电力电子 单相桥式全控整流电路设计.doc

_ _学院_级_电气工程及其自动化_专业 姓名_ _ 学号_（密）（封）（线）本科课程设计专用封面设计题目： 单相桥式全控整流电路设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 2012 年 06 月 17 日至 6 月 23 日完成设计日期： 2012 年 06 月 23 日评阅成绩： 评阅意见：评阅教师签名： 年 月 日 目录一、设计要求1二、题目分析、主电路设计及元器件选择12.1 主电路结构 12.2 工作原理 12.3 相关参数计算 22.4 主电路元件清单 2三、主电路分析23.1 主电路仿真模型图23.2 主电路仿真参数说明33.3 仿真波形图33.4 仿真小结4四、控制电路设计44.1 触发电路图44.2 触发电路基本环节 44.3 触发电路作用44.4 晶闸管相控装置对触发电路的要求44.5 触发电路组成54.6 锯齿波形成和同步移相控制环节5五、设计总结6 参考文献 7单项桥式全控整流电路（纯电阻负载）设计与仿真一设计要求1）完成单相桥式全控整流电路的设计、仿真；2）设计要求：输入：AC220V，50Hz； 输出：130V，4A二题目分析主电路设计及元器件选择1.主电路结构单相桥式全控整流电路（电阻性负载）电路图如图所示： 单相桥式全控整流电路（电阻性负载）2.工作原理：（1）在u2正半波的（）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。因此在0区间，4个晶闸管都不导通。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。（2）在u2正半波的（）区间，在时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。（3）在u2负半波的（）区间，在区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。（4）在u2负半波的（）区间，在时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿bVT3RVT2T的二次绕组b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。3.相关参数计算 根据课程设计任务书上的要求可以知道U2=220V,F=50HZ,Ud=130V,Id=4A.则由公式Ud=0.9U21+cosa2 可以算的a=71.75 Id=UdR 可以算出R=32.5欧 晶闸管的平均电流Idvt=1/2 Id=2A 晶闸管的有效电流Ivt=U2R212sin2a+-a=4.78晶闸管的额定电流IN=Ivt1.57=3.048晶闸管承受的最大正反向电压分别是 22U2=155.56 ,2U2=311.13考虑到电流要留有1.5-2倍的裕量所以晶闸管的电流在4.573-6.097A考虑到电压要流油2-3 倍的裕量所以晶闸管的电压在622.25-933.378V4.主电路元件清单：变压器1个晶闸管4个2N4189电阻1个32.5欧三主电路仿真分析 1.主电路仿真模型图： 2.路仿真参数说明： 根据设计任务要求，V5的参数选择为：220V,50Hz。 由于X1、X4组成一对桥臂，X2、X3组成另一对桥臂，所以X1、X4,X2、X3分别同时导通，即他们触发信号的延迟时间TD分别相同，根据a角计算可以知道V1，V4、V2、V3的延迟时间，触发的周期REP应该与电源周期相同，触发的上升时间TR,下降时间TF及脉冲宽度PW,初始电压V1，终值电压V2应满足触发要求。 综上所分析可以得知各触发信号的参数：V1、V4的TD=a/(2f),V2、V3的TD=a/(2f)+REP*(180/360)TD(ms)TF(us)PW(ms)REP(ms)V1(v)TR(us)V2(v)V13.980.10.12000.110V213.980.10.12000.110V313.980.10.12000.110V43.980.10.12000.110电阻的值根据前面分析时算的，故电阻值为32.5欧。3.仿真波形图： 输出电压、电流波形及i2的波形 谐波图4.仿真小结单相桥式全控整流电路（电阻性负载）是典型单相桥式全控整流电路，共用了四个晶闸管，两只晶闸管接成共阳极，两只晶闸管接成共阴极，每一只晶闸管是一个桥臂，触发信号的阳极接在晶闸管的门控级，阴极接在晶闸管的阴极。只有在晶闸管承受正向电压且门控级有正的触发信号时才能导通，桥式整流电路的工作方式特点是整流元件必须成对以构成回路，负载为电阻性相控整流装置在交流侧和直流侧都产生高次谐波:该装置对于交流侧相当于一个谐波电流源;对于直流侧相当于一个谐波电压源，就单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）交流网侧的电流除含有基波外，还含有3、5、7、9等高次谐波。负载两端的电压除含有基波外，还含有2、4、6.等高次谐波。四控制电路设计 1.一种比较典型的分立式触发电路 同步信号为锯齿波的触发电路图：2.触发电路有三个基本环节组成：锯齿波形成和同步移相控制环节，脉冲形成、整形放大和输出环节，强触发和双脉冲输出环节。3.触发电路的作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。4.晶闸管相控装置对触发电路的要求 ：（1）触发脉冲必须有足够的功率，保证在允许的整个工作温度范围内，对所有合格的元件都能可靠触发。（2）触发脉冲应有足够的宽度，以保证晶闸管可靠导通。（3）触发脉冲的前沿应尽量陡些。（4）触发脉冲的相位应能够根据控制信号的要 求在规定的范围内移动。（5）触发脉冲与晶闸管主回路电源电压必须同步。 （6）触发电路与晶闸管主回路之间有必要的电气隔离。5.触发电路组成锯齿波同步触发电路5，该电路由以下五个基本环节组成：同步环节。锯齿波形成及脉冲移相环节。脉冲形成、放大和输出环节。双脉冲形成环节。强触发环节。6.锯齿波形成和同步移相控制环节锯齿波同步移相的原理是利用受正弦同步信号电压控制的锯齿波电压作为同步电压，再与直流控制电压与直流偏移电压组成并联控制，进行电流叠加，去控制晶体管的截止与饱和导通来实现的。在锯齿波同步的触发电路中，触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。要使触发脉冲与主电路电源同步，使开关的频率与主电路电源频率同步就可达到。同步变压器TS二次电压经二极管间接加在的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，导通，电容被迅速充电。因O点接地为零电位，R点为负电位，Q点电位与R点相近，故在这一阶段基极为反向偏置，截止。在负半周的上升段，+电源通过给电容反向充电,为电容反向充电波形，其上升速度比波形慢，故截止，当Q点电位达1.4V时，导通，Q点电位被钳位在1.4V.直到TS二次电压的下一个负半周到来时，重新导通，迅速放电后又被充电，截止。如此周而复始。在一个正弦波周期内，包括截止和导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期,与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出，Q点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达1.4V的时间越长，截止时间就越长，锯齿波就越宽。可知锯齿波的宽度是由充电时间常数决定的。五设计总结通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我对电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不同的电路。其中单相全控桥式整流电路其负载我们用的多的主要是电阻型、带大电感型，接反电动势型。它们各自有自己的优点。对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。在这次课程设计过程中，碰到的难题就是对主电路的仿真。因为对仿真软件Orcad接触较少，所以在做起来有了很大的难度，使得我不得不从头学期。可是在较短的时间里要将这个软件完全搞清楚难道真的是相当的。而且这个软件的安装也是相当的麻烦，从学习装软件到学习这个软件画了整整一天的时间，好在在老师和同学的帮助下还是将仿真做了出来。这次的课程设计是我收获较大，虽然中途遇到了不少困难，但还是被我逐步解决了。通过课程设计，我对所学的电力电子相关器件及一些基本的技术有了更好的了解，因为它不单是要求你单纯地完成一个题目，而是要求你对所学的知识都要弄懂，并且能将其贯穿起来，是综合性比较强的，尽管如此，我还是迎难而上了，首先把设计任务搞清，不能盲目地去做，你连任务都不清楚从何做起呢，接下来就是找相关资料，同时还要阅读一些学术性的论文，我在网上找资料，然后对资料进行整理，找资料说起来好像很简单，但真正做起来是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以这个过程中要花费一些时间做看似无用功的事，其实不尽然，这其中也拓展了你的知识面。通过这次课程设计我对于文档的编排格式有了一定的掌握，同时，对word相关公式编辑的学习，一些题目中遇到的计算公式的问题就迎刃而解了。这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电力电子这门课程，同时也拓宽了视野。把以前一些没弄懂的问题这次弄明白了一部分，当然没有全部。在此感谢老师在平时上课是的耐心讲解以及在做课程设计时我遇到问题老师帮我解决，也要谢谢同学的在软件安装上的帮忙！参考文献： 1 王兆安编著.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2004年5月. 2 汤勉刚编写.电力电子课程设计指导书.成都：四川师范大学,2012年6月. 3 徐强主编.专业基础实验教程.成都：西南交通大学出版社,2010年3月. 4 傅世川编.USB接口的设计.重庆：重庆大学自动化学院,2011年12月