单相桥式全控整流电路课程设计

目录TOC\o"1-5"\h\z刖言 2\o"CurrentDocument"第1章课程设计的任务书 31.1主要任务 31.2总体要求 3\o"CurrentDocument"第2章方案选择 42.1主电路的论证 42.2触发电路的要求及选择 42.3保护电路的选择 7第3章电路设计 123.1主电路设计 12\o"CurrentDocument"3.2触发电路的设计 13\o"CurrentDocument"3.3保护电路的设计 13\o"CurrentDocument"3.4电路参数的计算 15\o"CurrentDocument"第4章小结 17\o"CurrentDocument"参考文献 18高级工电力电子课程设计高级工电力电子课程设计#交流进线电抗器(图中的L),或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗限制短路电流。但正常工作时有较大的交流压降。电流检测装置(图中的B)。过流时发出信号，过流信号一方面可以封锁触发电路，使变换器的故障电流迅速下降至零，从而有效抑制了电流。另一方面控制过电继电器，使交流接触器触点跳开，切断电源。但过流继电器和交流接触器动作都需一定时间(100〜200ms)o故只有电流不大的情况这种保护才能奏效。直流快速开关(图中的QDCF)O对于大、中容量变换器，快速熔断器的价格高且更换不方便。为避免过流时烧断快速熔断器，采用动作时间只2ms的直流快速开关，它可先于快速熔断器动作而保护电力电子器件。快速熔断器(图中的FUF)快速熔断器是防止变换器过流损坏的最后一道防线。在晶闸管变换器中，快速熔断器是应用最普遍的过流保护措施，可用于交流侧、直流侧和装置主电路中。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保护作用，但要求正常工作时，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。直流侧接快速熔断器只对负载短路起保护作用，对元件无保护作用。只有晶闸管直接串接快速熔断器才对元件的保护作用最好，因为它们流过同一个电流.因而被广泛使用。(a) m图2.3.5快速熔断器在电路中的接法同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时实现保护。对一些重要的且易发生短路的晶闸管设备，或者工作频率较高、很难用快速熔断器保护的全控型器件，需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，这对器件过电流响应是最快.4缓冲电路(SnubberCircuit):又称吸收电路，其作用是抑制器件的内因过电压、d“/山或者过电流和击/山，减小器件的开关损耗。1.关断缓冲电路(d“/山抑制电路)——吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制d“/df,

减小关断损耗。开通缓冲电路（di/dt抑制电路）——抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路——关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。另外两种常用的缓冲电路RC缓冲电路主要用于小容量器件，而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件。b)图2.3.6另外两种常用的缓冲电路5.电流上升率di/dt的抑制晶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，局部电流密度很大，然后以0.1mm々s的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如下图所示：图串联电感抑制回路6.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也应有所限制，如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。

如图所示:图2.3.7并联R-C阻容吸收回路如图所示:三、电路设计3.1主电路的设计工作原理电源电压正半波，在3t=a处触发晶闸管VT1、VT4,晶闸管VT1、VT4承受正向电压，元件导通，电流沿a-VT1-L-R-VT4-b流通，此时负载上电压ud=u2。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反向阳极电压而处于关断状态。当3t=n时，电源电压自然过零，电感感应电势使晶闸管继续导通。电源电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，但没有触发脉冲而不导通；在3t=n+a处触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b-VT3-L-R-VT2-a流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压ud=-u2。此时VT1、VT4承受反向电压由导通状态变为关断状态。晶闸管VT2、VT3-直要导通到下一周期3t=2n+a处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。TuT主电路的原理图如下TuT图图3.1.13波形图(b)(b)图3.1.23.2触发电路的设计1晶体管触发电路图3.2.1KC41六路双窄脉冲形成器KC41电路是脉冲逻辑电路。当把移相触发器的触发胲冲输入到KC41电路的1~6端时，由输入二极管完成了补脉冲，再由L~T6电流放大分六路输出。补脉冲按+A--C,-C-+B,+B一-A,-A—+C,+C—-B,-B—+A顺序排列组合。T7是电子开关，当控制7#端接逻辑“0”电平时T7截止，各路有输出触发脉冲。当控制7#端接逻辑“1”电平（+15V）时，T7导通，各种无输出触发脉冲。3.3保护电路的设计1）过压保护电路的设计1非线性电阻保护。非线性电阻具有近似稳压管的伏安特性，可把浪涌电压限制在电力电子器件允许的电压范围。现在常采用压敏电阻实现过压保护。压敏电阻是一种金属氧化物的非线性电阻，它具有正、反两个方向相同但很陡的伏安特性。正常工作时漏电流很小（微安级），故损耗小。当过压时，可通过高达数千安的放电电流ZY,因此抑制过压的能力强。此外，它对浪涌电压反应快，而且体积小，是一种较好的过压保护器件。它的主要缺点是持续平均功率很小，如正常工作电压超过它的额定值，则在很短时间内就会烧毁。由于压敏电阻的正、反向特性对称，因此单相电路只需一个，三相电路用3个，联接成Y形或△形图3.3.12）过流保护1快速熔断器（图中的FUF）快速熔断器是防止变换器过流损坏的最后一道防线。在晶闸管变换器中，快速熔断器是应用最普遍的过流保护措施，可用于交流侧、直流侧和装置主电路中。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保护作用，但要求正常工作时，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。直流侧接快速熔断器只对负载短路起保护作用，对元件无保护作用。只有晶闸管直接串接快速熔断器才对元件的保护作用最好，因为它们流过同一个电流.因而被广泛使用。图3.3.2快速熔断器在电路中的接法3）缓冲电路的设计1电流上升率di/dt的抑制—图串联电感抑制回路2电压上升率dv/dt的抑制图并联R-C阻容吸收回3.4电路参数计算（1）输出电压平均值UdU= j"+aw‘2Usinwtd（®t）=2^2U?CoSa=0.9Ucosadna 2 n 2根据控制要求：当a=00时Ud为最大值，Ud=100v，此时U2=111v。当a=900时Ud为最小值，Ud=0v，此时U2=111v。（2） 输出电流平均值Id和变压器副边电流I2i=Ed=i

dR2Id=I2=0.198A（3） 晶闸管的电流平均值IdtI=L=0.099A

dt2由于晶闸管轮流导电，所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。(4)晶闸管的电流有效值IT与通态平均电流IT(AV)要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将非常大，可能会超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效值I WTMI，散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。TnI:额定电流有效值，根据管子的I换算出，Tn TM额定电流IT(AV)I 又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40。和规定的冷却条件下，元件在电阻T(AV)性负载流过正弦半波、导通角不小于170°的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。波形系数：有直流分量的电流波形，其有效值I与平均值I之比称为该波形的波形系数，d用K表示。T I —rK=Tn=1.57TIT(AV)额定状态下，晶闸管的电流波形系数晶闸管的选择原则：I、 所选晶闸管电流有效值I彻大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。II、 选择时考虑(1.5〜2)倍的安全余量。即=(1.5〜2)ITMIMm1.5〜2)冷 I■J2 I■J2dIT(AV)_L(1.5~2)1.57IT=0.140A IT(av)=0.178A考虑到2倍裕量，取1A.(5)额定电压UTN通常取U和U 中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在DRMRRM选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2〜3倍，以保证电路的工作安全。晶闸管的额定电压UTn=^UDRM，URRM}U 3(2〜3)UTN TMUtm:工作电路中加在管子上的最大瞬时电压晶闸管承受最大电压为u=、初=J1X1117=157V考虑到2倍裕量，取400V.TM 2晶闸管的型号为KP1--4的元器件。2变压器的选取根据参数计算可知：S=UxI=21.98742 2第5章小结这次电力电子课程设计历时一周，让我对平时课堂上学到的知识有更深入的理解。课程设计是对课本知识的综合应用，经过必要的分析比较从而进一步验证了课本上的知识。作为一个电气专业的学生，肯定知道电力电子技术在我们生活中的重要性，不论是在工业生产还是日常生活中都有广泛的应用。这学期我们主要学习了整流、变频电路。当看到我们组拿到的题目时，自己觉得是最简单的，但实际做起来的时候发现自己想的太简单了，有很多问题自己不了解，对课本上的知识掌握不够全面。在此次的设计过程中，我更进一步的熟悉了单相桥式全控桥整流电路的原理以及触发电路的设计。从做出框架到填充内容再到细部整改，可以说遇到了不少困难，但是可以学到很多的东西，不仅巩固了以前学过的东西，还锻炼了自己office、protel、cad等软件的操作能力。通过去图书馆、上网查资料、小组内讨论最终做出了自己的课程设计。这让