單相半波整流電路 朱宇翔

1、電力電子與電機(jī)拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)單相半波整流電路的設(shè)計(jì)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院姓 名朱宇翔專業(yè)11自動(dòng)化（2）學(xué)號(hào)201110320205指導(dǎo)老師王 冬完成時(shí)間2014年6月5日電力電子與電機(jī)拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名 朱宇翔班級(jí)11自動(dòng)化指導(dǎo)老師王 冬題目:單相半波整流電路的設(shè)計(jì)輸入電壓：?jiǎn)蜗嘟涣?20v，50HZ，輸出功率：1KW；課用集成電路組成觸發(fā)電路題的負(fù)載性質(zhì)：電阻，電阻電感任務(wù) 和對(duì)電路進(jìn)行主設(shè)計(jì)、計(jì)算與說明。要求計(jì)算所用元器件型號(hào)參數(shù)1、根據(jù)課題，查閱相關(guān)資料2、畫出系統(tǒng)原理框圖；3、參數(shù)計(jì)算和元器件選擇4、畫出單元電路圖；5、畫出整體控電路圖；6、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（說明書）設(shè)計(jì)題目，主要

2、技術(shù)標(biāo)和要求；方案選擇及至電路工作原理；單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算；收獲、體會(huì)和改進(jìn)設(shè)計(jì)的建議；主要參考文獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1、設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求42、設(shè)計(jì)方案選擇5 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3、總電路的原理框圖6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4、單元電路的設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 5、總電路的設(shè)計(jì)8 HYPERL

3、INK l bookmark50 o Current Document 6、參數(shù)計(jì)算9 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 7、 元器件清單10 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 8、設(shè)計(jì)總結(jié)10 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 9、參考文獻(xiàn)111、設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)任務(wù)1、進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案；2、完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說明；3、完成主電路的原理分析,各主要元器件的選擇；4、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；（2）

4、設(shè)計(jì)要求:輸入電壓：?jiǎn)蜗嘟涣?20v，50HZ輸出功率：1KW用集成電路組成觸發(fā)電路負(fù)載性質(zhì)：電阻，電阻電感對(duì)電路進(jìn)行主設(shè)計(jì)、計(jì)算與說明。計(jì)算所用元器件型號(hào)參數(shù)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明，要說明其有哪 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)中要不斷提出問題， 并給出這些問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)立解決問題的能

5、力。要求學(xué)生在教師 的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路、控制電路等詳細(xì)的設(shè)計(jì)。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。單相橋式整流電路可分為單相全控整流電路和單相半控整流電路，它們所連 接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感 性負(fù)載的工作情況。方案一：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐冯娐泛?jiǎn)圖如下：對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，相對(duì)于全控橋而言少了一個(gè)控制器件，用二極管 代替，有利于降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當(dāng)a突然增大至

6、180或出發(fā)脈 沖丟失時(shí)，由于電感儲(chǔ)能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負(fù)載電阻上，會(huì) 發(fā)生一個(gè)品閘管導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使Ud成為正弦半波，即 半周期ud為正弦，另外半周期為ud為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當(dāng)于單相半波 不可控整流電路時(shí)的波形，即為失控。所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn) 象。方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?電路簡(jiǎn)圖如下：此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(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，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。根

7、據(jù)以上的分析，我們選擇的方案是：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐贰?、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)變壓器變壓后通過過電保護(hù)電路，保證電路出現(xiàn)過載或短 路故障時(shí)，不至于傷害到品閘管和負(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，過電保護(hù)部分我們分別選擇的快速熔斷器做過流保護(hù)，而過壓保護(hù) 則采用RC電路。整流部分電路則是根據(jù)題目的要求，我們選擇學(xué)過的單相全波 整流電路。該電路的結(jié)構(gòu)和工作原理是利用品閘管的開關(guān)特性實(shí)現(xiàn)將交流變?yōu)橹?流的功能。單結(jié)品體管直接觸發(fā)電路的移相范圍變化較大，而且由于

8、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。4、單元電路的設(shè)計(jì)4.1單結(jié)品體管觸發(fā)電路由單結(jié)品體管構(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)，在容量小的品閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。它由自激 震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成，電路圖如所示。3己vD D 十間V+叫！ I! I! 1! I! 1! I! I! I! I! I! I!M I :；(b)4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可能會(huì)發(fā)生過流、過壓，造成開關(guān)器件的永久性 損壞。過流、過壓保護(hù)包括器件保護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)兩個(gè)方面。檢測(cè)開關(guān)器件的電流、 電壓，保護(hù)

9、主電路中的開關(guān)器件，防止過流、過壓損壞開關(guān)器件。檢測(cè)系統(tǒng)電源 輸入、輸出及負(fù)載的電流、電壓，實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，防止系統(tǒng)崩潰而造成事故。例 如，R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則 是采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流 超過允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀 態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。圖過流、過電壓保護(hù)電路5、總電路的設(shè)計(jì)6、參數(shù)計(jì)算當(dāng)電流變化時(shí)電感要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而阻礙其變化，所以，電路電流的變化 總是滯后于電壓的變化氣=；j g X,/2U2 sin td 伽）=22 U2 cos a = 0

10、.9U2 cos a負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，整流電壓平均值可按下式計(jì)算：輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平線。兩組品閘管輪流 導(dǎo)電，一個(gè)周期中各導(dǎo)電180，且與。無關(guān)，變壓器二次繞組中電流i2的波 形是對(duì)稱的正、負(fù)方波。負(fù)載電流的平均值Id和有效值I相等，其波形系數(shù)為1。 在這種情況下：當(dāng) a =0 時(shí)，=0.叫；當(dāng)a =90時(shí)，U=0，其移相范圍為90。d品閘管承受的最大正、反向電壓都是。流過每個(gè)品閘管的電流平均值和有效 值分別為0I =-vl dV 2 兀 d品閘管承受最大電壓為UM =V2U2=V2 X111V = 157V考慮到2倍裕 量，取400V。品閘管的選擇原則：I、所選品

11、閘管電流有效值ITn大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值。II、 選擇時(shí)考慮（1.52）倍的安全余量。即ITn =1.57 It（av）=（1.52） Itm。?。?%因?yàn)?，則品閘管的額定電流為、或）=10A（輸出電流的有效值為最小值，所以 該額定電流也為最小值）考慮到2倍裕量，取20A.即品閘管的額定電流至少應(yīng)大 于 20A。7、元器件清單元器件備注數(shù)量整流變壓器變比為2,容量至少為2.464kvA1個(gè)品閘管KP20-44個(gè)電阻其中主電路負(fù)載電阻最大為500Q，若干個(gè)電感主電路負(fù)載700mH2個(gè)H4- LL. 心片TCA7851塊熔斷器熔斷電流為15A4個(gè)電容若干個(gè)8、設(shè)計(jì)總結(jié)通過單相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)整流電路的理解，讓我 對(duì)電力電子該課程產(chǎn)生了濃烈的興趣。整流電路的設(shè)計(jì)方法多種多樣，且根據(jù)負(fù)載的不同，又可以設(shè)計(jì)出很多不 同的電路。其中單相全控橋式整流電路其負(fù)載我們用的多的主要是電阻型、帶大 電感型，接反電動(dòng)勢(shì)型。它們各自有自己的優(yōu)點(diǎn)。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，開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開 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)過程中，碰到的難題就是對(duì)品閘管的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，因 為在學(xué)習(xí)中沒能很好的系統(tǒng)的總結(jié)品閘管相關(guān)知識(shí)。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中