电力电子单相桥式可控整流电路设计报告可行报告.doc

单相桥式可控整流器主电路设计报告设计任务描述：本设计要求设计一个单相桥式可控整流器主电路。要求：1.输出电压0100V连续可调。2.30V以上要求负载电流能达到20A。3.采用由220V变压器降压供电，最小控制角。4.确定能使电路正常工作的各元件的最小需求。设计计算过程：1. 主电路设计。本实验的设计思路为利用晶闸管搭建一个单相桥式整流电路。利用脉冲信号控制晶闸管有规律的开关从而实现对交流电的整流，变压。电路原理图如如下：图1-单相桥式整流电路原理图2. 分析理论可行性及其各个电路元件的要求：（1）交流侧电流有效值；（2）选择晶闸管电压、电流定额。理论计算如下：（1） 由电路图设计可以推出交流侧输出电压Ud为：Ud=1a2U2sintd(t)=0.9U21+cosa2可以推出Ud与a成反比例关系，与U2成正比。因此我们改变输出电压的方法是改变a即方波脉冲发生器的脉冲时刻从而改变输出电压。而另为经过变压器把220V变成的U2，只需要普通的变压器，简单方便而不必采用昂贵复杂的可变变压器。由上面推导知a最小=30时Ud最大为100V。所以U2=2Ud0.9（1+cosa）=21000.9（1+cos30）=119.1V实际设计时，由于晶体管本身的电压降及其其他的意外情况，令交流侧电压比119V大一些，以避免因为误差等原因造成无法达到用户要求。本设计采用峰值为175V（理论采用169V）的交流电压，即U2=124V，利用220V交流电压经变压器变压得到。所以在本设计中使Ud达到30V的a=117.5（2.05rad）Ud达到100V的a=37.6（0.66rad）（2）电源输出平均电流Id=U2=2U20.9R（1+cosa）电源输出有效电流I2=U2R12sin2a+a2晶闸管流过的有效电流IT=I21.57在满足电源输出I220A的前提下，必须保证晶闸管不会烧掉，即流过晶闸管的电流不会超过其额定电流。R可变，但无论如何，总有R能令Id=20A。可以写出Id与I2的关系。I2=2Id0.9（1+cosa）12sin2a+a2令Id=20A，画出在a=0 2.0944(输出电压为12430V的a角度)I2的幅值曲线如图：I2与a成正比例关系。在a=0.662.05rad的范围内a=2.05rad时I2最大。代入公式。得到I2MAX= 81.1A。则晶闸管的额定电流为：A晶闸管承受的最大正反向电压的最大值为，考虑23倍的安全裕量，晶闸管电压定额为：UTN=232U2=（350525）V仿真检验方法：利用软件MATLAB里面的SIMULINK搭建虚拟电路。设多个电压电流表检测各路的电流电压情况。1. 通过改变脉冲发生器的方波发射延迟时间从而改变a角进而改变输出电压。2. 当输出电压在30100V的范围内改变电阻R是输出电流在20A左右。3. 监视各个元件是否能处在正常工作条件下和监视输出电流电压是否符合要求。电路图搭建如下：仿真检验数据：下面是实验数据及分析。ThyristorOutputaRRMS VMEAN VMEAN IRMS IRMS VMEAN VMEAN I30586.3751.2910.2617.05120.5102.620.51404.885.5848.5510.1117.42118.397.120.23504.584.3745.1610.0418.02114.790.3220.07604.182.741.2310.0618.93109.782.4620.11703.680.6136.8710.2420.29103.373.7520.48803.278.1632.2310.0721.195.5164.4620.14902.775.4727.4410.1622.6386.4354.9720.321002.272.6822.6410.2924.5176.2745.2920.581101.869.96189.99825.6565.336201171.510.6528.9457.2929.8221.31201.367.4713.6410.4929.2753.8327.2920.98130165.389.7099.70929.8642.2319.4219.421400.663.776.31910.5336.4230.9112.6421.061500.362.73.58211.9247.8720.317.15123.841600.262.121.5767.881X11.043.15215.761700.261.90.37621.881X3.7830.75223.7611800.261.8700X000输出电压Ud与a关系图。由上表可以看出该方案已经实现输出电压0100的自由变换，而且给出在在各个情况下晶闸管和输出的电压电流情况。表格下半部分是输出电压在030V时情况，电路设计没有要求其能达到的最大电流，也即是说一般来说用户不会使用到该区并使输出电流达到20A。否则根据上面的曲线知道本设计将会需求上1000A额定电流的晶闸管，这是不现实的。因此该区不保证输出电流达到最大20A。由表可以看出在输出为30100V的时候令输出电流达到最大20A，无论输出电压为多少流过晶闸管的电流都不会大于晶闸管能承受的最大的有效电流。即在计入了安全裕量后不会超出满足设计要求，故晶闸管的额定电流选择可以适用该电路。下面是相角为30，60，90，110，130，170时候其中一个晶闸管的电压波形，由于桥式整流电路是对称的，故只需测其中一个，即可知道另一只。移动半个周期的相位即可得到另两只晶闸管的电压波形。观察图像可以看出，当没有四只晶闸管都没有导通的时候，四只晶闸管分别承受U/2的电压。当有两只晶闸管导通两只没有导通的时候，两只晶闸管电压为零，另外两只电压为U。由图像可以读出最大的正向电压为Umax=175V，最大的方向电压为87.5V。他们都没有超过晶闸管的电压定额，所以晶闸管的额定电压选择适当。结论： 1.