單相雙半波整流電路設計～小楊(共11頁)

1、PAGE PAGE - 12 -電力電子(dinz)技術課程設計報告(bogo)題 目：單相雙半波(bn b)晶閘管整流電路的設計指導老師：姓 名：時 間：目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc437284782 摘 要11 前 言1 HYPERLINK l _Toc437284783 1 設計(shj)目的 PAGEREF _Toc437284783 h 2 HYPERLINK l _Toc437284784 2 設計(shj)思想 PAGEREF _Toc437284784 h 2 HYPERLINK l _Toc437284785 3 整流電路的方案(f

2、ng n)選擇 PAGEREF _Toc437284785 h 2 HYPERLINK l _Toc437284786 4 主電路設計 PAGEREF _Toc437284786 h 3 HYPERLINK l _Toc437284787 4.1 總電路的原理和框圖 PAGEREF _Toc437284787 h 3 HYPERLINK l _Toc437284788 4.2 相控觸發(fā)電路 PAGEREF _Toc437284788 h 3 HYPERLINK l _Toc437284789 4.3 保護電路 PAGEREF _Toc437284789 h 4 HYPERLINK l _Toc

3、437284790 5 元件參數(shù)計算和選擇 PAGEREF _Toc437284790 h 4 HYPERLINK l _Toc437284791 5.1變壓器參數(shù)計算 PAGEREF _Toc437284791 h 4 HYPERLINK l _Toc437284792 5.2 晶閘管參數(shù)計算與選擇 PAGEREF _Toc437284792 h 5 HYPERLINK l _Toc437284793 5.3變壓器二次側(cè)熔斷器的選擇 PAGEREF _Toc437284793 h 6 HYPERLINK l _Toc437284794 6 MATLAB仿真 PAGEREF _Toc43728

4、4794 h 6 HYPERLINK l _Toc437284795 心得體會 PAGEREF _Toc437284795 h 9 HYPERLINK l _Toc437284796 致謝 PAGEREF _Toc437284796 h 9 HYPERLINK l _Toc437284797 參考文獻 PAGEREF _Toc437284797 h 9單相(dn xin)雙半波晶閘管整流（純電阻(dinz)負載）電路(dinl)的設計摘 要本課程設計是利用電力電子技術中所學的知識，首先通過第2部分設計目的和第3部分設計思想對本課程設計進行了規(guī)劃；通過第4部分整流電路的方案選擇，把單相橋式全控整

5、流電路方案與單相雙半波可控整流電路方案進行了比較，確定選用單相雙半波可控整流電路方案進行了整體設計；在第5部分主電路設計中，對電力電子器件所構(gòu)成的單相雙半波可控整流基本電路分主電路、觸發(fā)電路、保護電路進行了描述；在第6部分元件參數(shù)計算和選擇中，對電路參數(shù)進行了計算和分析，并確定了元件型號；最后利用MATLAB軟件中的Simulink進行了電氣仿真，對所設計電路進行檢驗驗證。關鍵詞：電力電子技術控制整流1 前言電力電子學,又稱功率電子學(PowerElectronics)。它主要研究各種電力電子器件，以及由這些電力電子器件所構(gòu)成的各式各樣的電路或裝置，以完成對電能的變換和控制。它既是電子學在強電

6、(高電壓、大電流)或電工領域的一個分支，又是電工學在弱電(低電壓、小電流)或電子領域的一個分支，或者說是強弱電相結(jié)合的新科學。電力電子學是橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個領域的一個新興工程技術學科。隨著科學技術的日益發(fā)展,人們對電路的要求也越來越高,由于在生產(chǎn)實際中需要大小可調(diào)的直流電源,而相控整流電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、性能穩(wěn)定,利用它可以方便地得到大中、小各種容量的直流電能,是目前獲得直流電能的主要方法,得到了廣泛應用。在電能的生產(chǎn)和傳輸上，目前是以交流電為主。電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而在許多場合，例如電解、蓄電池的充電、直流電動機等，需要用直流電。要得到直流電，除了直流發(fā)電機外，最

7、普遍應用的是利用各種半導體元件產(chǎn)生直流電。這個方法中，整流是最基礎的一步。整流，即利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷?，把方向和大小交變的電流變換為直流電。整流的基礎是整流電路。由于電力電子技術是將電子技術和控制技術引入傳統(tǒng)的電力技術領域，利用半導體電力開關器件組成各種電力變換電路實現(xiàn)電能和變換和控制，而構(gòu)成的一門完整的學科。故其學習方法與電子技術和控制技術有很多相似之處，因此要學好這門課就必須做好課程設計，因而我們進行了此次課程設計。又因為整流電路應用非常廣泛，而單相全控橋式晶閘管整流電路又有利于夯實基礎，故我們選將單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路這一課題作為這一課程的課程設計的課題。2 設計目

8、的本課程設計是利用電力電子技術中所學的知識對單相雙半波整流電路進行了整體設計，并利用MATLAB軟件中的Simulink進行了電氣仿真，對所設計電路進行檢驗驗證。通過本課程設計使我們充分對電力電子技術中各個電路深入理解，培養(yǎng)我們利用電力電子技術解決工程技術問題的能力。同時提高我們查閱資料、運用計算機輔助工具繪制原理圖和閱讀原理圖的能力；從而加深對電力電子知識的系統(tǒng)掌握，提升動手能力，學會使用基本的電路仿真軟件，獲得初步的應用經(jīng)驗，為我們走出校門從事電力電子技術的相關工作打下基礎。3 設計(shj)思想（1）分析電力電子(dinz)技術所學各類整流電路的特點、性質(zhì)，并以此提出本設計所采用的整流電

9、路設計初步方案。（2）確定整體電路的總體設計，包括：整流電路供電端的電壓(diny)類型、變壓器、整流電路、觸發(fā)電路和最后系統(tǒng)的負載類型。（3）對整流模塊電路、觸發(fā)電路等進行方案的對比分析選出所需電路。（4）搭建MATLAN電氣仿真模塊，對所設計電路進行檢驗和調(diào)試。4 整流電路的方案選擇方案一：單相橋式全控整流電路圖1電路對每個導電回路進行控制，不用續(xù)流二極管也不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象，負載形式多樣、整流效果好、波形平穩(wěn)所以應用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，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。并且單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動小

10、，功率因素高的特點。但是，電路中需要四只晶閘管，且觸發(fā)電路要分時觸發(fā)一對晶閘管，電路復雜，兩兩晶閘管導通的時間差用分立元件電路難以控制。圖1 單相橋式全控整流電路方案二：單相雙半波可控整流電路圖2單相雙半波可控整流電路又稱單相全波可控整流電路。該電路的變壓器是帶中心抽頭，在u2正半周期T1工作，變壓器二次繞組上半部分流過電流。u2負半周期，T2工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向的電流。單相全波可控整流電路的Ud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題。當接其他負載時，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

11、于輸出低壓的場合作電流脈沖大（電阻性負載時）。圖2 單相(dn xin)全波可控整流電路綜合上述，比較兩電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，本設計(shj)采用單相全波可控整流電路(dinl)作為主電路。5 主電路設計5.1 總電路的原理和框圖總電路框圖如圖3所示：100V的交流電源變壓器整流電路純電阻負載觸發(fā)電路圖3 總電路框圖該電路主要由四部分構(gòu)成，分別為電源，整流電路，觸發(fā)電路和過電保護電路構(gòu)成。輸入的電壓經(jīng)變壓器變壓后通過過電保護電路，保證電路出現(xiàn)過載或短路故障時，不至于損壞晶閘管和負載。在電路中還加了防雷擊的保護電路。然后將經(jīng)變壓和保護后的電壓輸入整流電路中。在電路中,過電保護部分我們分別選擇的快速熔

12、斷器做過流保護,而過壓保護則采用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)和工作原理是利用晶閘管的開關特性實現(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，而且是直接觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)比較簡單。另外，方便設計電路中變壓器型號的選擇5.2 相控觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求：觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓。觸發(fā)信號應有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通。觸發(fā)脈沖必須與晶閘管

13、的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路：單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾能力強、溫度補償性能好，脈沖前沿徒等優(yōu)點，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應用。它由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成。其原理圖如圖4所示。圖4 相控觸發(fā)(chf)電路原理圖5.3 保護(boh)電路(1)過電流(dinli)保護當電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路；驅(qū)動、觸發(fā)或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負載過載；直流側(cè)短路；以及交流電源電壓過高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過電流。因此，必須對電力電子裝置進行適當?shù)倪^電流保護。(2)過電

14、壓保護設備在運行過程中，會受到由交流供電電網(wǎng)進入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時，設備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn)，因此，必須對電力電子裝置進行適當?shù)倪^電壓保護。圖5 過流、過壓保護電路原理圖6 元件參數(shù)計算和選擇6.1變壓器參數(shù)計算(1)變壓器二次側(cè)電壓的計算電源電壓交流100/50Hz，輸出功率：500W，移相范圍：0至180。設 則據(jù)：得：Ud=25V(2)變壓器一、二次側(cè)電流的計算(3)變壓器容量(rngling)的計算(4)變壓器型號(xngho)的選擇6.2 晶閘管參數(shù)(cnsh)計算與選擇晶閘管的主要參數(shù)如下：(1)額定電壓斷態(tài)重復峰值電壓：斷態(tài)重復峰值電壓是在門

15、極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的峰值電壓。反向重復峰值電壓：反向重復峰值電壓是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓。通常取和中較小的，再取靠近標準的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時，額定電壓要留有一定裕量，應為正常工作時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(2)額定電流晶閘管的選擇原則：(1)晶閘管電流有效值大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值。(2)考慮（1.52）倍的安全裕量。在本設計中選用2個KP20-2的晶閘管.6.3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、應用最廣的一種過電流保護

16、措施。在選擇快熔時應考慮：(1)電壓等級應根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。(2)電流容量應按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。快熔一般與電力半導體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流(jioli)母線或直流母線中。(3)快熔的值應小于被保護器件(qjin)的允許值。(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應考慮其時間電流(dinli)特性。因為晶閘管的額定電流為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。7 MATLAB仿真圖6 MATLAB仿真電路圖中pulsegeneration產(chǎn)生脈沖信號，通過更改其中的phased

17、elay調(diào)整相角，示波器scope記錄各處產(chǎn)生的電壓、電流和功率波形。仿真結(jié)果：圖7 當時，仿真波形結(jié)果圖中Vi為交流電源端電壓，V0為負載(fzi)電壓(diny)，I為負載(fzi)端電流，P為輸出功率。 當時，仿真波形如下所示。在觸發(fā)延遲角到來前，V0為負載電壓為0。當觸發(fā)脈沖到來后，VT1晶閘管兩端承受反向電壓，此時VT2晶閘管導通加在負載上，實現(xiàn)雙半波整流輸出。其他階段類似。圖8 當時，仿真波形結(jié)果圖9 當時，仿真波形結(jié)果圖10 當時，仿真波形(b xn)結(jié)果當時，電源電壓始終(shzhng)加在晶閘管兩端，輸出端電壓恒為0，電路中至始至終沒有形成電流。 綜合以上，對電路(dinl)中的單個晶閘管進行分析可知，當0180時，在一個周期內(nèi)，前