K031241710李超群.docx

湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书 题目: 单相全控桥式晶闸管整流电路课程设计 课 程： 电力电子课程设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： K0312417 学 号： K031241710 学生姓名： 李超群 指导教师： 曾仑明 2015年 1月 10 日 信息工程学院课程设计任务书学 号K031241710学生姓名李超群专业（班级） 17设计题目单相全控桥式晶闸管整流电路设计技术参数1）反电势：E=70V2) 电阻：R=7.9283）移相范围30 150 4）电源电压：交流100V/50Hz5) 输出功率：500W 设计要求（1）结合实验室现有设备，独立设计仿真；（2）独立完成课程设计报告，严禁报告内容雷同；（3）电路图中的图形符号必须符合国家或国际标准；（4）所有电路图的制作应采用 Protel99 SE或更高版本或Multisim10或Protues正确绘制及仿真；（5）报告内容完整，格式正确，A4纸张打印，字数不少于5000字。参考资料1 王兆安,黄俊.电力电子技术M(第4版).北京：机械工业出版社，2000.2 浣喜明，姚为正.电力电子技术M.北京：高等教育出版社，2004.128-1453 王兆安,黄俊.电力电子技术M(第5版).北京：机械工业出版社，2009.4 陆秀令,张振飞.电力电子技术实验指导书M.衡阳：湖南工学院电气与信息工程系，2010.10-185 周渊深. 电力电子技术与MATLAB仿真M.北京：中国电力出版社，2006. 2015年1月10 日 学生姓名： 李超群 学号： K031241710 专业（班级）： 17 课程设计题目： 单相全控桥式晶闸管整流电路 成绩： 指导教师： 年 月 日信息工程学院课程设计成绩评定表 摘要本次课程设计只要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先对几种典型的整流电路的介绍，从而对比出桥式全控整流的优点，然后对单相全控桥式晶闸管整流电路的整体设计，包括主电路，触发电路，保护电路。主电路中包括电路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件选择，参数设计；保护电路包括过电压保护，过电流保护，电压上升率抑制，电流上升率抑制。之后就对整体电路进行Matlab仿真，最后对仿真结果进行分析与总结。关键词：单相全控桥、晶闸管、整流1目 录1设计要求与任务1 1.1设计要求与任务1 2总电路设计原理与参数计算2 2.1原理图2 2.2主电路工作原理2 2.3 整流参数计算2 2.4晶闸管元件的选取23系统MATLAB 仿真3 3.1系统建模3 3.2参数设置3 3.3仿真结果34设计体会45参考文献51设计要求与任务1.1设计要求： 1）反电势：E=70V 2) 电阻：R=7.928 3）移相范围30 150 4）电源电压：交流100V/50Hz 5) 输出功率：500W 设计任务： （1）主电路设计，讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。 （2）触发电路设计：触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的产生等。 （3）晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计，计算保护元件参数并选择保护元件型号。 （4）调节参数。 （5）利用仿真软件分析总电路的工作原理。2总电路设计原理与参数计算 2.1 原理图图2.1单相全控桥式晶闸管整流电路相控触发电路原理图图2.3相控触发电路原理图 2.2 主电路工作原理 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。在正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，负载电流i（d）为零，由于反电动势的存在，U(d) = E，VT1、VT4串联承受电压U(2)-E，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受U(2)-E的一半。若在触发角处给VT1和VT4加触发脉冲，且 U(2) E时，VT1和VT4承受正压导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端，此时U(d) = U(2)。当U(2) = E时，流经晶闸管的电流下降到零，VT1和VT4关断。 在U(2)负半周，仍在触发延迟角处触发VT2和VT3（VT2和VT3的= 0处为(t)=），VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到 U(2)= E时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环地工作下去，整流电压和晶闸管VT1、VT4两端电压波形分别如图2.2所示。图2.2输出电压电流波形 如图2.2，只有在瞬时值的绝对值大于反电动势|U(2)| E时，才有晶闸管承受正电压，才有导通的可能。晶闸管导通后，U(d)=U(2)，i(d)=直至|U(2)| = E，即降至0使得晶闸管关断，此后 U(d)= E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电度停止导电，如图2.2所示，称为停止导电角。=arcsin。 2.3.整流参数计算1）最大输出电压平均值 由=arcsin得，停止导电角为=arcsin=29.66830。所以满足移相范围30 150的要求。当晶闸管导通时，输出电压U(d)=U(2)，当U(d) E时，晶闸管阻断，此时 U(d)= E。因此，最大输出电压平均值为： 2）负载电阻R 在一个周期内，瞬时功率分为两部分。一部分是当晶闸管阻断时，电流为零，瞬时功率为零；另一部分是当晶闸管导通时由最大输出功率P=500W得得R=7.9282.4晶闸管元件的选取 额定电压U（N）断态重复峰值电压：断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 反向重复峰值电压：反向重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。 通态峰值电压：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态电压峰值。 通常取晶闸管的和中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留一定裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的23倍。不考虑晶闸管通态峰值电压和电路中电感引起的换相重叠角。晶闸管承受的最大反向电压为：=100V=141.4v故晶闸管的额定电压为：U(N)*(23)*141.4v=2828424.2v取424.2v。额定电流I(N)通态平均电流I(T)：国际规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。这也是额定电流的参数。在选取时按照实际波形的电流与晶闸管所允许的最大正弦半波电流(其平均值即通态平均电流I(T)所造成的发热效应相等（及有效值相等）的原则来选取晶闸管的此项定额，并留一定的裕量。同样不考虑晶闸管通态峰值电压和电路中电感引起的换相重叠角。晶闸管流过的电流有效值为：晶闸管额定电流：3系统MATLAB仿真3.1系统建模：单相全控桥式整流电路模型主要由交流电源、同步触发脉冲、晶闸管全控桥、电感负载、测量等部分组成。采用MATLAB面向电气原理结构图方法构成的单相全控桥式整流电路仿真模型如下图3.1图3.1单相全控桥式整流电路仿真模型3.2参数设置：触发电路参数图3.2触发电路参数Phase delay：晶闸管1、4，参数设为（0.02/360）*，为触发角；晶闸管2、3，参数设为0.01+（0.02/360）*。交流电源参数图3.3 交流电源参数负载参数图3.4 电阻参数反电动势参数图3.5 反电动势参数6晶闸管参数图3.6晶闸管参数3.3仿真结果：=30图3.7 =309=60图3.8 =60=90图3.9 =9010=120图3.10 =120=150图3.11 =15011设计体会不得不说，这次电力电子的课程设计使我受益匪浅。我选的课题是单相桥式整流带阻感性负载电路，通过平常在课堂上的学习，我们对这个电路在理论上已经有了非常充分的了解，课题看起来貌似也不难。但通过这几天的设计，我深深的感悟到理论与实际相结合的重要性，光具有理论知识是远远不够的，只要在亲自动手操作的过程中，在不断发现问题再改正问题的过程中，我们才能收获知识，得到进步。此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了单相桥式整流电路的原理以及触发电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一步的提高。另外，通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，还必须把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。最后，我要特别感谢陆秀令老师对我的本课程设计在制作过程中得到了细心指导及许多同学的热心帮助，感谢他们提出的诚恳意见和无私的帮助。12参考文献1 王兆安,黄俊.电力电子技术M(第4版).北京：机械工业出版社，200