单相桥式全控整流电路电阻性负载课程设计

郑州航院机电工程学院电力电子课程设计单相桥式全控整流电路电阻性负载目录一、 概述2二、 设计任务与要求2.1、设计题目22.2、设计条件22.3、设计任务22.4、注意事项3三、设计方案简介3.1单相桥式全控整流电路电阻性负载主电路33.2单相桥式全控整流电路电阻性负载触发电路的设计4四、相关器件的选型与参数的计算4.1计算控制角的移相范围54.2变压器参数的确定54.3晶闸管参数的确定64.4触发电路参数的确定7五、结束语8六、参考文献8一、 概述 电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效的节约能源，并成为新能源与电网的中间接口。电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十世纪九十年代各种全控大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国名经济的各个部门以及人们的日常生活。二、 设计任务与要求21设计题目：单相桥式全控整流电路电阻性负载2.2设计条件：（1） 电网：380V，50Hz；（2） 晶闸管单相桥式全控整流电路；（3） 负载电压在100V150V之间连续可调；（4） 负载电阻20；2.3设计任务：（1） 电源变压器设计，计算变压器容量、变比、2次侧电压有效值，2次侧电压有效值在满足负载最大电压要求下，适当留出裕量，然而裕量不应过大，具体大小由设计人员灵活掌握；（2） 计算控制角移相范围；（3） 计算晶闸管额定电流；（4） 计算晶闸管额定电压；（5） 设计基于单节晶体管的简易触发电路，要求给出同步变压器参数、稳压二极管参数、单节晶体管参数；估算Re、C的取值范围；（6） 电路图设计，给出主电路、触发电路相结合的完整电路图。2.4注意事项：（1） 应当给出具体的计算过程和分析过程；（2） 涉及电流、电压计算时，必须用波形图配合说明计算过程；（3） 选型参数（额定电压、额定电流、容量等）应当取整。三、设计方案简介3.1单相桥式全控整流电路电阻性负载主电路1.主电路及其工作波形 单相全控桥式整流电路电阻性负载及其波形2. 晶闸管的工作原理通过理论分析和实验验证表明：（1） 只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶闸管才能导通，两者不可缺一。（2） 晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电压不必是一个持续的直流电压，只要是一个具有一定宽度的正向脉冲电压即可，脉冲的宽度与晶闸管的开通特性及负载性质有关。这个脉冲常称之为触发脉冲。（3） 要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数值之下（约几十毫安）。这可以通过增大负载电阻，降低阳极电压至接近于零或施加反向阳极电压来实现。这个能保持晶闸管导通的最小电流称为维持电流，是晶闸管的一个重要参数。3.电路工作原理晶闸管VT1和VT4为一组桥臂，而VT2和VT3组成了另一组桥臂。在交流电源的正半周区间内，即a端为正，b端为负，晶闸管VT1和VT4会导通。此时，电流从电源a端经VT1、负载及VT4回电源b端，负载上得到的电压为电源电压（忽略了VT1和VT4的导通压降），方向为上正下负，VT2和VT3则因为VT1和VT4的导通而承受反向的电源电压不会导通。因为是电阻性负载，所以电流也跟随电压的变化而变化。当电源电压过零时，电流也降低为零，也即两只晶闸管的阳极电流降低为零，故VT1和VT4会因电流小于维持电流而关断。而在交流电源的负半周区间内，即a端为负，b端为正，晶闸管VT2和VT3是承受正向电压的，仍在相当于控制角的时刻给VT2和VT3同时加触发脉冲，则VT2和VT3被触发导通。电流从电源b端经VT2、负载及VT3回电源a端，负载上得到的电压仍为电源电压，方向也还为上正下负，与正半周一致，此时，VT1和VT4因为VT2和VT3的导通承受反向的电源电压而处于截止状态。直到电源电压负半周结束，电压过零时，电流也过零，使得VT2和VT3关断。下一周期重复上述过程。3.2单相桥式全控整流电路电阻性负载触发电路的设计四、相关器件的选型与参数的计算4.1计算控制角的移相范围整流输出电压的平均值为： （1）当0.9 得V取（2）把（2）式及代入（1）式可得，即，然后取。 又把（2）式及代入（1）式可得，即，然后可取。所以控制角的移相范围为（3177）4.2变压器参数的确定变压器变比为： 在选择器件时，应该根据电流有效值进行计算。负载电流的有效值，即变压器二次绕组的电流有效值为： 当时，有最大值，为 ，可取所以，变压器的容量为：,取综上可得：变压器的参数为：变压器的容量为：变压器的变比为：变压器的2次侧电压有效值为：4.3晶闸管的额定电压为和额定电流的确定流过晶闸管的电流有效值为：=9A，所以，的最大值为： 由于晶闸管的过载能力比一般电磁器件小，为使其有一定的安全裕量。因而要选用晶闸管的通态平均电流为其正常平均值的1.52倍。所以选晶闸管的额定电流 晶闸管承受的最大反相电压值为 晶闸管承受的反向重复峰值电压 选用晶闸管时额定电压应为正常工作峰值的23倍，所以，晶闸管的额定电压综上可以选用的晶闸管参数为：600V所以，晶闸管的型号可定位：KP8-64.4触发电路参数的确定选用BT33D型单结晶体管，分压比为令时，当=20V时，峰值电流,谷点电流,谷点电压,基极调制电流为,所以可求得峰点电压为：又因为： 所以可取又 所以可求得C=0.55F五、结束语 通过学习电力电子技术这门课，我掌握了有关近现代的电力电子器件的基本原理和功能。随着科技的不断发展，电力电子在我们日常生活中越来越重要。在这次的课程设计中，我对所学的电力电子知识有了更全面，更深刻的了解和掌握。在这过程中我查阅了相关的资料，这增长了我的知识，开阔了视野，动手设计是一种更有效地学习方法。通过单相全控桥式整流电路的设计，我加深了对整流电路的理解，也对电力电子该课