單相雙半波晶閘管整流電路設(shè)計(jì)(純電阻).doc

1、 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 單相半波整流電路的設(shè)計(jì) 系 、 部： 電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 李白龍 指導(dǎo)教師： 王翠 職稱(chēng) 副教授專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 自本0801 完成時(shí)間： 2011年6月1日 目錄第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求說(shuō)明及方案介紹 第2章 主電路設(shè)計(jì) 第3章 參數(shù)計(jì)算 第4章 元器件的選擇 第5章 matlab仿真結(jié)果 第6章 心得體會(huì) 第7章 參考文獻(xiàn) 第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求說(shuō)明及方案介紹1.1 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1.1 設(shè)計(jì)課題目 單相雙半波晶閘管整流電路設(shè)計(jì)（純電阻負(fù)載）1.1.2 設(shè)計(jì)要求 單相雙半波晶閘管整流電路的設(shè)計(jì)要求為： 負(fù)載為阻性負(fù)載.

2、 技術(shù)要求: (1) 電網(wǎng)供電電壓：交流100v/50hz； (2) 輸出功率：500w；(3) 移相范圍：0180； 在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識(shí)和創(chuàng)造性的思 維方式以及創(chuàng)造能力 要求具體電路方案的選擇必須有論證說(shuō)明，要說(shuō)明其有哪些特點(diǎn)。主電路具體電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說(shuō)明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀 及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)剖析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。 課程設(shè)計(jì)中要不斷提出問(wèn)題，并給出這些問(wèn)題的解決方法和自己的研究體會(huì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)獨(dú)立分析和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)

3、的系統(tǒng)主電路、控制電路等詳細(xì)的設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型）。課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是供電方案的選定，主電路的設(shè)計(jì)，電路元件的選擇，保護(hù)電路的選擇，主電路的分析說(shuō)明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路設(shè)計(jì)。 報(bào)告最后給出所設(shè)計(jì)的主電路和控制電路標(biāo)準(zhǔn)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(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱(chēng)，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)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

4、電流脈動(dòng)小，功率因素高的特點(diǎn)。但是，電路中需要四只晶閘管，且觸發(fā)電路要分時(shí)觸發(fā)一對(duì)晶閘管，電路復(fù)雜，兩兩晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間差用分立元件電路難以控制。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(chēng)單相全波可控整流電路。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(guò)電流。u2負(fù)半周，vt2工作，變壓器二次繞組下半部分流過(guò)反方向的電流。單相全波可控整流電路的u d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(wèn)題。當(dāng)接其他負(fù)載時(shí)，也有相同的結(jié)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(chǎng)合

5、作電流脈沖大（電阻性負(fù)載時(shí)）。在比較兩者的電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以后決定選用單相全波可控整流電路作為主電路。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(shè)計(jì)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部分構(gòu)成，分別為電源，過(guò)電保護(hù)電路，整流電路和觸發(fā)電路構(gòu)成。輸入的信號(hào)經(jīng)變壓器變壓后通過(guò)過(guò)電保護(hù)電路，保證電路出現(xiàn)過(guò)載或短路故障時(shí)，不至于傷害到晶閘管和負(fù)載。在電路中還加了防雷擊的保護(hù)電路。然后將經(jīng)變壓和保護(hù)后的信號(hào)輸入整流電路中。在電路中,過(guò)電保護(hù)部分我們分別選擇的快速熔斷器做過(guò)流保護(hù),而過(guò)壓保護(hù)則采用rc電路。整流部分電路則是根據(jù)題目

6、的要求，我們選擇學(xué)過(guò)的單相全波整流電路。該電路的結(jié)構(gòu)和工作原理是利用晶閘管的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)將交流變?yōu)橹绷鞯墓δ?。單結(jié)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(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一方面是方便我們對(duì)設(shè)計(jì)電路中變壓器型號(hào)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晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過(guò)零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對(duì)其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求： 觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，

7、脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿(mǎn)足電路要求。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路：由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡(jiǎn)單、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、溫度補(bǔ)償性能好，脈沖前沿徒等優(yōu)點(diǎn)，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。他由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成，電路圖如圖3.3所示。圖2.3 相控觸發(fā)電路原理圖2.3 保護(hù)電路原理圖及工作原理1)過(guò)電流保護(hù)當(dāng)電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路；驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過(guò)載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生逆變失??；以及交流電源電壓過(guò)高或

8、過(guò)低；均能引起裝置或其他元件的電流超過(guò)正常工作電流，即出現(xiàn)過(guò)電流。因此，必須對(duì)電力電子裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電流保護(hù)。2)過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)，因此，必須對(duì)電力電子裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電壓保護(hù)，如圖3.4所示。圖2.4 過(guò)流、過(guò)電壓保護(hù)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(jì)算3.1 變壓器二次側(cè)電壓的計(jì)算電源電壓交流100/ 50hz ，輸出功率：500w ，移相范圍：0 -180。設(shè)r=1.25 , =0 p=u/r ud =25v3.2 變壓器一 、二次側(cè)電

9、流的計(jì)算p=idr id=20a u1/ud=100/25 n1/n2=4/1 i1=id/4=5 a3.3 變壓器容量的計(jì)算s=u1i1=1005=0.5kva 3.4 變壓器型號(hào)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(fù)載主電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時(shí)主要考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原則。4.1.1 整流元件中電壓、電流最大值的計(jì)算晶閘管的主要參數(shù)如下：（1）額定電壓unvt 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓udrm 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓是在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓urrm 反向重復(fù)峰值

10、電壓是在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。通常取udrm和urrm中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電壓等級(jí)作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時(shí)，額定電壓要留有一定裕量，應(yīng)為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的23倍，以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓 unvt （23）2u2 （3-1） unvt ：工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓 unvt =(2-3)2u2=（141.4-212.1）v通過(guò)晶閘管的電流的平均值ivt(av) （2）額定電流invt ivt(av)=id/2=10aim=ivt(av)=31.4a4.1.2 整流元件型號(hào)的選擇晶閘管的選擇原則：所選晶閘管

11、電流有效值ivt大于元件在電路中可能流過(guò)的最大電流有效值。2.選擇時(shí)考慮（1.52）倍的安全裕量。即/1.57=（19.1-25.5）a invt =20a 則晶閘管的額定電流為invt=20a.在本次設(shè)計(jì)中選用2個(gè)kp20-2的晶閘管.4.2 保護(hù)元件的選擇4.2.1 變壓器二次側(cè)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(yīng)用最廣的一種過(guò)電流保護(hù)措施。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：1）電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。2）電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。3）快熔的值應(yīng)小于被保

12、護(hù)器件的允許值。4）為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。因?yàn)榫чl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(gòu)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(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對(duì)同步電壓要求低,有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。4.3.1 芯片引腳功

13、能功 能輸出空鋸齒波形成-vee(1k)空地同步輸入綜合比較空微分阻容封鎖調(diào)制輸出+vcc引線腳號(hào)1 23 45 678910111213141516第5章 matlab仿真結(jié)果圖5.1 matlab中的電路模型圖5.2 當(dāng)=60時(shí)，仿真波形結(jié)果圖5.3 當(dāng)=120時(shí)，仿真波形結(jié)果圖5.4 當(dāng)=180時(shí)，仿真波形結(jié)果5.1 心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)是一個(gè)加強(qiáng)我動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題能力的好機(jī)會(huì)，回顧搞課程設(shè)計(jì)的這些日子里，我似乎又感受到了當(dāng)年高考前夕的那種緊張的氣氛，這既讓我身心俱疲又讓我心里充實(shí)的許多，實(shí)在是很奇妙。我想，也許今后我們走人社會(huì)，或許這段經(jīng)歷會(huì)給我們帶來(lái)不一樣的感受。 對(duì)于一個(gè)電路的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該對(duì)它的理論知識(shí)很了解，這樣才能設(shè)計(jì)出性能好的電路。整流電路中，開(kāi)關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開(kāi)關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo)影響很大。 在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，碰到的難題就是對(duì)晶閘管的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)中沒(méi)能很好的系統(tǒng)的總結(jié)晶閘管相關(guān)知識(shí)。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中貫穿的計(jì)算過(guò)程沒(méi)能很好的把握。在今后要認(rèn)真學(xué)習(xí)，對(duì)電力電子課程進(jìn)行補(bǔ)充。為以后的工作做鋪墊，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一遍電力電子技術(shù)這門(mén)課程，把以前一些沒(méi)弄懂的問(wèn)題基本掌握了。第6章 參考文獻(xiàn)：1 王兆安、黃俊.