单相桥式整流电路

1、酒 泉 职 业 技 术 学 院课程设计2012级电力系统继电保护与自动化专业题 目： 单相桥式整流电路 学 号： 121782009 学生姓名： 王文勇 班 级： 12电力班 2013年6月28日目 录一 技术要求二 设计任务三 方案选择四 原理说明五 电路参数计算和元件选取六 性能指标分析七 保护电路工作原理八 参考文献单相整流电路一 设计任务书1 设计任务（1）进行设计方案的比较，并选定设计方案（2）完成单元电路的设计和主要元器件说明（3）完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择（4）驱动电路的设计，保护电路的设计2 设计要求（1）负载为感性负载，L=700mH,R=500欧姆（2）电网供

2、电电压为单相220V（3）电网波动电压为5%10%（4）输出电压为0100V二 方案选择单相相控整流电路分为单相半波、单相全波和单相桥式相控电路，它们所连接的负载性质就会有不同的特点，下面分析各种单相相控整流电路在阻性负载、感性负载时的工作情况。单相半控整流电路的优点：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉冲大，负载电流脉冲大，且整流变压器二次绕组中存在直流分量，使铁芯磁化，变压器不能充分利用，而单相全控式整流电路具有输出电流脉冲小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化的问题，变压器利用率高。单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路的2倍，在相同的负载下流过晶闸管

3、的平均电流减小一半，且功率因数提高一半。三 原理说明（一） 单相半波整流电路工作原理1 单相半波整流电路阻性负载实验原理路图如下：2 单相半波整流电路工作原理变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管，就是半波整流。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被二极管所阻，没有电流。这种电路，变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率；整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求高。只适用于小电流整流电路。电路工作过程是：在u2正半周（t=0）,二极管加正向偏压而导通,有电流iL通过负载电阻RL。因为将二极管看作理想器件,所有RL上的电压uL与U2的正半周电压基本相同。

4、全波整流可以用：一是变压器与半流整流电路相同，但用四个二极管组成桥式电路，将次级线圈的正、负半周都用起来；二是变压器的次级绕组圈数加倍，中间抽头，实际上由两个次级线圈构成。中间抽头接负载一端，另两个端子各串联一个二极管后接负载的另一端。它由电源变压器Tr整流二极管D和负载电阻RL组成,变压器的初级接交流电源,次级所感应的交流电压为其中U2m为次级电压的峰值,U2为有效值。电路的工作过程是：在u2的正半周（t=0）,二极管因加正向偏压而导通,有电流iL流过负载电阻RL。由于把二极管看作理想器件,故RL上的电压uL与u2正半周电压基本相同。（二） 1 单相半波整流电路感性负载实验电路图如下2 单相

5、半波整流电路感性负载工作原理（1）当交流电压过零为负的时候，由于负载电感反电势大于电源负电压，加在可控硅的电压仍然是正向电压，所以可控硅维持原电流方向、大小不变的导通；（2）但加在负载两端确实是电源负电压，而不是正向电压，所以破坏了整流的性质和目的，使得负载的正向电压因之而减小；（3）随着交流电源负压增大，增大到大于反电势时，加在可控硅两端的电压为零、电流为零，可控硅截止，此时负载的电压因可控硅截止，电压由负压到零；（4）整流电路的目的就是，要给负载以直流电压，但是由于交流电过零时可控硅不能及时关断，使得负载两端出现负压，就减小了负载两端所需要的直流电压；（5）如果在感性负载的两端加上阻尼二极

6、管（或者叫续流二极管），反电势被短接，这样在交流电过零为负时，可控硅就能及时关断截止，负载两端就不会出现负压； （6）单相半波可控整流电路，输出直流电压Uo=0.45U×（1+cos）/2；（7）阻感性负载电路，要加续流二极管，否则输出直流电压会下降；二 单相桥式整流电路阻性负载工作原理： (1) 单相桥式整流电路阻性负载实验原理路图如下：（2）单相半波整流电路工作原理在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图10.1.2(a)的电路图可知：当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管D2、D4导通，在负载

7、电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图10.1.2(b)。（3）参数计算根据图10.1.2（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S。（4）单相桥式整流电路感性负载工作原理在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图10.1.2(a)的电路图可知：当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的

8、正半周。当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。四 电路参数计算和元件选取1、参数计算2、元件选取样图五 性能指标分析整流电路的性能常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的，用整流输出电压的平均值来表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。（1）整流输出电压的平均值（即负载电阻上的直流电压VL）VL定义为整流输出电压vL在一个周期内的平均值，即设变压器副边线圈的输出电压为v，整流二极管是理想的。则根据桥式整流电路的工作波形，在vi的正半周，vL = v2 ，且vL的重复周期为p

9、60;，所以上式也可用其它方法得到，如用傅里叶级数对图1中vL的波形进行分解后可得中恒定分为负载电压vL的平均值。（2） 纹波系数由vL的傅里叶级数表达式可以看出，最低次谐波分量的幅值w，角频率为电源频率的两倍，即2w。其他交流分量的角频率为4w、6w等偶次谐波分量。这些谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量之上。常用纹波系数Kg 来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，式中VLg为谐波电压总的有效值，它表示为所得出桥式整流电路的纹波系数。由于vL中存在一定的纹波，故需用滤波电路来滤除纹波电压。六 保护电路工作原理 1 保护电路设计 2 保护电路工作原理（1）过压保护电路：过电压保护了

10、是免因工人误接高电压电源等原损坏机器而设置的，它预防开机浪涌结合在一起当因误接高压（把220VAC输入接到380VAC电源）或因其他原因高压加入时，高压电流顿时把压敏电阻R3击穿（压敏电阻耐压值是根据电路耐压要求而设定的），形成回路。高压电流在RT和R3间流过，较大的电流急剧地把消磁电阻（温敏器件）的温度抬高，而使消磁电阻的阻值随之迅速上升（其阻一温特性见图4.2），相当于把电路断开，阻值无穷大，而且，R1、D1、UA、R2和D2形成回路，当电压达到一定值（设定值）时，高压把压敏电阻R2和D2击穿形成电流，电流使UA发光，使得UB受光照Q1的栅极电位拉低，Q1截止，这样，J2就不能吸合，高压电

11、流就只能通过耐高压的T、R3回路及R1、D1、UA、R2和D2组成的回路，而不会损坏后面的电路，从而保护了电路。而此保护是可恢复的，降低了成本。等消磁电阻温度降下，便又可正常工作。避免了因过压而损坏的维修，提高了工作效率。如果输入电压正常，电压经R的整流滤波，输入辅助电源，使辅助电源工作，输出24V稳压直流电，24V直流电使场管Q1导通，从而使J2运作，J2A合，短路T，电源电压直接输入整流管，电路正常工作。（2）过流保护：过流保护是为了避免因元件损坏、干扰、异常而引起过大电流对逆变器产生损坏而设置的。它通过电流互感器时刻对主回路中的电流进行采样，一但发现是流超过允许值，便通过控制电路中保护控

12、制电路动作，停止主回路的工作过流保护电路原理图电路采用1：300的电流互感器对主回路进行采样（电流互感器是一种电流采样器件，相当于变压器，由I1/I2=n2/n1可知，当主回300A的电流时，保护电路能采样到A的电流信号，该信号对控制电路中的电容充电，并形成压降，一但这压降大于保护控制电路中给定的基准电压保护控制电路动作，进行封波，使整个电路停止工作。（3）过热保护：过热保护电路的作用是避免机器因散热不良，环境温度过高或元器件工作异常而损坏电路。通常，把热敏器件（热敏开关）置于散热装置上，一但散热装置温度过高，热敏器件便动作，从而使保护控制电路动作，进行电路保护DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。 取样电压分为两路，一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚，如取样电压高于2脚基准电压，比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚，如取样电压