单相全控桥式晶闸管整流电路方案

1、电力电子技术课程设计任务书一、设计课题目单相全控桥式晶闸管桀流电路设计（纯包阳负或）二、设计要求1、单相全拧桥式晶闸管整流电路的设计要求为：负载为阴性负载.2、技术要求：（1）.电网供电电压：咨流100V/50HZ ；.输出功率：500W；（3）.移相范围：0度一180度,4幣个设计屮要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思 维方代以及创造啤力要求具体电路方案的选择必须冇论证说明要说明其冇哪 些特点。上电垢乂体电路元器件的选样应冇计界和说几 课稈设计从确记方案 到幣个条统的设计.必须在检索、闽读及分析研究大量的相关文献的基础上. 经过剖析、提炼.设计出所要求的电路（或装置）。课程设

2、计中要不断提出问 题.并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问卷的能力要求宁生在教师的指导下.独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详 细的设计（包插计算和器件选型九严禁抄袭.严禁两篇设计报告基本相同. 其至完全一样。课题设计的主要内容是供电方案的选定.主电路的设计电路元件的选择. 保护电路的选择主电路的分析说明.主电路元器件的计算和选型以及控制 电路设计。报告垠后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。前盲电力电子/又称功率电子(Power Electronics).區耍研究各种电力电 于器f|,以及由这胆电力电子器fl所构成的样的电I虹装乩 以完

3、成对电 能的变换和捽制它既是电子学吞强电偽电压大电涼)或电彼域的 个分支, 又是电丄学布谢电(低电压、小电血或电子领域的一个分支.或右说是强弱电相 结合的诉科孚。电力电子学是檻冷电子'、桩电力”和“控制"三个瀆域的 个潇兴丄程技术学科融苦科学技术的FI益发展人们对电路的要求也越来越高，由丁&生产实际 中需耍大小町调的立流电嫄而相拧朋流电豁结构简申、控制方便、性能隐尢 利：1用：町以方便地得到大中、小并种容虽的宜流电能是目前获得宜流电能的丨 耍方法得到了广泛应用.布电能的生产和传输上.H前是以交流电为主。电力 网供给用户的是交流电，而A许多场合.例如电耕、莠电池的充电卫

4、流电动机 等，需要用巳沱电婪时到宜激电,除了:SSL发电机外.故首遊应用的是利用各 种半导体兀fl产生自流电。这个方法中鏗漁是赧華础的 步整汛，即利用具 右甲向导电特性的器f%把方向和人小交变的电涼变换为玄汛电.整流的基础是 密流电路。由丁电力电子技术是梅电子技术和控制技术引入传统的电力技术瀆域，利用 半导体电力开关器竹组成*种电力变换电埒实现电能和变换和捽制，而构成的一 门充娜的沖科故其乍习方法与电了技术和捽制技术冇很多相似之处.贝此耍芳 好这门谀就必须做好谀丹设计，因而我们进tj J此次课程设计，乂因为整流电坷I门I 侨式品幣管聲淹电路又有利I ：J戚们将单结品体管触发的单相品闸骨全拎幣潦

5、电坏这课题作为这谀稈的谀椰役计的 课趣.第一章单相桥式整流电路供电方案的选择1.1具体供电方案电源电压：交流100V/ 50Hz第嗨单项全控桥式晶闸管整流电路主电路设计2.1主电路康理图电力电f技术课Wiil2. 2变压器二次侧电压的计算电源电KXV50H/ 输岀功乖，500W 阳R范|乩 0 復 ISO.t. iJR-5O . o-30Pdd: /RU<U5(h23变压器一、电次侧电流的计算P=ld7RM=IOAUI 心4100/50 Nl/N2=2/Ilt=iy2=5A2.4变压器容量的计算S-L i-5 X 100-500*2. 5变压器型号的选择NI:N2=2:I :S=500W

6、第三章电路元件的选择3.1整流元件的选择由開和析代全拧整流世电总性叭载主电路E晏兀fl是品刚甘.所以迭取 元fl时扯右虑冊闸骨的冬数及其选取原则。311養流元件中电压.电流最大值的计算D.iW何管的主耍移数如卜： a丿额定电压几通常瑕几和厶，冲较小的，再取探近标准的电压笞级作为品闸骨型的输定 电压。件选用管子M 额定电压应为1E常丄作躍值电压的2-3 fa.以保证电路 的丄件安全.晶闸悴的额定电压刊疔min加Q艸13 M （2-3） 41 U2（3-1）&:工作电路中加在管子上的最人瞬时电压时（2_3）血"212V）额定电流An通过品闸管的电流的平均（fluTOvl=L/2=

7、5ATm= n 1=15. 7A整流元件型号的选择晶闸管的选择原则:I所选品闸管电流右效值儿人于元件在山路中可能流过的圮大电流仃效危。II、选择时考虑（1.52）倍的安全余量，即/AW 2（152”斤/1.57Iw =10A则晶闸管的楸定电流为TklOA（输出电流的仃效值为最小值，所以该额定电流 也为最小值）考比到2倍裕显,取20A.即晶闸符的藏定电流至应大于20A.在本次设计中我选用4个KP204的晶闸管.第四章保护元件的选择41变压器二次侧熔断器的选择采用快速熔断器楚电力电f装置中报冇效、应用最广的一种过电流保护描 施.在选择快熔时应考虑：1）电压等级应根据熔斷后快熔实际承受的电压来确定。

8、2）电流容昴应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定，快熔一 般与电力半导体器件小联连接在小容蚩装置中也可加接丁阀他交流母线或直流 母线中。3）快熔的"值应小于被保护器件的允许广/值、I）为保证熔体在正常过载情况卜不熔化.应考虑其时间电流持性。因为晶闸管的薇定电流为IOA快速熔断器的熔断电流大于1.5倍的晶闸管 赖定电流.所以快速熔断器的熔断电流为15A。42晶闸管保护电路的选择4.2. 1过电汛保护当电力电子变流装置内部某些器件帔击穿或更路；取动、触发电路或控制电 路发生故障；外部出现负载过载；氏流侧痕路；可逆传动系统产生逆变失败；以 及交流电源电压过高或过低；均能引起裝置或

9、其他元件的电流超过正常：1作电 流.即出现过电流。因此.必须対迫力电子装置进行适的过电流保护。4. 2. 2过压保设备在运行过程中，会受到山交流供电电网进入的操作过电爪和雷击过电乐 的侵熱同时,设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现.因此,必须 对电力电子装置进行适当的过电压保护。4. 3保护电路原理图及工作原理图43过流保护原理图图4.3过电*悚护电略第五章 单项全空桥式晶闸管整流电路的相控触发器电路5.1相控触发电路康理图及工作原理图54申结品件洽触发电坷品闸強蝕发L荽彳j移和鮭发、过冬触发和昧冲列调制触戾等.触发电路対其 产生的触发脉冲耍求： 胜发frinJ为卫流、交流或脉冲电压。

10、 触发信号应右足够的功率（触发电压和触发电流。脏发脉冲应冇一定的竜度，脉冲的前沿尽可能陡，以使冗fl在触发导通后，PII 极电流能迅速上升超过Vtt电流而维持Sifl °触发脉冲必须与品闸管的阳极电爪同步，咏冲移相范Iti必须满足电捋耍求. 甲结品体管触发电路由用结冊体管构成的触发电埒艮右简甲、“J靠、抗干扰能力强、温度补偿性 能好，脉冲前沿徙竽优点，白容量小的品闸计装宣中須到了广泛应用.他由白激 抚荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分姐成,电路图如图5.0所示.5.2相控触发芯片的选择5.2.1芯片管角功能介绍5. 2.2芯片与外用电路的连接第六章单项全控桥式晶闸管整流电路设计总设计

11、结果6.1 SCR工作販理品闸骨由四层半导体(Pi、N, P“ N,)姐成.形成三个结丄(PiNi).JPQ 并分别从Pi. P“ N?引入A. G、K三个电极，如图6Q(左)所示由 丁具有扩敝I艺,具有三结四层结构的普通品闸骨可以等效成如图6.0 (右所 示的两个品ffiWTi (PfNlP,)和(N厂P厂NJ组成的等效电路.A图60品闸诲的内部结构和等效电坷个PNPN四层结构的曲端器fl 町以看成电漁放大系数分别为y和冬的P、N和比品体管.其中结为共用集电结.当辭I加正向电压时.正偏人结注入空穴经过“区的输运,到达集龟极结(A)空穴电漁为a/A：而疋備的人结注入电子，经过戸区的输运到达人給

12、的电汶为aJ,9山丁人结处丁反 向.通过二结的电流还包招门身的反向饱和电流心品闸件导通与关断两个状态融由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的通常用伏女特性曲线來描述它们之何的杲乐.如图6.3所示.图6.1品闸许的伏安特性愤线当品mvAK加正向电压时，人和人iEftt以反侃.外加电压几乎全部降 落祁儿结上,打结起到組斯电滅的作用.随苦匕的增大,只耍 S，通 过阳极电a/.WMs冈而称此区域为止向阴斯状念.当匕轟帘人趙过叫o以阳. 阳极电流突於增人，特性曲线过负阴过程瞬间芟到低迫压、人电淡状态.品甬竹 流过由负找决定的通念电流劭fl %降为IV左右，件曲线CD段对应的状 态称为导通状态.迪常将匕

13、“及具所对应的/林称Z为正向转折电压闭转折电流， 品闸管导通后能自身维持冋态.从通态转换到晰态,通常是不用门极信号而是由 外部电路捽制，即只有当电流小到称为统持电涼/“的某 临界備以卜.器竹力 能彼关斯。%的骨处丁斯态(V4X < VM,)时，如果使得门极相对丁 171梯为正，给门 极通以电流，那么品闸咛将金较低的电压卜转折导通.转折电压以及转折 电流4都是心的喷数，心越大，e越小。如国3所示，昴闸n-H导通后， 即使去除门极倍号,器01仍於然导通。当品闸管的阳极相对丁阴极为负，只耍 <怙，匚很小,目与基本无关(U反向电压很大时(怙=%>,通过晶闸骨的反向漏电说总刖烟大，农现

14、 出M闸啓击穿.囚此称为反向转折电压和转折电流.&2总电路的原理框图系冼撷理方椒用如6. 2所示:图6. 2系统原理方栢图6. 3总电路原理图64总电路工作原理该电路主耍由四部分构成.分别为电游.过电保护电路.整流电路和触发电 路呦成，输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路.保证电路出现过我或短 路故障时.不至于伤吿到品闸席和负抓在电路中还加了防宙由的保护电断然 后将经妇I、和保护后的信巧输入整流电路中、整流电路中的品MW7T触发信号的 作用卜动作，以发挥整流电路的整流作用。在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护血过压保护 则采用RC电路=这部分的选择主要考虑到电路

15、的简单性.所以才这样的保护电 路祁分，整流部分电埒则足根抑世II的要求.选择的我们学过的单相桥式整流电 曲，该电路的结构和工作原理是利用晶闸符的开关特性实现将流变为貢流的功 能，触发电路是由设计题目而定的.題H要求了用单结晶体管直接触发电路单 结晶体讶H接触发电路的移相范H，l变化较人，血£1山于是真接验发电路它的结构 比校简小° 一方面足方便我们刈设计电路屮变乐器熨号的选择。65绘制输出波形（即Ud ,id波形）6.6绘制触发信号波形u:伽M丽W皿応<WIrA/K/fUM总结：T丄 逍过也相全控桥.心鹽流电路的设汁.使我加深了対整流电路的理斛.讣我対电 力电子该课程产生了浓烈的兴趣，対于一个电路的设计.首先应该対它的理论知识很了解.这样才能设计出件能好的电路。鄴流电路中，丿I关器件的选择和触发电賂的迭择圧胶关键的开 关器件和触发电路选择的好.対整流电路的性能指杯影响很人，在这次课程役计过出屮碰/.的难题就是対品闸笹的相关参数的计算.因为 衣学习中没能很好的系统的总结晶闸