单相全波可控整流器的设计

1、课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：周颖工作单位：自动化学院题目：单相全波可控整流器的设计（阻感负载）设计要求：一、与负载有关的参数。额定负载电压Ud=220V额定负载电流Id=10A。二、整流器的电源参数。电网频率为工频50Hz,电网额定电压U1=380V电网电压波动士10%要求完成的要紧任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，和说明书撰写等具体要求）一、触发电路的设计。要求对触发电路各器件的导通顺序进行说明；二、整流器主电路设计。包括负载电阻R的选择，品闸管的选择（电流参数的选取和电压参数的选取），负载电抗器的选择；3、爱惜电路的设计。爱惜系统是整流器的重要组成部份，其功能是在线检

2、测装置各点的电流、电压参数时，及时发觉并切除故障的进一步扩大。爱惜电路设计要求爱惜过电流、过电压和负载短路爱惜，和抑制电压电流上升率；4、参数的计算和设定；五、应用举例；六、心得体会。时刻安排：月日-日月日-日月日-日月日-日指导教师签名：系主任（或责任教师）签名:查阅资料方案设计馔写电力电子课程设计报告提交报告，答辩年月日年月日目录1、单相全波可控整流器的设计要求及大体分析错误！未定义书签设计要求错误！未定义书签大体原理分析错误！未定义书签2、整流器主电路的设计及元件选择错误！未定义书签整流器主电路的设计错误！未定义书签负载电阻R的选择错误！未定义书签品闸管的选择错误！未定义书签负载电抗器的

3、选择错误！未定义书签3、触发电路的设计错误！未定义书签4、参数的设定和计算错误！未定义书签参数的设定错误！未定义书签参数的计算错误！未定义书签5、爱惜电路的设计错误！未定义书签过电压的产生及过电压爱惜错误！未定义书签过电流爱惜错误！未定义书签电流上升率、电压上升率的抑制爱惜错误！未定义书签电流上升率di/dt的抑制错误！未定义书签电压上升率dv/dt的抑制错误！未定义书签6、电路仿真错误！未定义书签7、应用举例错误！未定义书签8、心得体会错误！未定义书签9、参考文献错误！未定义书签单相全波可控整流器设计（阻感负载）一、单相全波可控整流器的设计要求及大体分析设计要求由课程任务书可知单相全波可控整

4、流器的设计要求如下：1、与负载有关的参数。额定负载电压Ud=220V额定负载电流Id=10A;2、整流器的电源参数。电网频率为工频50Hz,电网额定电压U1=380V电网电压波动土10%大体原理分析单相全波可控整流电流也是一种实用的单相可控整流电路，又称单相双半波可控整流电路。单相全波整流器系统结构图如图1所示：该电路要紧由四部份组成，别离为电源，过电爱惜电路，整流电路和触发电路组成。输入的信号经变压器变压后通过过电爱惜电路，保证电路显现过载或短路故障时，不至于损害到品闸管和负载。在电路中还加了防雷击的爱惜电路。然后将经变压和爱惜后的信号输入整流电路中。整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作

5、，以发挥整流电路的整流作用。在电路中，过电爱惜部份咱们别离选择的快速熔断器做过流爱惜，而过压爱惜那么采纳RC电路。这部份的选择要紧考虑到电路的简单性，因此才如此的爱惜电路部份。整流部份电路那么是依照题目的要求，为单相全波可控整流电路。该电路的结构和工作原理是利用品闸管的开关特性实现将交流变成直流的功能。触发电路采纳了单结晶体管直接触发电路。单结晶体管直接触发电路的移相范围转变大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。从一方面方便了咱们对设计电路中变压器型号的选择。单相交流电源图1系统整体结构框图:、整流器主电路的设计及元件选择整流器主电路的设计单相全波可控整流电路的电路图如以下图所示:Nl图

6、2单相全波可控整流器电路图上图中TR为电源变压器，它的作用是将交流电网电压Ul变成整流电路要求的输入交流电压U2,R、L是系统要求的整流器的负载电阻和电感。在电源电压Vin正半周期间，晶闸管VTi经受正向电压，晶闸管VT2经受反压，假设在t=a时触发，VTi导通，电流经VTi、阻感负载和TR1二次侧中心抽头形成回路,但由于大电感的存在，Vin过零变负时，电感上的感应电动势使TRi继续导通，直到VT2被触发时，VTi经受反向电压而截止。输出电压的波形显现了负值部份。在电源电压U2负半周期间，品闸管T2经受正向电压，在t=a+TT时触发,T2导通,Ti反向那么截止，负载电流从Ti中换流至T2中。在

7、t=2冗时，电压Vin过零，T2因电感L中的感应电动势一直导通，直到下个周期Ti导通时，T3、T4因加反向电压才截止。当负载由电阻和电感组成时称为阻感性负载。例如各类电机的励磁绕组、整流输出端接有平波电抗器的负载等等。单相全波可控整流电路带阻感性负载的电路如图2所示。由于电感储能，而且储能不能突变因此电感中的电流不能突变，即电感具有阻碍电流转变的作用。当流过电感中的电流转变时，在电感两头将产生感应电动势引发电压降UL。负载中电感量的大小不同，整流电路的工作情形及输出Ud、Id的波形也不同。当负载电感量L较小（即负载阻抗角小），操纵角a小时，负载上的电流断续；当电感L增大时,负载上的电流断续的可

8、能性就会减小；当电感L专门大，且LdRd时，这种负载称为大电感负载。现在大电感阻止负载中电流的转变，负载电流持续，可看做一条水平直线。值得注意的是，只有当a/2时，负载电流才持续；当a九/2时，负载电流断续，而且输出电压的平均值均接近于零，因此这种电路操纵角的移相范围是0冗/2。各电量的波形图如图3所示：图3单相全波可控整流电路波形图图3中第一个小图CP1是第一个品闸管的触发脉冲，第二图是经变压器转换后的输入电压Vin,第三个图是阻感负载的输出电压Vd,第四个图是流过晶闸管的的电流I2,第五个图是负载的输出电流Id,第六个图是晶闸管VT1所经受白电压UvT0负载电阻R的选择触发角(00<

9、<g00),由设计要求可知：额定负载输出电压Ud=220VId=10Ao由于有足够大的电感的作用，整流器输出电流持续。由Ud=IdR可得：负载电阻R=Ud/Id=22Qo晶闸管的选择晶闸管的选择原那么:I、所选品闸管电流有效值iTn大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。H、选择时考虑(2)倍的平安余量。即ITn=IT(AV)=(2)ITM负载电流持续时，整流电压平均值可按下式计算：2U2sintd(U2cos0.9U2cos输出电流波形因电感专门大，平波成效专门好而呈一条水平线。两组晶闸管连番导电，一个周期中各导电180,且与a无关，变压器二次绕组中电流i2的波形是对称的正、负方波。

10、负载电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1。在这种情形下：当a=0°时，Ud=;当a=90°时，U=0,其移相范围为90°。品闸管经受的最大反压为2JEU2。又额定负载输出电压UC=220V,由Ud=cos能够取得：U2=Udcos=cos。考虑到平安裕量，因此所选晶闸管的的额定电压为：Un=(2-3)*2V2U2流过晶闸管的电流有效值为IVT=Id/J万=10/%巧A=。因此所选晶闸管额定电流电流：IN=(2)*=。考虑到电网电压的10%勺波动，Ud最大为220*(1+10%)=242V,那么U2=cosV,那么Un=coscos。取0。时，Un最小取为

11、负载电抗器的选择为了克服整流器输出的电流断续和减少电流的脉动和延长晶闸管的导通时刻，电路中申入了一个平波电抗器Lo为保证电流的持续，电感必需要足够的大。为保证电流持续所需的电感量L可由下式求出：3L=22U2/w|dmin=10|dmin=81mH3、触发电路的设计为了保证晶闸管电路能正常、靠得住的工作，触发电路必需知足以下要求：触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有必然的裕量。依照任务要求，由于整流器采纳的是品闸管，因此采纳晶体管直接触发电路。此电路是同步信号为锯齿波的触发电路，输出可为一个宽脉冲，也可为双窄脉冲，以适用于有两个晶闸管同时导通的电路，例如三

12、相全控桥。本设计采纳单窄脉冲，电路可分为三个大体环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。另外，电路中还有强触发和双窄脉冲的形成环节。现重点介绍脉冲形成，脉冲移相，同步等环节。移相触发是初期触发可控硅的触发器。它是通过调速电阻值来改变电容的充放电时刻再来改变单结晶管的振荡频率，实际改变操纵可控硅的触发角。初期可控硅是依托如此改变阻容移相线路来操纵。所为移相确实是改变可控硅的触发角大小，也叫改变可控硅的初相角，故称为移相触发线路，有可能用于：(1)排除尖峰脉冲干扰，减少误触发；(2)调整触发时刻，符合电路需要；(3)其他应用。本设计采纳单结晶体管移相触发电路，如图2所示。R7由同

13、步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管VI、V2进行削波，从而取得梯形波电压，具过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电时刻常数很小，C1两头的电压专门快下降到单结晶体管的谷点电压，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两头呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但只有输出的第一个触发脉冲对晶闸管的触发时刻起作用。充电时刻常数由电容C1和等效电阻等决定，调剂R

14、P1改变C1的充电的时刻，操纵第一个尖脉冲的显现时刻，实现脉冲的移相操纵。电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。单结晶体管触发电路的各点波形如图所示：图4晶体管移相触发电路图及各点输出波形4、参数的设定和计算参数的设定设定触发角a=450,L足包大,分不考虑漏感LB和考虑漏感两种情形分析参数的计算(1)没有漏感时，由Ud0.9U2cos，额定负载电压Ud=220V得：变压器二次侧输入电压U2=。因此变压器的变比为：N1/N2=U1/U2=380/-。因为Id=10A,那么一次侧电流I1=Id/.因此变压器的容量为S=U1-I1=o有功功率P=UdId=2

15、20*10W=2200W/功率因数入=P/S=2200/=%由中的分析可知，晶闸管的电流有效值为1VT=Id/*r2=10/V2A-品闸管的的额定电压为：Un=(23)*2<2U2=coscos因此V=品闸管额定电流：In=(2)*二。(2)有漏感时，UdQ9U2cosUd,其中Ud为换相压降。关于单相全波电路：UdXb1d/，其中XBwLB为变压器的漏感取定Xb0.3。那么：U2UdUd/0.9cosUdXbId/0.9cos=。又因为：coscos()IdXB/2U2即有：cos()0.695,那么换相重叠角0.973o五、爱惜电路的设计在电力电子电路中，除电力电子器件参数选择适合、

16、驱动电路设计良好外，采纳适合的过电压、过电流、du/dt爱惜和di/dt爱惜也是必要的。过电压的产生及过电压爱惜电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内应过电压两类。外因过电压要紧来自雷击和系统中的操作进程等外部缘故，包括：1)操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引发的过电压，快速直流开关的切断等常常性操作中的电磁进程引发的过压。2)雷击过电压：由雷击引发的过电压。内因过电压要紧来自电力电子装置内部器件的开关进程，包括：1)换相过电压：由于晶闸管或全控器件反并联的续流二极管在换相终止后不能立刻恢复阻断能力，因此有较大的反向电流流过，使残余的载流子恢复，当其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减

17、小，如此的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两头产生过电压。2）关断过电压：全控型器件在较高的频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两头感应出的过电压。过压爱惜要依照电路中过压产生的不同部位，加入不同的爱惜电路，当达到一定电压值时，自动开通爱惜电路，使过压通过爱惜电路形成通路，消耗过压贮存的电磁能量，从而使过压的能量可不能加到主开关器件上，爱惜了电力电子器件。为了达到爱惜成效，能够利用阻容爱惜电路来实现。将电容并联在回路中，当电路中显现电压尖峰电压时，电容两头电压不能突变的特性，能够有效地抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗掉

18、部份过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压爱惜电路如图5所示：图5RC阻容过电压爱惜电路图过电流爱惜当电力电子电路运行不正常或发生故障时，可能会发生过电流。当器件击穿或短路、触发电路或操纵电路发生故障、显现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，和交流电源电压太高或太低、缺相等，都可引发过流。由于电力电子器件的电流过载能力相对较差，必需对变换器进行适当的过流爱惜。采纳快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种的过流爱惜方法。过电流爱惜电路如以下图所示：整定值图6过电流爱惜电路图其中交流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起爱惜作用，但要求正常工作时，快速熔

19、断器电流定额要大于品闸管的电流定额，如此对元件的短路故障所起的爱惜作用较差。直流侧接快速熔断器只对负载短路起爱惜作用，对元件无爱惜作用。只有晶闸管直接申接快速熔断器才对元件的爱惜作用最好，因为它们流过同一个电流。因此被普遍利用。电子电路作为第一爱惜方法，快熔仅作为短路时的部份区段的爱惜，直流快速断路器整定在电子电路动作以后实现爱惜，过电流继电器整定在过载时动作。电流上升率、电压上升率的抑制爱惜电流上升率di/dt的抑制品闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度专门大，然后以心的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，假设晶闸管开通时电流上升率di/dt过大,会致使PN结击穿，必

20、需限制品闸管的电流上升率使其在适合的范围内。其有效方法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如以下图7所示：图7串联电感抑制回路电压上升率dv/dt的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt若是t过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流能够事实上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降,严峻时引发晶闸管误导通为抑制dv/dt的作用，能够在晶闸管两头并联R-C阻容吸收回路。如图8所示:六、电路仿真仿真波形图如图10所示:图10仿真波形图如上图所示，可知仿真出来的结果和理论上的波形大体形同，同时各所测电量的数值符合题目要求。7、应用举例单相全波可控整流电路存在着两个明显的缺点：其一

21、，单相全波整流电路中的变压器带有中心抽头，结构复杂，而且变压器的利用率较低；其二，品闸管所经受的的最大反压是单相全控桥式整流电路的两倍。因此应用不是很普遍，可是有利于在低输出电压的场合应用。直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，如以下图11所示：出液变压那曲麻电路魂破电路稳压电路图11直流稳压电源的组成图在直流稳压电源的设计中也能够应用单相全波可控整流器，整流器把电网输入交流电变成直流电，再经滤波后，稳压器再把不稳固的直流变成所需的稳固直流，从而组成一个直流稳压电源。在直流稳压电源的设计中，整流器主若是用来把高压交流

22、输入整流输出为脉动的低压直流输入。八、心得体会本次电力电子技术课程设计，让咱们有机遇将课堂上所学的理论知识运用到实际中。并通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较。从而进一步验证了所学的理论知识。同时，本次课程设计也为咱们以后的学习打下了良好的基础。指导咱们在以后的学习，多动脑的同时，要擅长自己去发觉并解决问题。这次的课程设计，还让我明白了最重要的是心态，在你拿到题目时会感觉困难，可是只要充满信心，就确信会完成的。通过本次电力电子技术课程设计，我不仅加深了对讲义专业知识的明白得，同时增强了自己的自学能力。因为平常上课时只明白被动地学习理论知识，而在这次课程设计中，让咱们真正做到了自己动手查阅资料、完成设计。在这次的设计进程中，我更进一步地熟悉了单相全波可控电路的原理和其