单相桥式全控整流电路毕业论文.docx

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单相桥式全控整流电路毕业论文

单相桥式全控整流电路-毕业论文

xxxx理工学院

课程设计说明书（论文）

题目单相桥式全控整流电路课程名称电力电子技术课程设计院系、部、中心电气工程及自动化专业电气工程与自动化班级学生姓名学号

设计地点指导教师

设计起止时间:

2012年10月20日至2012年11月17日

任务书2

第1章课程设计目的与要求51.1课程设计目的5

1.2课程设计的预备知识51.3课程设计要求5

第2章课程设计方案的选择52.1整流电路6

2.2元器件的选择6

0>.6

.可关断晶闸管8

第3章主电路的设计83.1系统总设计框图9

3.2系统主体电路原理及说明93.3原理图的分析11

第4章辅助电路的设计114.1驱动电路的设计11.路12

4.2保护电路的设计13.主电路的过电压保护电路设计13.的过电流保护电路设计14.升率、电压上升率的抑制保护14

第五章元器件和电路参数计算15

5.1.晶闸管的基本特性15

.（静态特性15

.（动态特性16

5.2晶闸管基本参数17

.的主要参数说明17

.的选型19

.的选取19

5.3性能指标分析:

19

5.4元器件清单20

第六章系统仿真20

第七章设计总结21

任务书

1（课程设计应达到的目的1）培养学生文献检索的能力，特别是如何

利用Internet检索需要的文献资料。

2）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3）培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4）提高学生课程设计报告撰写水平。

2（课程设计题目及要求

设计题目:

单相桥式全控晶闸管整流电路的设计（反电势、电阻负载）设计要求:

设计完成单相全控桥式晶闸管整流电路，并满足下列条件:

电源电压:

交流100V/50Hz

输出功率:

500W

移相范围0o~90o

3（课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕设计任务:

1）进行设计方案的比较，并选定设计方案;

2）完成单元电路的设计和主要元器件（晶闸管）的说明;

3）完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择;

4）完成驱动电路的设计，保护电路的设计;

工作量要求:

（1）要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。

主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。

课程设计从确定方案到整个系

统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过分析、

提炼，设计出所要求的电路（或装置）。

课程设计过程中，并给出这些问题的解法。

（2）在老师的指导下，独立完成所设计的系统电路，控制电路等详细设计

（包括计算和器件选型）。

（3）课程设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明，主电路元

器件的计算和选型，以及控制电路的设计

（4）课程设计用纸和格式统一

A4纸打印（页边距:

上下左右各留1.8cm）

大标题:

3号字;小标题:

4号字;正文:

小4号字

4（主要参考文献

（1）浣喜明，姚为正《电力电子技术》高

等教育出版社2004

（2）黄俊《半导体交流技术》机械工业出版社1980（3）李传琦《电力电子技术计算机仿真实验》电子工业出版

社2006

（4）王兆安，刘进军《电力电子技术》机械工业出版社2009（5）李先允《电力电子技术》中国电力出版社2010

5（课程设计进度安排起止日期工作内容12月

日日

月日月日

月日日

月日月日

月日月日

月日月日

月日月日

方案论证

主电路设计

理论计算。

选择器件的具体型号

触发电路设计，

确定变压器变比及容量

总结并撰写说明书6（成绩考核办法教研室审查意见:

教研室主任签字:

年月日院（系、部、中心）意见:

主管领导签字:

年月日

第1章课程设计目的与要求

1.1课程设计目的

“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的

深化和提高。

因此，

1）培养综合应用所学知识，设计出具有电压可调功能的直流电源系统2）较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整

流电路设计的基本方法。

培养独立思考、独立收集资料、独立设计的能力;

培养分析、总结及撰写技术报告的能力。

1.2

熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。

1.3课程设计要求

1、单相桥式相控整流的设计要求为:

负载为感性负载,L700mH,R500欧姆.

2、技术要求:

1、电源电压:

交流100V/50Hz

2、输出功率:

500W

3、移相范围0o~90o

按课程设计指导书提供的课题，根据基本要求及参数独立完成设计。

第2章课程设计方案的选择

2.1整流电路

单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。

带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载时的工作情况。

电感性负载

电路简图如下:

图2.1

此电路对每个导电回路进行控制，与单相桥式半控整流电路相比，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。

变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。

单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。

?

单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半且功率因数提高了一半。

根据以上的分析选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。

.

晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（SiliconControlledRectifier--

SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代;20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。

能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。

晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。

广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。

1）晶闸管的结构

晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。

引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。

内部结构:

四层三个结如图2.2

2）晶闸管的工作原理图

晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极，如图1.2左所示。

由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图2.3（右）所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。

图2.2晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形

a晶闸管外形b内部结构c电气图形符号d模块外形

图2.3晶闸管的内部结构和等效电路

3）晶闸管的触发条件

晶闸管

（2）:

晶闸管

（3）:

晶闸管

（4）:

要使晶闸管

晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流，,的电路称为门极触发电路。

也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。

只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。

.可关断晶闸管

可关断晶闸管简称GTO

可关断晶闸管的工作原理

图1.3GTO的结构、等效电路和图形符号

GTO的导通机理与SCR是完全一样的。

GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。

GTO在关断机理上与SCR是不同的。

门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。

晶闸管具有驱动简单

第3章主电路的设计

3.1系统总设计框图

系统原理方框图如3.1所示:

图3.1系统原理方框图

3.2系统主体电路原理及说明

图3.2阻感性负载电路（a））

，工作于稳定状态，负载电流连续，近似为一平直的直线。

1工作原理

正半周期，时触发过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VT1、VT2承受反相电压而截止。

输出电压的波形出现了负值部分。

在电源电压负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在时触发，VT3、VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从VT1、VT2中换流至VT3、VT4

中在时，电压过零，VT3、VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期

VT1、VT2导通时，VT3、VT4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。

输出电压平均值和输出电流平均值

3-2-1

3-2-2

（2）晶闸管的电流平均值和有效值

3-2-3

3-2-4

（3）输出电流有效值I和变压器二次电流有效值

3-2-5

（4）晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为

3.3原理图的分析

该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电

路构成。

输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或短

路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。

在电路中还加了防雷击的保护电路。

然

后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。

整流电路中的晶闸管在触发信号的

作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。

在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护,而过压保

护则采用RC电路。

这部分的选择主要考虑到电路的简单性，所以才这样的保护

电路部分。

整流部分电路则是根据题目的要求，选择的我们学过的单相桥式整流

电路。

该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功能。

触发电路是由设计题目而定的，题目要求了用单结晶体管直接触发电路。

单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。

一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。

第4章辅助电路的设计

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。

.路

晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。

触发电路对其产生的触发脉冲要求:

?

触发信号可为直流、交流或脉冲电压。

?

触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。

由闸管的门极伏安特性曲线可知，同一型号的晶闸管的门极伏安特性的分散性很大，所以规定晶闸管元件的门极阻值在某高阻和低阻之间，才可能算是合格的产品。

晶闸管器件出厂时，所标注