leg 单相双半波

1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 李立 学 号： 0905054243 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 题 目： 单相双半波晶闸管可控整流电路设计 （纯电阻负载、反电势电阻负载） 指导教师： 方炜 职称: 讲师 2011年12月31日中北大学课程设计任务书 11/12 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 李立 学 号： 0905054243 课程设计题目： 单相双半波晶闸管可控整流电路设计 （纯电阻负载、反电势电阻负载） 起 迄 日 期： 12月25日 12月31日 课程设计地点： 电气工程系实验中心 指 导 教 师：

2、方炜 系 主 任： 王忠庆 下达任务书日期: 2011年 12月 25 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：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设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计内容：1、设计一个单相双半波晶闸管可控整流电路（纯电阻负载）设计要求： 1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：0180。2、设计一个单相双半波晶闸管可控整流电路（反电势电阻负载

3、）设计要求：1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：30150；4）反电势： E=70V。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计说明书、图纸、实物样品等：设计工作任务及工作量的要求：1）根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路； 2）用Multisim等软件制作主电路和控制电路原理图；3）撰写课程设计报告画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理，用Multisim或EWB等软件绘出主电路典型的输出波形（比较实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明设计过程中遇到的问题

4、和解决问题的方法，附参考资料。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1、樊立萍，王忠庆.电力电子技术.北京:北京大学出版社,20062、徐以荣，冷增祥.电力电子技术基础.南京：东南大学出版社，19993、王兆安,黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社,20054、童诗白.模拟电子技术.北京:清华大学出版社, 20015、阎石.数字电子技术.北京:清华大学出版社, 19986、邱关源.电路.北京：高等教育出版社，19995设计成果形式及要求： 整流电路就是将交流电转变为直流的转换电路。二极管虽然可以实现这种转换，只是它的输出量仅与电路形式及输入交流电压有关，且输出不可调。晶闸管元件具有单向

5、导电及可控特性，可以把交流电变为输出量可调的直流电。 用protel跟Multisim绘制电路原理图，用multisim等软件仿真 晶闸管工件原理：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所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。晶闸管的内部结构和等效电路一个PNPN四层结构的两端器件，可以看成电流放大系数分别为和的和晶体管，其中结为共用集电结。当器件加正向电压时。正偏

6、结注入空穴经过区的输运，到达集电极结（）空穴电流为；而正偏的结注入电子，经过区的输运到达结的电流为。由于结处于反向，通过结的电流还包括自身的反向饱和电流。晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系，如图所示。 晶闸管的伏安特性曲线当晶闸管加正向电压时，和正偏，反偏，外加电压几乎全部降落在结上，结起到阻断电流的作用。随着的增大，只要，通过阳极电流都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当增大超过以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。晶闸管流过由负载决定的通态电流，器件压降为1V左右，特性曲线CD段对应的状

7、态称为导通状态。通常将及其所对应的称之为正向转折电压和转折电流。晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流的某一临界值以下，器件才能被关断。当晶闸管处于断态（）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压以及转电流都是的函数，越大，越小。如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号，器件仍然然导通。当晶闸管的阳极相对于阴极为负，只要，很小，且与基本无关。但反向电压很大时（），通过晶闸管的反向漏电流急剧增大，表现出晶闸管击穿，因此称为反向转折电压和转折电流。 故可利用中间抽头变

8、压器配合晶闸管可构成单相双半波整流电路 为了便于分析，假定晶闸管的正向导通和反向阻断时电阻为无穷大，漏电流为无穷大，正向导通时的管压降为零，开通和关断都是瞬时的；du/dt和di/dt承受能力均为无穷大 一、纯电阻负载 纯电阻负载主电路原理图： 纯电阻负载主电路原理图纯电阻负载整流电路的原理图如下电路构成为电源、变压器、整流电路（触发电路）、负载电路（纯电阻）。如下图电路的工作原理： 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

9、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，我们选择学过的单相全波整流电路。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。 U1=100V,f=50

10、Hz,PD=500W，移相范围为0o180o 从理论上分析，单相双半波的输出波形为 总的输出为而单相桥式电路的输出波形为因而单相双半波，与单相全桥式的整流效果一样，故可用单相桥式整流电路的公式计算电路中的参数 参数计算：输出平均电压为： =Usintd(t)=U=0.9 U流过负载的平均电流为： I=晶闸管所承受的最大反向电压为：=U 脉动系数S= s=0.67电源电压交流100/ 50Hz ，输出功率：500W ，移相范围：0180。设外电阻Rd=1.25因为触发延迟角由触发电路决定，为了计算参数且能符合要求，假定触发角=0 由公式 可算得Ud=Uo=U2=0V晶闸管所承受的最大反向电压为：

11、=U=28.3V晶闸管的选择UVT=(23)U2=40V60V,取UVT=100V变压器一 、二次侧电流的计算P=Id2R Id =20A U1/Ud=100/25 N1/N2=4/1 I1=Id/4=5 A变压器容量的计算S=U1I1=1005=0.5kVA 变压器型号的选择N1:N2=4：1 ; S=0.5kVA故可以选择上述参数的器件。 在实际仿真中，可选2N3668作为整流SCR但是存在的问题是晶闸管必须得触发电路触发后才能正常工作，故得设计触发电路。晶闸管的触发有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路可以由国产KJ004配上电阻变压器电等构成触发电路如图所示 上电路和功能是产

12、生触发脉冲如下图所示KJ004芯片引脚功能功 能输出空锯齿波形成-Vee(1k)空地同步输入综合比较空微分阻容封锁调制输出+Vcc引线脚号1 23 45 678910111213141516改变KJ004的9号端口的输入，即可改变触发延迟角的大小，即可改变输出电压Ud 的大小，输出的电压电流波形为 当a=30o时，输出电压波形当a=60o时，输出的电压波形同理可得其他角度的电压输出波形，在此不一一给出晶闸管对门极触发信号的要求有四点1、触发脉冲有一定的幅值和功率2、触发脉冲要有一定的宽度3、触发脉冲前沿陡4、触发脉冲要有一的移相范围二、反电势负载 由于实际情况下，不可能完全是纯电阻负载，也有电

13、感负载，也有反电势负载，例如晶闸管充电器、晶闸管直流电动机等，反电势负具有阻止负载电流的作用反电势负载电路原理图： 根据上图中变压器所标的同名端，当变压器原边输入的交流电压极性为上正下负时，副边标有同名端的极性为正，由此可知晶闸管T1承受正向电压，若在控制角为时触发T1，T1满足触发条件立即导通，这期间T2因承受反向电压而截止。电流通过副边上半绕组、T1、Rd和中性抽头流通，将电源电压的正半波加到负载上。在电源电压的负半周期，副边的非同名端极性为正，同样仍在角处触发T2，T2由于承受正向电压而导通，由于加在T1上为负压而使其截止。此时通路为由副边下半绕组、T2、Rd和中性抽头构成，电源电压负半

14、波反向后加到负载Rd上。可知：在|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。导通之后， ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度停止导电，称为停止导电角。当a 时，SCR从a时刻开始导通；当a 时， SCR从时刻开始导通。因此，反电势负载要求触发脉冲有足够的宽度。 根据单相双半波反电势负载电路的特点计算出起始导电角d，晶闸管的额定电压，额定电流。为了计算方便，且使设计电路安全可靠运行，设其在最大的输出电压下工作，此时a=0o。 起始导电角d为 此时=29.76 d 时负载R由，当=0时，为最大值121V，所以R=29.4

15、晶闸管可能承受的最大电流有效值为4.17A晶闸管的额定平均电流，可选取晶闸管的额定通态平均电流为 4 -5A。晶闸管承受的最大正反向电压为。考虑到（23）倍的余量后，可取晶闸管的额定电压为400V。 故参数已确定，经查可知，在multisim中编号为2N36070的SCR合符要求故用它作为可用的SCR。 仿真图为 以此图做仿真基础 晶闸需用用触发电路触发，触发方式同上 经过仿真分别得出当触发延迟角分别为30、90、150时的输出波形a=30时a=90时a=150时 课程设计中遇到的问题与心得 1、首先是用protel画心电路原理图，因为不熟悉软件，不懂得如何将原理图转入word文档中，其次就是在Multisim中找不到KJ004该元件，触发电路要用另外的电路代替，替代触发器触发电路的触发器的元件如下。其触发波形为在实验过程中用Multisim跟protel绘制电路原理图，用Multisim仿真，绘制仿真波形图。 经过此次设计，熟悉