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1.原理及技术指标
1.1设计方框图
整流电路主要由单相电源输出、驱动电路、保护电路和整流主电路组成
1.2电路所需元件及选取参数计算
(1)晶闸管
晶闸管的主要参数如下:
①额定电压
通常取UDRM和URRM中较小的,再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。
在选用管子时,额定电压应为正常工作峰值电压的2~3倍,以保证电路的工作安全。
晶闸管的额定电压
UTn≥(2~3)UTM
UTM:
工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
②额定电流为IT(AV)
IT(AV)又称为额定通态平均电流。
其定义是在室温40°和规定的冷却条件下,元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170°的电路中,结温不超过额定结温时,所允许的最大通态平均电流值。
将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。
要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期,即使正向电流值没超过额定值,但峰值电流将非常大,可能会超过管子所能提供的极限,使管子由于过热而损坏。
在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大,只要其最大电流有效值UTM≤UTn,散热冷却符合规定,则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。
ITn:
额定电流有效值,根据管子的IT(AV)换算出
(2)整流变压器
变压器变比K=
容量至少为500VA.
(3)负载
负载为电阻和阻感负载
2.主电路的设计
2.1单相桥式全控整流电路带电阻负载
特点:
电压电流都允许突变;电压与电流成正比,两者波形相似。
电路原理图如下:
在单相桥式全控整流电路中,晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂,VT2和VT3组成另一对桥臂。
在u2正半周时,若四只晶闸管都不导通,负载电流id为零,ud也为零,VT1,VT4串联承受电压u2,设VT1,VT4漏电感相等,则各自承受u2的一半。
若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲,VT1和VT4立即导通,电流从电源a端经VT1R,VT4流回电源b端。
当u2过零时,流经晶闸管的电流也降至零,VT1VT4关断。
在u2负半周时,在触发延迟角α处触发VT2和VT3,VT2VT3导通,电流从电源b流出,经过VT3,R,VT2流回电源a端。
到u2过零时候,电流有降至零,VT2VT3关断。
此后又是VT1,VT4导通,如此循环的工作下去。
晶闸管承受的最大正向电压是
/2u2和
具体工作过程如下:
(1)在u2正半波的(0~α)区间,晶闸管VT1、VT4承受正向电压,但无触发脉冲,晶闸管VT2、VT3承受反向电压。
因此在0~α区间,4个晶闸管都不导通。
(2)在u2正半波的(α~π)区间,在ωt=α时刻,触发晶闸管VT1、VT4使其导通。
(3)在u2负半波的(π~π+α)区间,在π~π+α区间,晶闸管VT2、VT3承受正向电压,因无触发脉冲而处于关断状态,晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。
(4)在u2负半波的(π+α~2π)区间,在ωt=π+α时刻,触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通,负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通,电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上,负载上有输出电压(ud=-u2)和电流,且波形相位相同。
2.2单相桥式全控整流电路带阻感负载
特点:
电感对电流变化起抗拒作用,使流过电感的电流不能发生突变;电感中负载电压允许突变。
两个假设:
(1)电路已经工作与稳态
(2)负载电感很大,是电流连续成一条直线
电路原理图如下
工作原理如下:
在电源电压u2负半周期间,晶闸管VT3、VT2承受正向电压,在
时触发,VT3、、VT2导通,VT1、VT4受反相电压截止,负载电流从VT1、VT4中换流至VT2,VT3中在
时,电压u2过零,VT2、VT3因电感中的感应电动势一直导通,直到下个周期VT1、VT4导通时
电源电压u2正半周期间,VT1、VT4承受正向电压,若在
时触发,VT1、VT4导通,电流经VT1、负载、VT4和T二次侧形成回路,但由于大电感的存在,电源电压u2过零变负时,电感上的感应电动势使VT1、VT4继续导通,直到VT2、VT3被触发导通时,VT1、VT4承受反相电压而截止。
输出电压的波形出现了负值部分。
,VT2、VT3因加反向电压才截止。
值得注意的是,只有当
时,负载电流
才连续,当
时,负载电流不连续,而且输出电压的平均值均接近零,因此这种电路控制角的移相范围是0~
3.整流电路参数的计算
3.1电阻负载的参数计算
(1)整流输出电压平均值
Ud=0.9U2
α=0时,Ud=Ud0=0.9U2;α=π时,Ud=0。
所以α的异相范围是0~π。
(2)直流电流输出平均值
Id=
=0.9
(3)流过晶闸管的电流平均值
Tdvt=0.45
3.2阻感负载的参数计算
(1)整流输出电压平均值
Ud=0.9U2cosα
当α=0时,Ud0=0.9U2;当α=
时,Ud=0.所以α的移相范围是0~
。
(2))流过晶闸管的电流平均值
Tdvt=
Id
(3)流过晶闸管的电流有效值
IVT=0.707Id
4.辅助电路的设计
4.1驱动电路的设计
对于使用晶闸管的电路,在晶闸管阳极加正向电压后,还必须在门极与阴极之间加触发电压,使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。
驱动电路亦称触发电路。
根据控制要求决定晶闸管的导通时刻,对变流装置的输出功率进行控制。
触发电路是变流装置中的一个重要组成部分,变流装置是否能正常工作,与触发电路有直接关系,因此,正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全,可靠,经济运行的前提。
4.1.1触发电路的设计
晶闸管触发主要有移相触发、过零触发等。
触发电路对其产生的触发脉冲要求如下:
①触发信号应有足够的功率。
②触发脉冲应有一定的宽度,脉冲的前沿尽可能陡,以使元件在触发导通后,阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
③触发脉冲必须有良好的抗干扰和温度稳定性,必须和主电路电气隔离。
④触发脉冲与主电路电源必须同步。
4.2主电路的保护电路的设计
电力电子器件承受过电流和过电压的能力较差,短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。
但又不能完全根据装置运行时可能出现的暂时过电流和过电压的数值来确定器件参数,必须充分发挥器件应有的过载能力。
因此,保护就成为提高电力电子装置运行可靠性必不可少的重要环节。
4.2.1过电压保护电路设计
所谓过压保护,即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压,又分为内因过电压和外因过电压。
产生过电压的原因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引起。
其中,对雷击产生的过电压,需在变压器的初级侧接上避雷器,以保护变压器本身的安全;而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过电压,一般发生在交流侧、直流侧和器件上,在交流侧电源变压器初级侧突然拉闸,使变压器的励磁电流突然切断,铁芯中的磁通在短时间内变化很大,因而在变压器的次级感应出很高的瞬时电压。
保护方法:
阻容保护。
在直流侧当某一桥臂的晶闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器熔断时,由于直流住电路电感中储存能量的释放,会在电路的输出端产生过电压。
保护方法:
阻容保护。
4.2.2过电流保护电路设计
电力电子电路运行不正常或者发生故障时,可能会发生过电流现象过电流分载和短路两种情况。
一般电力电子均同时采用几种过电压保护措施,怪提高保护的可靠性和合理性。
在选择各种保护措施时应注意相互协调。
通常,电子电路作为第一保护措施,快速熔断器只作为短路时的部分区断的保护,直流快速断路器在电子电力动作之后实现保护,过电流继电器在过载时动作。
快熔对器件的保护方式分为全保护和短保护两种。
全保护是指无论过载还是短路均由快熔进行保护,此方式只适用于小功率装置或器件使用裕量较大的场合。
短路保护方式是指快熔只要短路电流较大的区域内起保护作用,此方式需与其他过电流保护措施相配合。
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。
4.2.3缓冲电路的设计
缓冲电路又称为吸收电路,其作用是抑制电力电子器件因内因过电压和过电流,减少器件的开关损耗。
5.结论
本次设计对单相桥式全控整流电路的分析,通过对电路图的分析,在适当的时刻加上触发脉冲,分析晶闸管的导通是否,画出了波形,为了能使电路正常工作,对主电路加保护电路,保护电路的方法有过电压保护电路和过电流保护电路和缓冲电路,最终得到了正确的波形。
6.本设计的体会
通过单相全控桥式整流电路的设计,使我加深了对整流电路的理解,让我对电力电子技术产生了浓烈的兴趣。
这次课程设计不但让我懂得了以前没有理解的东西,而且使我明白学习知识的意义。
通过自己思考自己动手使我更深的理解了课上学的知识,还提高了独立思考动手能力。
我要在今后的学习中更加努力,学好本专业的知识
从中我懂得触发电路对电力开关原件的重要性。
而且相控的困难性。
通过查询相关书籍资料对触发电路进一步了解。
也对开关器件的工作原理有更深的了解了。
总之,这次课程设计不仅增加了我的知识积累,让我有机会将课堂上所学的电力电子理论知识运用到实际中,这次课程设计的每个分析都离不开老师您的细心指导。
帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正,我将万分感谢。
参考文献
【1】王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:
机械工业出版社,2005
【2】徐以荣,冷曾祥.电力电子技术基础.南京:
东南大学出版社,1999
【3】童诗白.模拟电子技术.北京:
清华大学出版社,2001
【4】邵丙衡.电力电子技术.北京:
中国铁道出版社,1997
【5】林渭勛.现代电力电子技术.北京:
机械工业出版社,2006
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