單相全控橋式整流電路課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 主電路的設(shè)計1</p><p>　　1.1電路的組成及工作原理1</p><p>　　1.2元器件的選擇3</p><p>　　1.3整流變壓器額定參數(shù)計算3</p><p>　　1.4 設(shè)計結(jié)果分析4</p&g

2、t;<p>　　2 驅(qū)動電路的設(shè)計6</p><p>　　2.1典型全控型器件的驅(qū)動電路6</p><p>　　3 電力電子器件的保護7</p><p>　　3.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護7</p><p>　　3.2 過電流保護7</p><p><b>　　4 設(shè)計總結(jié)9&l

3、t;/b></p><p><b>　　參考文獻10</b></p><p><b>　　致 謝11</b></p><p>　　附錄 元器件清單12</p><p><b>　　1 主電路的設(shè)計</b></p><p>　　1.1電路的

4、組成及工作原理 </p><p>　?。?）電路組成：該電路為單相橋式全控整流電路，由變壓器﹑四個晶閘管﹑電感及電阻組成，如圖1.1（a）所示。</p><p>　　2）工作原理:假設(shè)電路已經(jīng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)，</p><p>　　假設(shè) ，負載電流連續(xù)，近似為一平直的直線。</p><p>　　電源電壓的正半周，在α=時，觸發(fā)晶閘

5、管VT1、VT4導通，負載上的電壓和電源電壓相同。但由于電感的平波作用，電流不能突變，因此電流波形平穩(wěn)近似一條直線。</p><p>　　當交流電壓正半周過零開始変負時，由于L的作用，產(chǎn)生感應電動勢UL,阻止電流下降，極性為下負上正，只要UL在數(shù)值上大于電源負電壓，已導通的VT1、VT4管仍受正壓而繼續(xù)導通，此時負載兩端出現(xiàn)負電壓。直到電源負半周時刻觸發(fā)VT2、VT3管導通，VT1、VT4才會受反壓關(guān)斷，負載電流

6、改由VT2、VT3導通回路供應。因此每個晶閘管始終導通180°，晶閘管電流為180°底寬、高度為Id的矩形波，在晶閘管的觸發(fā)時刻換流。變壓器二次電流為正負對稱的矩形波，無直流分量。</p><p>　　3）主要參數(shù)關(guān)系 </p><p>　　① 輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Id</p><p><

7、;b>　　（1-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　② 晶閘管的電流平均值和有效值 </p><p>　?。?-3） </p><p><b>　　（1-4）</b></p><p&

8、gt;　　③（輸出電流有效值I和變壓器二次電流有效值</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　④ 晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為</p><p><b>　?。╝）</b></p><p>　　圖1.1阻感性負載電路（ａ）工作波形（b）</p>&

9、lt;p><b>　　1.2元器件的選擇</b></p><p><b>　　晶閘管的選型</b></p><p>　　該電路為大電感負載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。</p><p>　　Ud=100V時，不計控制角余量按=0º計算</p><p>　　由Ud=0.9U2得<

10、/p><p>　　U2==111V 取150V</p><p>　　U =（2～3）Ut=（2～3）U2=（2～3）150V=735～1102 V （1-6）</p><p><b>　　取U為1000V</b></p><p><b>　　當=1時，</b></p>

11、<p>　　晶閘管額定電流===0.64A （1-7） </p><p>　　考慮2倍裕量：取1.28A</p><p>　　1.3整流變壓器額定參數(shù)計算</p><p>　　在很多情況下晶閘管整流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)往往不能一致，同時又為了減少電網(wǎng)與整流裝置

12、的相互干擾，使整流主電路與電網(wǎng)隔離，為此需要配置整流變壓器。整流變壓器根據(jù)主電路的型式、負載額定電壓和額定電流，算出整流變壓器二次相電壓U2、一次與二次額定電流以及容量。</p><p>　　由于整流變壓器二次與一次電流都不是正弦波，因而存在著一定的諧波電流，引起漏抗增大，外特性變軟以及損耗增大，所以在設(shè)計或選用整流變壓器時，應考慮這些因素。</p><p>　?。?）二次相電壓U2<

13、;/p><p>　　平時我們在計算U2是在理想條件下進行的，但實際上許多影響是不可忽略的。如電網(wǎng)電壓波動、管子本身的壓降以及整流變壓器等效內(nèi)阻造成的壓降等。所以設(shè)計時U2應按下式計算：</p><p>　　U2=　　 （1-8）</p><p>　　式中 U——負載的額定電壓；</p><p>　　——整流元件的正向?qū)▔?/p>

14、降，一般取1V；</p><p>　　——電流回路所經(jīng)過的整流元件（VT及VD）的個數(shù)（如橋式=2，半波電路=1）；</p><p>　　A——理想情況下=0º時U與U2的比值，查表可知；</p><p>　　——電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，一般取0；</p><p>　　——最少移相角，在自動控制系統(tǒng)中總希望U2值留有調(diào)節(jié)余量，對于可逆直流

15、調(diào)速系統(tǒng)取30º~35º，不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)取10º～ 15º；</p><p>　　C——線路接線方式系數(shù)，查表單相橋式C取0V； </p><p>　　U——變壓器阻抗電壓比，100KV以及取U=0.05，100KVA以上取U=0.05～0.1；</p><p>　　——二次側(cè)允許的最大電流與額定電流之比。</p

16、><p>　　對于一般的中小容量整流調(diào)壓裝置，其U2值也可以用以下公式估算：</p><p>　　U2=（1.15～1.2） （1-9）</p><p>　　所以根據(jù)以知的參數(shù)及查表得：</p><p>　　U2==143.9V （1-10）</p><p>　　故我們

17、選擇晶閘管的型號為：KP1.28----10。</p><p>　?。?） 一次與二次額定電流及容量計算</p><p>　　如果不計變壓器的勵磁電流，根據(jù)變壓器磁動勢平衡原理可得一次和二次電流關(guān)系式為：</p><p>　　K== （1-11）</p><p>　　式中 、——變壓器一次和二次

18、繞組的匝數(shù)；</p><p>　　K——變壓器的匝數(shù)比。 </p><p>　　由于整流變壓器流過的電流通常都是非正弦波，所以其電流、容量計算與線路型式有關(guān)。單相橋式可控整流電路計算如下：</p><p>　　大電感負載時變壓器二次電流的有效值為</p><p>　　2=Id=I=1A （1-1

19、2）</p><p><b>　　U2=110V</b></p><p>　　由一次側(cè)和二次側(cè)電壓得：===2 （1-13）</p><p>　　= =0.5 故=0.5A</p><p><b>　　變壓器二次側(cè)容量為</b></p><p&

20、gt;　　S2=U2==110KVA （1-14）</p><p>　　1.4 設(shè)計結(jié)果分析</p><p>　　該電路為大電感負載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。</p><p>　?。?）輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Id</p><p><b>　　（1-15）</b></p>

21、;<p><b>　?。?-16）</b></p><p>　?。?）晶閘管的電流平均值IdvT和有效值IvT </p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　（1-18）</b></p><p>　?。?）輸出電流有效值I和變壓器

22、二次電流有效值I2</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　?。?）晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為</p><p><b>　　2 驅(qū)動電路的設(shè)計</b></p><p>　　2.1典型全控型器件的驅(qū)動電路</p><p>　　GTO是電

23、流驅(qū)動型器件。它的導通控制與普通晶閘管相似，但對觸發(fā)前沿的幅值和陡度要求較高，且一般需要在整個導通期間施加正向門極電流。要使GTO關(guān)斷則需施加反向門極電流，對其幅值和陡度的要求則更高，幅值需達到陽極電流的1/3左右，陡度需達50A/s，其中強負脈沖寬度約30s，負脈沖總寬度100s，關(guān)斷后還需在門極-陰極間施加約5V的負偏壓，以提高器件的抗干擾能力。</p><p>　　GTO一般用于大容量電流的場合，其驅(qū)動電路

24、通常包括開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直流耦合式兩種類型。直流耦合式驅(qū)動電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可以得到較陡的脈沖前沿，因此目前應用較為廣泛，其缺點是功耗大，效率低。直流耦合式GTO驅(qū)動電路的電源由高頻電源經(jīng)二極管整流后得到，二極管VD1和電容C1提供+5V電壓，VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成倍壓整流電路，提供+15V電壓，VD4和電容C4提供-15V電壓。場效應晶體管V1開通時

25、，輸出正強脈沖；V2開通時，輸出正脈沖平頂部分；V2關(guān)斷而V3開通時輸出負脈沖；V3關(guān)斷后電阻R3和R4提供門極負偏壓。</p><p><b>　　圖2.1 總電路</b></p><p>　　3 電力電子器件的保護</p><p>　　在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合適的過電壓保護，過電流保

26、護，du/dt保護和di/dt保護也是必不可少的。</p><p>　　3.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護</p><p>　　電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。</p><p>　　(1):外因過電壓　主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：</p><p>　　操作過電壓：由分閘，合閘等開關(guān)操作引起的過電

27、壓，電網(wǎng)側(cè)的操作過電壓會由供電變壓器電磁感應耦合，或由變壓器繞組之間的存在的分布電容靜電感應耦合過來。雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。</p><p>　　(2): 內(nèi)因過電壓　主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括以下幾個部分。</p><p>　　換相過電壓：由于晶閘管或者與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能恢復阻斷能力時，因而有較大的反向電流通過，使殘存的載流子恢復，

28、而當其恢復了阻斷能力時，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會因線路電感而在晶閘管陰陽極這間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。</p><p>　　關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當器件關(guān)斷時，因正向電流的迅速降低而線路電感在器件兩端感應出的過電壓。</p><p>　　各電壓保護措施及配置位置，各電力電子裝置可視具體情況只來用采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因

29、過電壓的裝置，其功能屬于緩沖電路的范疇。在抑制外因過電壓的措施中，采用RS過電壓抑制電路是最為常見的。RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（通常供電電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱閥側(cè)）或電力電子電路的直側(cè)流。對于大容量的電力電子裝置，可采用圖1－39所示的反向阻斷式RC電路。有關(guān)保護電路的參數(shù)計算可參考相關(guān)的工程手冊。采用雪崩二極管，金屬氧化物壓敏電阻，硒堆和轉(zhuǎn)折二極管（BOD）等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較為常用的手段

30、。</p><p><b>　　3.2 過電流保護</b></p><p>　　電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時采用幾種過電壓保護措施，怪提高保護的可靠性和合理性。在選擇各種保護措施時應注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護措施，快速熔斷器只作為短路時的部分區(qū)斷的保護，直流快速斷路器在電子電力動

31、作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器在過載時動作。</p><p>　　在選擇快熔時應考慮：</p><p>　　1、電壓等級應根據(jù)快熔熔斷后實際承受的電壓來確定。</p><p>　　2、電流容量應按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定?？烊垡话闩c電力半導體體器件串聯(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。</p><p>

32、　　3、快熔的It值應小于被保護器件的允許It值。</p><p>　　4、為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應考慮其時間電流特性。</p><p>　　快熔對器件的保護方式分為全保護和短保護兩種。全保護是指無論過載還是短路均由快熔進行保護，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場合。短路保護方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護作用，此方式需與其他過電流保護措施相配合。<

33、/p><p>　　對一些重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或者工作頻率較高，很難用快熔保護的全控型器件，需要采用電子電路進行過電流保護。除了對電動機起動時的沖擊電流等變化較慢的過電流可以用控制系統(tǒng)本身調(diào)節(jié)器進行對電流的限制之外，需設(shè)置專門的過電流保護電子電路，檢測到過流之后直接調(diào)節(jié)觸發(fā)，驅(qū)動電路，或者關(guān)斷被保護器件。</p><p>　　此外，常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)，這種措

34、施對器件過電流的</p><p><b>　　4 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　通過單相全控橋式整流電路的設(shè)計，使我加深了對整流電路的理解，讓我對電力電子該課程產(chǎn)生了濃烈的興趣。</p><p>　　整流電路的設(shè)計方法多種多樣，且根據(jù)負載的不同，又可以設(shè)計出很多不同的電路。其中單相全控橋式整流電路其負載我們用的多的主要是電阻型、帶大電感

35、型，接反電動勢型。它們各自有自己的優(yōu)點。</p><p>　　對于一個電路的設(shè)計，首先應該對它的理論知識很了解，這樣才能設(shè)計出性能好的電路。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，對整流電路的性能指標影響很大。</p><p>　　這次的課程設(shè)計是我收獲最大的一次，雖然中途遇到了不少困難，但還是被我逐步解決了。這次是我首次做課程設(shè)計，感覺比較棘手，

36、因為它不單是要求你單純地完成一個題目，而是要求你對所學的知識都要弄懂，并且能將其貫穿起來，是綜合性比較強的，盡管如此，我還是迎難而上了，首先把設(shè)計任務(wù)搞清，不能盲目地去做，你連任務(wù)都不清楚從何做起呢，接下來就是找相關(guān)資料，我每天除了上圖書館就是在網(wǎng)上找資料，然后對資料進行整理，找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以這個過程中要花費一些時間做看似無用功的事，其實不盡然，這其中也拓展了你的知識面。

37、</p><p>　　通過這次課程設(shè)計我對于文檔的編排格式有了一定的掌握，這對于以后的畢業(yè)設(shè)計及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計的同時我也在復習一遍電力電子這門課程，把以前一些沒弄懂的問題這次弄明白了很多。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 石新春 楊京燕 王毅 編《電力電子技術(shù)》中國電力出

38、版社</p><p>　　[2] 劉志剛《電力電子裝置本科生畢業(yè)設(shè)計與學士論文》</p><p>　　[3] 王維平 《電力電子技術(shù)及應用》東南大學出版社2000年</p><p>　　[4] 王兆安，楊君，劉進軍，諧波抑制和無功補償，北京：機械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　[5] 陳治明.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社，

39、1992</p><p>　　[6] 郝萬新，電力電子技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[7] 林渭勛 主編.電力電子電路.杭州：浙江大學出版社，1986</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過老師的細心教導和指點和不斷的搜索努力，本設(shè)計已經(jīng)基本完成。在這段時間里

40、，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和熱忱的工作作風令我十分欽佩并受益非淺，在此對老師表示深深的感謝。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學學習成果。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。這幾周的設(shè)計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)</p>