单相桥式半控整流电路课程设计Word下载.docx

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电力电子器件是电力电子技术发展的基础。

正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。

而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。

电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。

功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。

电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行成本方面有很大潜力。

单相桥式整流电路的优点：

输出电压高、变压器利用率高、脉动小。

单相桥式整流电路的缺点：

二极管的数量多，二极管的正向电阻不为零，整流电路内阻大，损耗也较大。

目前有不同性能指标的集成电路作为桥式整流电路，称之为“整流桥堆”。

第1章．设计任务书·

·

3

第2章．方案选择·

4

2.1．主电路的选择·

2.1．触发电路的选择·

5

2.3．保护电路的选择·

7

第3章．主电路设计·

11

3.1·

主电路的设计·

3.2·

工作原理·

12

3.3·

参数计算·

13

3.4．变压器的选取·

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第4章．触发电路的设计·

16

4.1.触发电路的设计·

4.2.保护电路的设计·

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第5章．总路的设计·

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5.1.工作原理·

5.2.波形图·

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第6章.设计小结·

20

参考文献·

21

第1章．设计任务书

设计任务：

1）.进行方案比较，并选择方案。

2）.完成主电路的设计，和各主要元器件的选择。

3）.触发电路和保护电路设计，各主要原器件的选择。

4）.主电路中主要输出电压和电流波形。

设计要求：

1）.设计一单相桥式半控整流电路，对RL负载供电，其中R=500Ω，L=700mH。

2）.电网供电电压为单相220V,50Hz.输出功率为1KW.

3）.要求直流输出电压在0～100伏连续可调。

第2章．方案的选择

2.1主电路选择

电路简图如下：

对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！

如果不加续流二极管，当α突然增大至180°

或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期为ud为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。

所以选择加续流二极管的方案，以免发生失控现象。

2.2触发电路选择

晶闸管的导通控制信号由触发电路提供，触发电路的类型按组成器件分为：

A单结晶体管触发电路、

a）结构示意b）等效电路c）图形符号d）外形及管脚

用万用表来判别单结晶体管的好坏：

选择R×

1k电阻挡进行测量，若某个电极与另外两个电极的正向电阻小于反向电阻，则该电极为发射极e，接着测量另外两个电极的正反向电阻值应该相等。

优点：

单结晶体管触发电路结构简单，调节方便，输出脉冲前沿陡，抗干扰能力强，对于控制精度要求不高的小功率系统，可采用单结晶体管触发电路来控制；

缺点

不能直接用于触发电路，必须有同步电路和张弛震荡电路。

只能产生窄脉冲，输出功率小，移相范围也小，常用于50A以下的单相电路。

图a为单结晶体管触发电路

B晶体管触发电路、集成触发电路。

图为KC41六路双窄脉冲形成器

KC41电路是脉冲逻辑电路。

当把移相触发器的触发胲冲输入到KC41电路的1~6端时，由输入二极管完成了补脉冲，再由T1~T6电流放大分六路输出。

补脉冲按+A→-C，-C→+B，+B→-A，-A→+C，+C→-B，-B→+A顺序排列组合。

T7是电子开关，当控制7#端接逻辑“0”电平时T7截止，各路有输出触发脉冲。

当控制7#端接逻辑“1”电平（+15V）时，T7导通，各种无输出触发脉冲。

集成触发电路

优点:

a同步电压值范围较宽且只需三相同步电压。

b输出是脉冲列式的双脉冲，脉冲电压体积小。

对于大容量晶闸管一般采用晶体管或集成电路组成的触发电路。

2.3保护电路的选择

1.保护电路的论证与选择

电力电子系统在发生故障时可能会发生过流、过压，造成开关器件的永久性损坏。

过流、过压保护包括器件保护和系统保护两个方面。

检测开关器件的电流、电压，保护主电路中的开关器件，防止过流、过压损坏开关器件。

检测系统电源输入、输出及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故。

例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。

再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。

过电流保护

当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；

驱动、触发电路或控制电路发生故障；

外部出现负载过载；

直流侧短路；

可逆传动系统产生逆变失败；

以及交流电源电压过高或过低；

均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。

因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。

采用快速熔断器作过电流保护，其接线图（见下图）。

熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。

最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以对元件的保护作用最好，这里就应用这一方法快熔抑制过电流电路图如下图所示：

快速熔短器的接入方法

A型熔断器

特点：

是熔断器与每一个元件串连，能可靠的保护每一个元件。

B型熔断器

能在交流、直流和元件短路时起保护作用，其可靠性稍有降低

C型熔断器

直流负载侧有故障时动作，元件内部短路时不能起保护作用

对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。

常见的电子保护原理图如下所示

过流保护原理图

2.过压保护

设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。

同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。

过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。

见图下

阻容三角抑制过电压压敏电阻过压

过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。

常见的电子保护原理图如下图所示：

过电压保护电路

3.电流上升率、电压上升率的抑制保护

1）电流上升率di/dt的抑制

晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。

其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。

2）电压上升率dv/dt的抑制

加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。

为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路

第3章·

主电路设计

3.1主电路设计

单相桥式半控整流电路有续流二极管与无需流二极管的区别：

单相桥式半控整流电路有两种形式。

一种是有续流二极管，另一种是无续流二极管。

结构有所不同，原理也不同。

下面是第一种情况的分析：

加续流二极管VDR,以避免可能发生的失控现象。

有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，在续流阶段晶闸管关断，这就避免了某一个晶闸管持续导通而导致失控现象.同时，续流期间导电回路只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。

第二种情况，无续流二极管，则当a突然增大至180度或触发脉冲消失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使Ud为正弦半波，既半周期Ud另外半周期Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时波形，称为失控。

3.2工作原理：

在单相桥式半控整流电路中，电网电压经变压器到整流电路，整流部分由两个晶闸管VT1、VT3和两个二极管VD2和VD4组成，如下图2-1所示。

由于负载为阻感负载，因此在电路中加了续流二极管VDR，以免发生失控现象。

实际运行中如果没有徐i，则当α突然增大至180°

或者触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使Ud成为正弦半波，即半周期Ud为正弦，另外半周期Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。

在U2正半周，触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，U2经VT1和VT4向负载供电。

U2过零变负时，因电感作用使电流连续，VDR导通，Ud为零。

此时为负的U2通过VDR向VT1施加反压使其关断。

而此时由刚才L中储存的能量正好保证了电流在VDR-R-L回路