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单相桥式全控整流.doc

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单相桥式全控整流.doc

电力电子技术课程设计报告题目单相桥式全控整流电路设计学院班级姓名学号指导教师时间目录第一章.设计任务书1第二章.原理方框图及电路图设计2第三章.触发电路主电路及保护电路的设计8第四章.设计原理图及结果分析12第五章.PROTEL图及PCB板27第六章.实验心得29第七章参考文献30第一章设计任务书11设计任务和要求(1)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的选择;3、完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择;4、单相整流电路的主电路、触发电路的设计;5、保护电路的设计;6、撰写设计说明书;7、利用MATLAB对自己所设计的单相整流电路进行仿真。(选做)(2)设计要求参考参数整流变压器输出相电压为200V,负载中R=5欧姆,要求输出电压为0~100V,采用220V变压器降压供电。12方案的选择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。下面分析各种单相相控整流电路在带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载时的工作情况。单相半控整流电路的优点是线路简单、调整方便。弱点是输出电压脉动冲大,负载电流脉冲大(电阻性负载时),且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化,变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小,功率因数高,表压气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。第二章.原理方框图及主电路设计2.1原理原理方框图如下所示单相电源输出触发电路保护电路整流主电路负载电路图1整流电路主要由触发电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务,在此设计中采用单相桥式全控整流电路接电阻性负载。2.2主电路设计2.2.1主电路原理图及其工作波形图2主电路原理图及工作波形单相全控桥式整流电路带负载的电路如图1(A)所示。其中TR为整流变压器,T1、T4、T3、T2组成A、B两个桥臂,变压器二次电压U2接在A、B两点,U2TUTUMSIN2SIN22,四只晶闸管组成整流桥。负载电阻是纯电阻RD。当交流电源电压U2进入正半周期时,A端电位高于B端电位,两个晶闸管T1、T2同时承受正向电压,如果此时门极无触发信号GU,则两个晶闸管仍处于正向截止状态,其等效电阻远大于负载电阻RD,电源电压U2将全部加在T1和T2上,UT1≈UT221U2,负载上电压UD0。在ΩTΑ时,给T1和T2同时加触发脉冲,则两晶闸管立即触发导通,电源电压U2将通过T1和T2加在负载电阻RD上。在U2正半周,T4和T3均承受反向电压而处于截止状态。由于晶闸管导通时管压降可视为零,则负载RD两端的整流电压UDU2。当电源电压U2降到零时,电流ID也降为零,T1和T2截止。电源电压进入负半周时,B端电位高于A端电位,两个晶闸管T3、T4同时承受正向电压,在ΩTΠΑ时,同时给T3、T4加触发脉冲使其导通,电流经T3、RD、T4、TR二次侧形成回路。在负载DR两端获得与2U正半周相同波形的整流电压和电流,这期间T1和T2均承受反向电压而处于截止状态。当U2由负半周电压过零变正时,T3、T4因电流过零而截止。在此期间T1、T2因承受反向电压而截止,UD、ID又降为零。一个周期过后,T1、T2在ΩT2ΠΑ时刻又被触发导通,依此循环。很明显,上述两组触发脉冲在相位上相差0180,这就形成了如图(B)~F所示的波形图。由以上电路工作原理可知,在交流电源U2的正、负半周里,T1、T2和T3、T4两组晶闸管轮流触发导通,将交流电变成脉动的直流电。改变触发脉冲出现的时刻,即改变Α的大小,UD、ID的波形和平均值大小随之改变。2.2.2整流电路参数计算1)整流输出电压的平均值可按下式计算DUTTDSINU212COS122U2COS1902U1DU为最小值时,Α0180;DU为最大值时,Α0,所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时,Α的移相范围是0~0180。2)整流输出电压的有效值为TDTU22SINU21-22SIN2U23)整流电流的平均值和有效值分别为2COS190I2DDDDRURU-22SIN2DDRURUI34流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半,即DDDTRUII2450212COS14流过每个晶闸管的电流有效值为2I22SIN2SINRU221I222=-DDTRUTDT55晶闸管在导通时管压降UD0,故其波形为与横轴重合的直线段;T1和T2加正向电压但触发脉冲没到时,4个晶闸管都不导通,假定T1和T2两晶闸管漏电阻相等,则每个元件承受的最大可能的正向电压等于222U;T1和T2反向截止时漏电流为零,只要另一组晶闸管导通,就把整个电压U2加到T1或T2上,故两个晶闸管承受的最大反向电压为22U。2.2.3元器件选取由于单相桥式全控整流带电阻性负载主电路主要元件是晶闸管,所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。1晶闸管的主要参数如下1)额定电压UTN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RRMDRMTNUUU,MINUTN≥(2~3)UTMUTM工作电路中加在管子上的最大瞬时电压2)额定电流ITAVITAV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ITMM≤ITN,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。TNI额定电流有效值,根据管子的TAVI换算出,AVI、TMITNI三者之间的关系TNI21/22SIN0WTDWTMI/205MI6TAVI1/2SIN03180MMMIWTDWTII7波形系数有直流分量的电流波形,其有效值I与平均值DI之比称为该波形的波形系数,用KF表示。DFIIK8额定状态下,晶闸管的电流波形系数//2157FTNTAVKII9

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