路设计方法的多样性。这次的课程设计是我设计时间最长的一次，也是收获最大的一次。虽然设计过程中遇到很多问题，尤其是保护电路的设计，因为课上没有讲到保护电路的内容，保护电路的理解不够全面，设计的时候是一头雾水，但还是在老师的帮助下，我一一解决了。另外通过这次课程设计，我对文档的编排也有了一定的掌握，这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电力电子这门课程，把以前一些没弄懂的问题这次弄明白了一部分，当然没有全部。整个课程设计过程中，由于理论知识的缺乏，以及对课程设计的不熟悉，课程设计还有很多不足之处，在以后的课程设计中，希望能有所改善。参考文献1.王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.20092.李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.20053.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.20064.钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010