單相橋式整流電路

1、酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)2012級電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化專業(yè)題 目： 單相橋式整流電路 學(xué) 號： 121782009 學(xué)生姓名： 王文勇 班 級： 12電力班 2013年6月28日目 錄一 技術(shù)要求二 設(shè)計(jì)任務(wù)三 方案選擇四 原理說明五 電路參數(shù)計(jì)算和元件選取六 性能指標(biāo)分析七 保護(hù)電路工作原理八 參考文獻(xiàn)單相整流電路一 設(shè)計(jì)任務(wù)書1 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案（2）完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說明（3）完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇（4）驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)2 設(shè)計(jì)要求（1）負(fù)載為感性負(fù)載，L=700mH,R=500歐姆（2）電網(wǎng)供

2、電電壓為單相220V（3）電網(wǎng)波動(dòng)電壓為5%10%（4）輸出電壓為0100V二 方案選擇單相相控整流電路分為單相半波、單相全波和單相橋式相控電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)就會(huì)有不同的特點(diǎn)，下面分析各種單相相控整流電路在阻性負(fù)載、感性負(fù)載時(shí)的工作情況。單相半控整流電路的優(yōu)點(diǎn)：線路簡單、調(diào)整方便。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈沖大，負(fù)載電流脈沖大，且整流變壓器二次繞組中存在直流分量，使鐵芯磁化，變壓器不能充分利用，而單相全控式整流電路具有輸出電流脈沖小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒有直流磁化的問題，變壓器利用率高。單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路的2倍，在相同的負(fù)載下流過晶閘管

3、的平均電流減小一半，且功率因數(shù)提高一半。三 原理說明（一） 單相半波整流電路工作原理1 單相半波整流電路阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn)原理路圖如下：2 單相半波整流電路工作原理變壓器的次級繞組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向?qū)щ娦裕挥邪雮€(gè)周期內(nèi)有電流流過負(fù)載，另半個(gè)周期被二極管所阻，沒有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動(dòng)成分太大，對濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。電路工作過程是：在u2正半周（t=0）,二極管加正向偏壓而導(dǎo)通,有電流iL通過負(fù)載電阻RL。因?yàn)閷⒍O管看作理想器件,所有RL上的電壓uL與U2的正半周電壓基本相同。

4、全波整流可以用：一是變壓器與半流整流電路相同，但用四個(gè)二極管組成橋式電路，將次級線圈的正、負(fù)半周都用起來；二是變壓器的次級繞組圈數(shù)加倍，中間抽頭，實(shí)際上由兩個(gè)次級線圈構(gòu)成。中間抽頭接負(fù)載一端，另兩個(gè)端子各串聯(lián)一個(gè)二極管后接負(fù)載的另一端。它由電源變壓器Tr整流二極管D和負(fù)載電阻RL組成,變壓器的初級接交流電源,次級所感應(yīng)的交流電壓為其中U2m為次級電壓的峰值,U2為有效值。電路的工作過程是：在u2的正半周（t=0）,二極管因加正向偏壓而導(dǎo)通,有電流iL流過負(fù)載電阻RL。由于把二極管看作理想器件,故RL上的電壓uL與u2正半周電壓基本相同。（二） 1 單相半波整流電路感性負(fù)載實(shí)驗(yàn)電路圖如下2 單相

5、半波整流電路感性負(fù)載工作原理（1）當(dāng)交流電壓過零為負(fù)的時(shí)候，由于負(fù)載電感反電勢大于電源負(fù)電壓，加在可控硅的電壓仍然是正向電壓，所以可控硅維持原電流方向、大小不變的導(dǎo)通；（2）但加在負(fù)載兩端確實(shí)是電源負(fù)電壓，而不是正向電壓，所以破壞了整流的性質(zhì)和目的，使得負(fù)載的正向電壓因之而減小；（3）隨著交流電源負(fù)壓增大，增大到大于反電勢時(shí)，加在可控硅兩端的電壓為零、電流為零，可控硅截止，此時(shí)負(fù)載的電壓因可控硅截止，電壓由負(fù)壓到零；（4）整流電路的目的就是，要給負(fù)載以直流電壓，但是由于交流電過零時(shí)可控硅不能及時(shí)關(guān)斷，使得負(fù)載兩端出現(xiàn)負(fù)壓，就減小了負(fù)載兩端所需要的直流電壓；（5）如果在感性負(fù)載的兩端加上阻尼二極

6、管（或者叫續(xù)流二極管），反電勢被短接，這樣在交流電過零為負(fù)時(shí)，可控硅就能及時(shí)關(guān)斷截止，負(fù)載兩端就不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓； （6）單相半波可控整流電路，輸出直流電壓Uo=0.45U×（1+cos）/2；（7）阻感性負(fù)載電路，要加續(xù)流二極管，否則輸出直流電壓會(huì)下降；二 單相橋式整流電路阻性負(fù)載工作原理： (1) 單相橋式整流電路阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn)原理路圖如下：（2）單相半波整流電路工作原理在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖10.1.2(a)的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載

7、電阻上得到正弦波的負(fù)半周。 在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖10.1.2(b)。（3）參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖10.1.2（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。流過負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里葉分析。此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動(dòng)系數(shù)S。（4）單相橋式整流電路感性負(fù)載工作原理在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖10.1.2(a)的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的

8、正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。四 電路參數(shù)計(jì)算和元件選取1、參數(shù)計(jì)算2、元件選取樣圖五 性能指標(biāo)分析整流電路的性能常用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)來衡量：一個(gè)是反映轉(zhuǎn)換關(guān)系的，用整流輸出電壓的平均值來表示；另一個(gè)是反映輸出直流電壓平滑程度的，稱為紋波系數(shù)。（1）整流輸出電壓的平均值（即負(fù)載電阻上的直流電壓VL）VL定義為整流輸出電壓vL在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即設(shè)變壓器副邊線圈的輸出電壓為v，整流二極管是理想的。則根據(jù)橋式整流電路的工作波形，在vi的正半周，vL = v2 ，且vL的重復(fù)周期為p

9、60;，所以上式也可用其它方法得到，如用傅里葉級數(shù)對圖1中vL的波形進(jìn)行分解后可得中恒定分為負(fù)載電壓vL的平均值。（2） 紋波系數(shù)由vL的傅里葉級數(shù)表達(dá)式可以看出，最低次諧波分量的幅值w，角頻率為電源頻率的兩倍，即2w。其他交流分量的角頻率為4w、6w等偶次諧波分量。這些諧波分量總稱為紋波，它疊加于直流分量之上。常用紋波系數(shù)Kg 來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，式中VLg為諧波電壓總的有效值，它表示為所得出橋式整流電路的紋波系數(shù)。由于vL中存在一定的紋波，故需用濾波電路來濾除紋波電壓。六 保護(hù)電路工作原理 1 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 2 保護(hù)電路工作原理（1）過壓保護(hù)電路：過電壓保護(hù)了

10、是免因工人誤接高電壓電源等原損壞機(jī)器而設(shè)置的，它預(yù)防開機(jī)浪涌結(jié)合在一起當(dāng)因誤接高壓（把220VAC輸入接到380VAC電源）或因其他原因高壓加入時(shí)，高壓電流頓時(shí)把壓敏電阻R3擊穿（壓敏電阻耐壓值是根據(jù)電路耐壓要求而設(shè)定的），形成回路。高壓電流在RT和R3間流過，較大的電流急劇地把消磁電阻（溫敏器件）的溫度抬高，而使消磁電阻的阻值隨之迅速上升（其阻一溫特性見圖4.2），相當(dāng)于把電路斷開，阻值無窮大，而且，R1、D1、UA、R2和D2形成回路，當(dāng)電壓達(dá)到一定值（設(shè)定值）時(shí)，高壓把壓敏電阻R2和D2擊穿形成電流，電流使UA發(fā)光，使得UB受光照Q1的柵極電位拉低，Q1截止，這樣，J2就不能吸合，高壓電

11、流就只能通過耐高壓的T、R3回路及R1、D1、UA、R2和D2組成的回路，而不會(huì)損壞后面的電路，從而保護(hù)了電路。而此保護(hù)是可恢復(fù)的，降低了成本。等消磁電阻溫度降下，便又可正常工作。避免了因過壓而損壞的維修，提高了工作效率。如果輸入電壓正常，電壓經(jīng)R的整流濾波，輸入輔助電源，使輔助電源工作，輸出24V穩(wěn)壓直流電，24V直流電使場管Q1導(dǎo)通，從而使J2運(yùn)作，J2A合，短路T，電源電壓直接輸入整流管，電路正常工作。（2）過流保護(hù)：過流保護(hù)是為了避免因元件損壞、干擾、異常而引起過大電流對逆變器產(chǎn)生損壞而設(shè)置的。它通過電流互感器時(shí)刻對主回路中的電流進(jìn)行采樣，一但發(fā)現(xiàn)是流超過允許值，便通過控制電路中保護(hù)控

12、制電路動(dòng)作，停止主回路的工作過流保護(hù)電路原理圖電路采用1：300的電流互感器對主回路進(jìn)行采樣（電流互感器是一種電流采樣器件，相當(dāng)于變壓器，由I1/I2=n2/n1可知，當(dāng)主回300A的電流時(shí)，保護(hù)電路能采樣到A的電流信號，該信號對控制電路中的電容充電，并形成壓降，一但這壓降大于保護(hù)控制電路中給定的基準(zhǔn)電壓保護(hù)控制電路動(dòng)作，進(jìn)行封波，使整個(gè)電路停止工作。（3）過熱保護(hù)：過熱保護(hù)電路的作用是避免機(jī)器因散熱不良，環(huán)境溫度過高或元器件工作異常而損壞電路。通常，把熱敏器件（熱敏開關(guān)）置于散熱裝置上，一但散熱裝置溫度過高，熱敏器件便動(dòng)作，從而使保護(hù)控制電路動(dòng)作，進(jìn)行電路保護(hù)DC輸入的開關(guān)電源的輸入過欠壓保護(hù)原理大致相同。保護(hù)電路的取樣電壓均來自輸入濾波后的電壓。 取樣電壓分為兩路，一路經(jīng)R1、R2、R3、R4分壓后輸入比較器3腳，如取樣電壓高于2腳基準(zhǔn)電壓，比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出。另一路經(jīng)R7、R8、R9、R10分壓后輸入比較器6腳，如取樣電壓