单相桥式整流电路

8/8引言整流电路是电力电子电路中的一种，它的作用是将交流电力变为直流电力供给直流用电设备，如直流电动机,电镀、电解电源,同步发电机励磁，通信系统等，在生产生活中应用十分广泛。整流电路在不同角度有不同的分类方法，按组成电路的器件分：不可空、半空、全控和高功率PＷM四种，按电路结构可分为:半波、全波、桥式三种，按交流输入相数分：单相、三相、多相多重三种，按控制方式分：相控式、ＰWM控制式两种，按变压器二次测电流方向分:单拍、双拍电路两种。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。单相桥式全控整流电路是单相整流电路中应用较为广泛的整流电路。1整流电路单相整流器的电路形式是多种多样的，整流的结构也是比较多，各有优缺点，因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：单相半波可控整流电路，单相全波可控整流电路，单相桥式半控整流电路，单相桥式全控整流电路。1.1单相半波可控整流电路图1—1单相半波可控整流电路如图1—1所示为单相半波可控整流电路，此电路结构简单,只用了1个晶闸管,在一个通电周期内，输出电压为直流电压，输出电流为直流电流，电压电流均不连续,脉动较大,且含有谐波分量。１.2单相全波可控整流电路如图１—２单相全波可控整流电路如图1-2所示为单相全波可控整流电路，变压器T带中心抽头，结构比较复杂,只用两个可控器件，单相全波只用2个晶闸管,比单相全控桥少2个,因此少了一个管压降,相应地，门极驱动电路也少2个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，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动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波,没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点.相同的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在均电流减小一半;且功率因数提高了一半。1.3单相桥式半控整流电路图１—3单相桥式半控整流电路如图1－３所示为单相桥式半控整流电路，对每个导电回路进行控制,相对于全控桥而言少了一个控制器件,用二极管代替，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当α突然增大至１8０°或出发脉冲丢失时,由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波,即半周期ud为正弦，另外半周期为uｄ为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控.所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。1.4单相桥式全控整流电路图1-4单相桥式全控整流电路如图1-4所示为单相桥式全控整流电路，此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管,也不会失控现象，负载形式多样,整流效果好，波形平稳,应用广泛。变压器二次绕组中,正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零,不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。经比较与分析各方案的优缺点,本设计采用方案四，即单相桥式全控整流电路。2系统总体设计2.1系统原理方框图图２—1系统原理方框图2．２主电路设计2．2．1工作原理分析在生产实践中，除了电阻性负载外，最常见的负载还有电感性负载，如电动机的励磁绕组，整流电路中串入的滤波电抗器等。负载中电感量的大小会影响整流电路的工作情况，负载电感量L较小时，负载上的电流不连续；当电感Ｌ较大时，电感对电流的抗拒作用较大,负载上的电流几乎连续，近似一条水平线。在u2正半周,VT1、VＴ4受正向阳极电压，在时刻α给VT1、VT４加触发脉冲,VT１、VＴ４导通，u２过零变负时，L产生的自感电动势eｌ使VT１、VＴ4继续导通，ｕｄ=u2，VT2、VＴ3受正向电压但无触发脉冲,不导通，在ｕ2负半周期，在α时刻同时给ＶT３、VT２加触发脉冲，VＴ3、VＴ2导通。由于电路中有大电感Ｌ，电路中的电流的变化总是滞后与电压的变化,平波效果好，输出波形呈一条水平线。两组晶闸管轮流导通,一个周期个导通1８0度，且与α无关，变压器二次测绕组中的电流ｉ2是正负对称的方波，无直流磁化现象。图2－2电路图图2-3波形图２。２。2参数计算整流元件的计算晶闸管平均值：晶闸管有效值:b．整流输出的计算整流输出电压：当时，；当时，，移相范围为9０°。晶闸管承受的最大正、反向电压都是。整流输出电流：变压器二次测电流:3驱动电路的设计晶闸管的驱动电路又称触发电路,作用是产生触发脉冲，使阻断的晶闸管由阻断到导通状态。晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。图３—1驱动电路3。1晶闸管触发电路工作原理由V1、V２构成的脉冲放大环节和脉冲变压器ＴＭ和附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成.当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。VD1和Ｒ3是为了Ｖ１、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的。为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。3。2晶闸管对触发电路的要求a。触发脉冲要有一定的宽度(维持晶闸管导通），前沿要陡（以实现精确触发）；b．触发信号要有足够的功率;c。触发脉冲必须与主回路电源电压同步，以保证电路品质、可靠性；d。要有良好的抗干扰性能、温度稳定性、与主回路电器隔离４保护电路的设计电力电子系统在发生故障时可能会发生过流、过压,造成开关器件的永久性损坏.过流、过压保护包括器件保护和系统保护两个方面。检测开关器件的电流、电压,保护主电路中的开关器件,防止过流、过压损坏开关器件。检测系统电源输入、输出及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故。例如，R－C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值.4.1过流保护当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路;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；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。采用快速熔断器作过电流保护,熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适,很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用.最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔,因流过快熔电流和晶闸管的电流相同,所以对元件的保护作用最好,这里就应用这一方法快熔抑制过电流，常见电路接法如图4—1：图4－1过电流保护4.2过压保护设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。常见的过电压保护原理图如图4-2所示:图４－2过压保护５结论单相桥式全控整流电路是单相整流电路中应用较为广泛的整流电路.本设计利用晶闸管来控制单相桥式全控带阻感负载的整流电路，利用大电感对电流的抗拒作用,使输出电流、电压连续平稳，为使避免电路过压、过流,本设计还设计了过压过流保护电路。心得体会通过本次课程设计,使我对整流电路特别是单相桥式全控整流电路有了更深一步的了解。整流电路广泛应用日常生产生活中,在设计的过程中，我明白了整流电路的重要性以及整流电路设计方法的多样性，对于一个完整的电力电子电路，除了主电路和触发电路外,还要有必要地保护电路.在这次课程设计中，虽然遇到很多难题,但在解决难题的过程中，我学到了很多课堂上没学到的东西.我觉得课堂上学到理论知识还是的得会用,这才是真正的学明白.参考文献[1]王兆安，刘进军．电力电子技术。北京:机械工业出版社,２0０9［2］黄俊，秦祖荫。电力电子