課程設(shè)計-單相半控橋式晶閘管整流電路設(shè)計(阻感負(fù)載)

中北大學(xué)課程設(shè)計說明書學(xué)生姓名：夏志廣學(xué)號：0809014245學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動化題目：單相半控橋式晶閘管整流電路設(shè)計（阻感負(fù)載）指導(dǎo)教師：方煒職稱:講師2011年1中北大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書10/11學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動化學(xué)生姓名：夏志廣學(xué)號：0809014245課程設(shè)計題目：單相半控橋式晶閘管整流電路設(shè)計（阻感負(fù)載）起迄日期：1月10日～1月14日課程設(shè)計地點：電氣工程系實驗中心指導(dǎo)教師：方煒系主任：王忠慶下達(dá)任務(wù)書日期:2011年1月9日課程設(shè)計任務(wù)書1．設(shè)計目的：1）培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。2）培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3）培養(yǎng)學(xué)生運用知識的能力和工程設(shè)計的能力。4）提高學(xué)生課程設(shè)計報告撰寫水平。2．設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：設(shè)計內(nèi)容：1、設(shè)計一個單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（無續(xù)流二極管）設(shè)計要求：1）電源電壓：交流100V/50Hz；2）輸出功率：500W；3）移相范圍：0°～180°。2、設(shè)計一個單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（有續(xù)流二極管）設(shè)計要求：1）電源電壓：交流100V/50Hz；2）輸出功率：500W；3）移相范圍：0°～180°。3．設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計說明書、圖紙、實物樣品等〕：設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求：1）根據(jù)課程設(shè)計題目，收集相關(guān)資料、設(shè)計主電路和觸發(fā)電路；2）用Multisim等軟件制作主電路和控制電路原理圖；3）撰寫課程設(shè)計報告——畫出主電路、控制電路原理圖，說明主電路的工作原理，完成元器件參數(shù)計算，元器件選型，說明控制電路的工作原理，用Multisim或EWB等軟件繪出主電路典型的輸出波形（比較實際波形與理論波形），繪出觸發(fā)信號（驅(qū)動信號）波形，說明設(shè)計過程中遇到的問題和解決問題的方法，附參考資料。課程設(shè)計任務(wù)書4．主要參考文獻(xiàn)：1、樊立萍，王忠慶.電力電子技術(shù).北京:北京大學(xué)出版社,20062、徐以榮，冷增祥.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).南京：東南大學(xué)出版社，19993、王兆安,黃俊.電力電子技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社,20054、童詩白.模擬電子技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,20015、閻石.數(shù)字電子技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,19986、邱關(guān)源.電路.北京：高等教育出版社，19997、龔素文.電力電子技術(shù).北京：北京理工大學(xué)出版社，20095．設(shè)計成果形式及要求：1）撰寫課程設(shè)計報告；2）用PROTEL或其它軟件畫出主電路和觸發(fā)電路原理圖；3）用EWB或其它軟件繪出主電路典型波形，觸發(fā)信號（驅(qū)動信號）波形。6．工作計劃及進(jìn)度：2011年1月10日~1月12日~1月14日~月系主任審查意見：簽字：2011年工作原理單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（無續(xù)流二極管）

圖1-1阻感性負(fù)載（無續(xù)流二極管）的主電路假設(shè)負(fù)載電流因電感足夠大而平直，當(dāng)電源u2正半波，在=時觸發(fā),VT1后VT1、VT2導(dǎo)通，電流通路為A-VT1-L-R-VT2-B,電流由電源提供；當(dāng)=后，電源電壓u2經(jīng)零變負(fù)，但由于電感電勢的作用，電流仍將繼續(xù)，電感通過R-VD1-VT1回路放電。在=處，二極管VD2電流給VD1，電流iVD2及i2終止，在=～（+）區(qū)間電流由電感釋放電能提供。當(dāng)=（+）時觸發(fā)VT2導(dǎo)通，由于VT2的導(dǎo)通才能使VT1承受反壓而關(guān)斷，其后的工作過程與前半周類似。由此可見，VT1觸發(fā)導(dǎo)通后，需VT2的觸發(fā)導(dǎo)通才能關(guān)斷。因此流過晶閘管的電流在一個周期內(nèi)各占一半，其換流時刻由門極觸發(fā)脈沖決定；而二極管VD1、VD2的導(dǎo)通與關(guān)斷僅由電源電壓的正負(fù)半波決定，在=n(n為正整數(shù))處換流，所以單相半控橋式整流電路電感負(fù)載時各元件導(dǎo)通角均為1800，電源在區(qū)間內(nèi)停止對負(fù)載供電。半控橋式整流電路中的整流二極管VD1、VD2本身兼有續(xù)流二極管的作用，因此電路中不需另加續(xù)流二極管。但如果在工作中出現(xiàn)異常，比如VT2的觸發(fā)脈沖消失，則VT1由于電感續(xù)流作用將不能關(guān)斷，等到下一個正半波到來時，VT1無需觸發(fā)仍繼續(xù)導(dǎo)通，結(jié)果是：一只晶閘管與兩只二極管之間輪流導(dǎo)電，其輸出電壓失去控制，這種情況稱之為“失控”。失控時的的輸出電壓相當(dāng)于單相半波不可控整流時的電壓波形。在失控情況下工作的晶閘管由于連續(xù)導(dǎo)通很容易因過載而損壞。因為半導(dǎo)體本身具有續(xù)流作用，半控電路只能將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，而直流電能不能返回到交流電能中去，即能量只能單方向傳遞。同理，帶續(xù)流二極管的全控電路能量也只能單方向傳遞。圖1-2主電路典型的實際輸出波形圖1-3主電路典型的理論輸出波形圖1-4觸發(fā)信號波形2、單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（有續(xù)流二極管）為了防止這種失控現(xiàn)象，仍須在半控橋式電路中加上續(xù)流二極管，可以在負(fù)載側(cè)并聯(lián)一個續(xù)流二極管D3。加了續(xù)流二極管的單相橋式半控電路如圖2－1所示。其輸出電壓波形與不加續(xù)流管時相同，原先流經(jīng)橋臂元件的續(xù)流電流現(xiàn)都轉(zhuǎn)移到續(xù)流二極管D3上。迫使晶閘管與二極管串聯(lián)電路中的電流小到維持電流以下使晶閘管關(guān)斷。續(xù)流二極管后的輸出電壓與不加時相同，但流過晶閘管的和二極管的電流波形不同。有續(xù)流二極管VD時，續(xù)流過程由VD完成，在續(xù)流階段晶閘管關(guān)斷，這就避免了某一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，少了一個管壓降，有利于降低損耗。

圖2-1阻感性負(fù)載（有續(xù)流二極管）的主電路圖2-2主電路典型的實際輸出波形圖2-3主電路典型的理論輸出波形 圖2-4觸發(fā)信號波形二、基本電量計算1.通過變壓器副邊繞組的電流有效值I22.流過晶閘管和整流管的電流平均值和有效值分別為二、參數(shù)計算1、單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（無續(xù)流二極管）1）電源電壓：交流100V/50Hz；2）輸出功率：500W；3）移相范圍：0°～180°。輸出電壓平均值：U=0.9U2輸出電流平均值：=Ud/R流過晶閘管電流有效值I=/波形系數(shù)：K=I/=/2交流側(cè)相電流的有效值:I=·I令0時，U2=100V，P出=500W。Ud=0.9U2(1+)/2=90V，P出=Ud2/R,得R=16.2，取R=20。Id=P出/Ud=5.56A，Kf=IVT/Id=/2=0.707，晶閘管的額定電流為：IT=KfId/1.57=2.5A,取2倍電流安全儲備，并考慮晶閘管元件額定電流系列取5A。晶閘管元件額定電壓U2=100=141.4V，取2～3倍電壓安全儲備，并考慮晶閘管額定電壓系列取300V。所以選擇晶閘管和二極管的額定電壓為300V,額定電流為5A的，電感取無窮大，L=150H，R=20。2、單相半控橋式晶閘管可控整流電路（阻感負(fù)載）（有續(xù)流二極管）1）電源電壓：交流100V/50Hz；2）輸出功率：500W；3）移相范圍：0°～180°。輸出電壓平均值：U=0.9U2輸出電流平均值：=Ud/R流過晶閘管電流有效值：I=/波形系數(shù)：K=I/=/2交流側(cè)相電流的有效值:I=·I續(xù)流管電流有效值：I=·I令0時，U2=100V,P出=500W。Ud=0.9U2(1+)/2=90V，Id=P出/Ud=5.56A，Kf=IVT/Id=/2=0.707，晶閘管的額定電流為：IT=KfId/1.57=2.5A,取2倍電流安全儲備，并考慮晶閘管元件額定電流系列取5A。晶閘管元件額定電壓U2=100=141.4V，取2～3倍電壓安全儲備，并考慮晶閘管額定電壓系列取300V。令時，IVT=Id=Id=5.56A時，此時流過續(xù)流二極管的電流最大為5.56A，取2倍電流安全儲備，并考慮晶閘管元件額定電流系列取20A。續(xù)流二極管兩端的最大電壓為Ud=90V,取2～3倍電壓安全儲備，并考慮晶閘管額定電壓系列去200V。所以選擇續(xù)流二極管額定電壓為200V,額定電流為20A的晶閘管和二極管，電感取無窮大，L=150H，R=20。三、仿真電路及仿真結(jié)果阻感負(fù)載（無續(xù)流二極管）仿真電路圖與仿真結(jié)果波形圖：阻感負(fù)載（有續(xù)流二極管）仿真電路圖與仿真結(jié)果波形圖：四、課程設(shè)計心得一周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下