單相雙半波晶wode

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計說明書單相全波可控整流電路的設(shè)計系、部：電氣與信息工程系學(xué)生姓名：黃躍輝指導(dǎo)教師：桂友超職稱副教授專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級：電氣本1103班完成時間：2014年6月5日摘要隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人們對電路的要求也越來越高，由于在生產(chǎn)實際中需要大 小可調(diào)的直流電源，而相控整流電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、性能穩(wěn)定，利用它可以方便地 得到大中、小各種容量的直流電能，是目前獲得直流電能的主要方法，得到了廣泛應(yīng)用。 在電能的生產(chǎn)和傳輸上，目前是以交流電為主。電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而在許多場 合，例如電解、蓄電池的充電、直流電動機 等，需要用直流電。要得到直流電，除了直流 發(fā)

2、電機外，最普遍應(yīng)用的是利用各種半導(dǎo)體元件產(chǎn)生直流電。這個方法中，整流是最基礎(chǔ) 的一步。整流，即利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷?，把方向和大小交變的電流變換為直流電。 整流的基礎(chǔ)是整流電路。由于電力電子技術(shù)是將電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體 電力開關(guān)器件組成各種電力變換電路實現(xiàn)電能和變換和控制，而構(gòu)成的一門完整的學(xué)科。 故其學(xué)習(xí)方法與電子技術(shù)和控制技術(shù)有很多相似之處，因此要學(xué)好這門課就必須做好課程 設(shè)計，因而我們進行了此次課程設(shè)計。關(guān)鍵詞：整流；直流電源；直流電機ABSTRACTWith the increasing development of science and tech

3、nology, people more and more is also high to the requirement of the circuit, because in the actual production need size adjustable de power supply, and phased rectifier circuit structure is simple, convenient control, stable performance, it can be used to easily can get large and medium-sized, small

4、 capacity of the de, is the main method for direct current (de) can, has been widely applied.On the electricity production and transmission, at present mainly based on alternating current (ac).Mains supply users is alternating current (ac), and on many occasions, such as electrolysis, storage batter

5、y charging, de motor, etc., need to use direct current (dc).To get a direct current (de), in addition to the direct current generator, the most common application is to use a variety of semiconductor devices produce direct current (dc).This method, the rectifier is the most basic step.Rectifier, it

6、is using device with one-way conductive properties, convert direction and size of the alternating current to direct current (de).Rectifier is the basis of the rectifier circuit.Due to the power electronic technology is the electronic technology and control technology is introduced into the tradition

7、al electric power technology, using power semiconductor switching devices of all kinds of electricity power conversion circuit implementation and control, and transform, constitute a complete discipline.So their learning methods and electronic technology and control technology has many similarities,

8、 so if you want to learn this course well, we must be course design, so we had done the course design.Key words rectifier; de power supply; de motor目錄1緒言11.1 課程學(xué)習(xí)情況11.2 設(shè)計內(nèi)容掌握情況11.3 設(shè)計任務(wù)書12主電路設(shè)計22.1 主電路原理圖22.2 單相雙半波可控整流電路原理分析 22.3 參數(shù)計算42.4 元件的選擇43控制電路設(shè)計63.1 控制電路電路原理框圖 63.2 相控觸發(fā)芯片的選擇63.3 芯片引腳功能63.4 相

9、控觸發(fā)電路原理圖及工作原理74保護電路及其它輔助電路的設(shè)計 84.1 變壓器二次側(cè)熔斷器的選擇及作用84.2 晶閘管保護電路的選擇及工作原理84.3 保護電路原理圖95仿真分析105.1 仿真模型的建立105.2 仿真結(jié)果105.3 仿真結(jié)果分析116設(shè)計總結(jié)12參考文獻13致謝14附錄151緒言1.1 課程學(xué)習(xí)情況經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)，對電力電子技術(shù)這門課程有了基本了解，對于整流電路、逆 變電路、直流-直流變流電路、交流-交流變流電路等電路掌握了其設(shè)計的方法和各種負(fù) 載和不同觸發(fā)角的波形結(jié)果圖繪制。對于PWM控制技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)有了基本認(rèn)識。1.2 設(shè)計內(nèi)容掌握,情況對于單相全波可控整流電路，

10、又稱單相雙半波可控整流電路 的設(shè)計，已基本學(xué)會其不同負(fù)載和不同觸發(fā)角其電路波形的分析和繪制。學(xué)會了基本電 路的搭建 及其仿真，對于觸發(fā)電路和基本保護電路也有了基本掌握。1.3 設(shè)計任務(wù)書(1) 、單相全波可控整流電路的設(shè)計要求為： 負(fù)載為阻性負(fù)載.2、技術(shù)要求：(1)電網(wǎng)供電電壓：交流100V/50Hz ；(2) 輸出功率：500W ;(3) 移相范圍：0°-180 ° ；2主電路設(shè)計2.1 主電路原理圖6+V1-6+V2_+V2_.1D2單相全波整流電路如圖(a)所示；圖(a)2.2 單相雙半波可控整流電路原理分析單相雙半波可控整流電路又稱單相全波可控整流電路。此電路變壓

11、器是帶中心抽頭的，在u2正半周T1工作，變壓器二次繞組上半部分流過電流。u2負(fù)半周，VT2工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向的電流。單相全波可控整流 電路的 Ud波形與單相全控橋的一樣，交流輸入端電流波形一樣，變壓器也不存在直流磁化的問 題。當(dāng)接其他負(fù)載時，也有相同的結(jié)論，適用于輸出低壓的場合。波形圖如圖(b)所示。根據(jù)圖中（b）可知，單相全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出電壓相同。圖（b）電路（電阻性負(fù)載）輸出的Ud與Id波形和其計算式和單相全控橋式整流電路相同。2U2Sintd(t)二 2蚪；s ©U2Icos：所以輸出平均電壓Ud：Ud移相范圍:0。180。輸出平均

12、電流Id :SCR平均電流：ldT=ld/2SCR承受的最大電壓：2屈2在單相全波整流電路的變壓器中，只有交流電流流過不存在變壓器直流磁化問題， 變壓器的利用率也高2.3 參數(shù)計算電源電壓交流100V/50HZ，輸出功率500W，移相范圍：00180。設(shè)R=1.25 Q , a =0。所以 P=Ud2/R Ud =25V變壓器一二次側(cè)電流的計算P=ld2R ld=20AU1/Ud=100/25N1/N2=4/1I 1=1 d/4=5 A變壓器容量的計算S=Ui 1=100X 5=0.5kVA變壓器型號的選擇N1:N2=4: 1 ;S=0.5kVA2.4 元件的選擇由于單相雙半波整流帶阻性負(fù)載主

13、電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時主要考慮 晶閘管的參數(shù)及其選取原則。(1)整流元件中電壓、電流最大值的計算晶閘管的主要參數(shù)如下：額定電壓Unvt(1)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓QRM斷態(tài)重復(fù)峰值電壓是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時 允許重復(fù)加在器件上的峰值電壓。 (2)反向重復(fù)峰值電壓U.RM反向重復(fù)峰值電壓是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。通常取UDRM和LRM中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。在 選用管子時，額定電壓要留有一定裕量，應(yīng)為正常工作時晶閘管所承受峰 值電壓的23 倍，以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓Unv= minU>RM,

14、 Urrm Lnvt >( 2 3) 2 2 12(3-1 )Unvt ：工作電路中加在管子上的最大瞬時電壓Lnvt=(2 -3)2 2 U2= (141.4 -212.1 ) V 通過晶閘管的電流的平均值IvW) 額定電流I NVTI vt(AV) =| d/2=1 0Alm= n I vt(Av)=31.4AI NVT又稱為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40前規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負(fù)載流過正弦半波、導(dǎo)通角不小于170%勺電路中，結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時，所允許的最大通態(tài)平均電流值。將此電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流取相近的電流等級 即為晶閘管的額定電流。要注意的是若晶閘管的導(dǎo)通時間遠(yuǎn)小于

15、正弦波的半個周期，即使正向電流值沒有超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會超過管子所能提供的極限，使管子由于過 熱而損壞。(2)整流元件型號的選擇 晶閘管的選擇原則：1 所選晶閘管電流有效值 VT大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值。2 .選擇時考慮(1.52)倍的安全裕量。即Invt>(1.5 -2)l v/1.57= (19.1-25.5 ) AI nvt=30A則晶閘管的額定電流為Invt=20A.在本次設(shè)計中選用2個KP20-2的晶閘管.3控制電路設(shè)計3.1 控制電路電路原理框圖聞步環(huán)節(jié)'+=r射技生 振蕩器刪節(jié)控制電路電路原理框圖如圖（c）所示；原理框麟妍芳二匚同步

16、蛹廠3.2 相控觸發(fā)芯片的選擇相控觸發(fā)電路芯片選擇KJ004集成觸發(fā)電路芯片構(gòu)成的集成觸發(fā)器KJ004可控硅移相電路可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的 雙路脈沖移相觸發(fā)。器件輸出兩路相差脈沖發(fā)生環(huán)9度的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均 衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低，有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點。3.3 芯片引腳功能表一功能輸出空鋸齒波形成-Vee(1kQ)空地同步輸 入綜合比 較空微分阻 容封鎖調(diào)制輸出+Vcc引線腳 號123456789101112131415163.4 相控觸發(fā)電路原理

17、圖及工作原理圖V 1 >晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對其產(chǎn)生的觸發(fā)脈 沖要求：觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓。 觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路：由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾能力強、溫度補償性能好，脈沖前沿 徒等優(yōu)點，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。他由自激震蕩、同步電源、移相、 脈沖形成等部分組成，電路圖如圖v1所示。4保

18、護電路及其它輔助電路的設(shè)計4.1 變壓器二次側(cè)熔斷器的選擇及作用采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施。在選擇快熔時應(yīng)考慮：1）電壓等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。2）電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。快熔一般與電力 半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。3 ）快熔的12t值應(yīng)小于被保護器件的允許I才值、4）為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性。因為晶閘管的額定電流為20A,快速熔斷器的熔斷電流大于1.5倍的晶閘管額定電流， 所以快速熔斷器的熔斷電流為30A。4.2晶閘管保護電路的選擇

19、及工作原理1） 過電流保護當(dāng)電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路；驅(qū)動、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生逆變失敗；以 及交流電 源電壓過高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過電流。 因此，必須對電力電子裝置進行適當(dāng)?shù)倪^電流保護。2） 過電壓保護設(shè)備在運行過程中，會受到由交流供電電網(wǎng)進入的操作過電壓和雷擊過電壓 的侵襲。 同時，設(shè)備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn)。因此，必須 對電力電子裝置進 行適當(dāng)?shù)倪^電壓保護。3） RC吸收電路的原理若開關(guān)斷開，蓄積在寄生電感中能量對開關(guān)的寄生電容充電的同時，通過吸收電阻對吸收電

20、容充電。由于吸收電阻作用，阻抗變大，那么，吸收電容也等效 地增加了 開關(guān)的并聯(lián)電容容量，為此，抑制開關(guān)斷開的電壓浪涌。開關(guān)接通時，吸收電容通過開關(guān) 放電，其放電電流被吸收電阻所限制。4.3保護電路原理圖過流、過電壓保護電路如圖V 2>圖v 2過流、過電壓保護電路5仿真分析Linear TransformerT24 口S8p1501gnn圖（d）0 0.150.160170180.190.20.215.1仿真模型的建立(2)觸Vg2(3) a =1505.3仿真結(jié)果分析有上仿真結(jié)果可知，完全符合理論計算和理論波形，即該設(shè)計是成功的6設(shè)計總結(jié)通過單相全波整流電路的設(shè)計，使我加深了對整流電路的

21、理解，讓我對電力電子該 課程產(chǎn)生了濃厚的興趣。對于一個電路的設(shè)計，首先應(yīng)該對它的理論知識很了解，這樣才能設(shè)計出性能好的 電路。整流電路中，開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電 路選擇的好，對整流電路的性能指標(biāo)影響很大。在這次課程設(shè)計過程中，碰到的難題就是對晶閘管的相關(guān)參數(shù)的計算，因為在學(xué)習(xí) 中沒能很好的系統(tǒng)的總結(jié)晶閘管相關(guān)知識。在整個課程設(shè)計中貫穿的計算過程沒能很好的 把握。在今后的學(xué)習(xí)中要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，對電力電子課程進行補充。為以后深入的學(xué)習(xí) 自動化專業(yè)做鋪墊。通過這次課程設(shè)計我對于文檔的編排格式、原理圖設(shè)計和繪制有了一定的了解，這 對于以后的畢業(yè)設(shè)計及工作需要都有頗大

22、的幫助，在完成課程設(shè)計的同時我也在復(fù)習(xí)一遍 電力電子技術(shù)這門課程，把以前一些沒弄懂的問題基本掌握了。參考文獻1 王兆安、劉進軍主編電力電子技術(shù)（第五版）普通高等教育“十五”國家規(guī)劃教材， 普通高等教育電氣工程與自動化類“十一五”規(guī)劃教材。Wang Zhaoan, Liu Jinjun. Power Electronics Technology （Fif th Edition） general higher education ''fifteen" national pl anning materials, electrical engineering and automation of ordinary higher education "eleven five" planning materials.2 原著邱關(guān).修訂羅先覺，電路（第五版），高等教育