希望-單相橋式可控整流電路的設(shè)計(jì)

1、 煙 臺(tái) 南 山 學(xué) 院 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目 單相橋式全控整流電路 姓 名：_ 所在學(xué)院：_ _ 所學(xué)專業(yè)： 班 級(jí) _ 學(xué) 號(hào) _指導(dǎo)教師： _ _完成時(shí)間：_ _ 17目 錄摘要3課程設(shè)計(jì)的目的及要求4第1章 總體設(shè)計(jì)方案5 11總體設(shè)計(jì)思路5 12主電路設(shè)計(jì) 5第2章 觸發(fā)電路的選擇與設(shè)計(jì) 7 2.1晶閘管的觸發(fā)電路7 2.2鋸齒波觸發(fā)電路8 2.3集成化晶閘管移相觸發(fā)電路9第3章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 10 3.1過(guò)電壓保護(hù)10 3.2過(guò)電流保護(hù)11第4章 元器件參數(shù)計(jì)算選取與總電路圖12 4.1整流電路參數(shù)計(jì)算124.2元件型號(hào)的選擇144.3電路總接線圖：15第5章 心得與體會(huì)16

2、參考文獻(xiàn)17 摘要單相橋式可控整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其效率高原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單在單相整流電路中應(yīng)用較多，在設(shè)計(jì)單相橋式可控整流電路時(shí)，從總電路電路出發(fā)根據(jù)負(fù)載擇優(yōu)選著方便的同步觸發(fā)電路，并逐一設(shè)置各種保護(hù)電路使電路安全有效的運(yùn)行，最終達(dá)到整流的目的。 AbstractSingle-phase controlled rectifier bridge is the most basic AC to DC circuit, the efficiency of high principle and structure of simple single-phase rectifier i

3、n the application of more controlled in the design of single-phase bridge rectifier circuit, from The total circuit circuit starting with the load merit selection and convenient synchronization trigger circuit, and one by one to set various protection circuit to enable safe and effective operation o

4、f the circuit, ultimately the purpose of rectification. 課程設(shè)計(jì)目的及要求一. 課程設(shè)計(jì)的目的其目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的變流電路原理的基礎(chǔ)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報(bào)告，進(jìn)一步加深對(duì)變流電路基本理論的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二. 課程設(shè)計(jì)的要求（1） 熟悉整流和觸發(fā)電路的基本原理，能夠運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析設(shè)計(jì)任務(wù)。（2）掌握基本電路的數(shù)據(jù)分析、處理；描繪波形并加以判斷。（3）能正確設(shè)計(jì)電路，畫出線路圖，分析電路原理。（4）按時(shí)參加課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，定期匯報(bào)課程設(shè)計(jì)進(jìn)展情況。（

5、5）廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料。（6）獨(dú)立思考，刻苦鉆研，嚴(yán)禁抄襲。（7）按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，認(rèn)真、正確地書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（8）培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)。 第1章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 總的設(shè)計(jì)方案 電源 變壓器 整流電路 負(fù)載 變壓器觸發(fā)電路1.2主電路的設(shè)計(jì) 主電路原理圖及其工作波形 <1>、電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載時(shí)輸出波形： 2>、電感性負(fù)載 電感型負(fù)載時(shí)輸出波形： <3>、帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)輸出波形：b)idOEudwtIdOwtaqd 第二章 觸發(fā)器的選擇與設(shè)計(jì)2.1 晶閘管的觸發(fā)電路 常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路（1） 由V1、V2構(gòu)

6、成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。（2） 當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。（3） VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。 （4） 為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它電路環(huán)節(jié)。 晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求（1） 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)該保證晶閘管的可靠導(dǎo)通，對(duì)感性和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的變流器采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，對(duì)變流器的啟動(dòng)，雙星型帶平衡電抗器電路的觸發(fā)脈沖應(yīng)該寬于30°，三相全控橋式電路應(yīng)小于60°或采用相隔60°的雙窄脈沖。（2）

7、 脈沖觸發(fā)應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的35倍，脈沖前沿的陡度也要增加。一般需達(dá)1-2A/us（3） 所提供的觸發(fā)脈沖不應(yīng)超過(guò)晶閘管門極的電壓、電流和額定功率，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。（4） 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及主電路的電氣隔離。 2.2鋸齒波的觸發(fā)電路 電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。脈沖形成環(huán)節(jié) 由晶體管V4、V5組成，V7、V8起脈沖放大作用。 控制電壓uco加在V4基極上。電路

8、的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。 脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等，本電路采用恒流源電路。 恒流源電路方案由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路同步環(huán)節(jié)觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。 鋸齒波是由開(kāi)關(guān)V2管來(lái)控制的，V2開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過(guò)零

9、點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 內(nèi)雙脈沖電路：每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)間隔60°的脈沖的電路。V5、V6構(gòu)成一個(gè)“或”門，當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒(méi)有脈沖輸出。只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。 第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角a產(chǎn)生。隔60°的第二個(gè)脈沖是由滯后60°相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過(guò)V6）。 在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此間隔60°，相鄰器件成雙接通，所以某個(gè)

10、器件導(dǎo)通的同時(shí)，觸發(fā)單元需要給前一個(gè)導(dǎo)通的器件補(bǔ)送一個(gè)脈沖。 最終輸出的脈沖波形為： 鋸齒波同步觸發(fā)脈沖不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)與波形畸變的直接影響，抗干擾能力強(qiáng)，而且移相范圍寬。（所以我選取該觸發(fā)器做設(shè)計(jì)。）2.3集成化晶閘管移相觸發(fā)電路 隨著電力電子技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，集成化晶閘管觸發(fā)電路已得到廣泛應(yīng)用。集成化觸發(fā)電路具有體積小、功耗小、性能穩(wěn)定可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。相控集成觸發(fā)器主要有KC系列和KJ系列，廣泛應(yīng)用于晶閘管電力拖動(dòng)系統(tǒng)、整流供電裝置、交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，以及交流和直流的調(diào)壓、調(diào)速、調(diào)光等領(lǐng)域。下面介紹KJ004晶閘管移相觸發(fā)電路的工作原理。集成觸發(fā)器KJ004 KJ004電路原理圖

11、集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，已逐步取代分立式電路。 KJ004與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。其脈沖輸出波形為右圖所示： 第三章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)采用合適的過(guò)電壓、過(guò)電流、du/dt保護(hù)和di/dt 保護(hù)也是必要的。 3.1 過(guò)電壓保護(hù) 電力電子裝置中可能發(fā)生的過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)應(yīng)過(guò)電壓兩類。外應(yīng)過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外部原因，包括：（1）操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起的過(guò)電壓，快速直流開(kāi)關(guān)的

12、切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過(guò)程引起的過(guò)壓。（2）雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起的過(guò)電壓。內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，包括：（1）換相過(guò)電壓：由于晶閘管或者全控器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力，因而有較大的反向電流流過(guò)，使殘存的載流子恢復(fù)，當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在晶閘管陰陽(yáng)極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過(guò)電壓。（2）關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件在較高的頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。過(guò)壓保護(hù)要根據(jù)電路中過(guò)壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到定電壓值

13、時(shí)，自動(dòng)開(kāi)通保護(hù)電路，使過(guò)壓通過(guò)保護(hù)電路形成通路，消耗過(guò)壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過(guò)壓的能量不會(huì)加到主開(kāi)關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過(guò)壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過(guò)壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過(guò)電壓保護(hù)電路如圖5所示。3.2過(guò)電流保護(hù) 晶閘管承受過(guò)電流的能力很低，若過(guò)電流數(shù)值較大且時(shí)間較長(zhǎng)，則晶閘管會(huì)因熱容量小而產(chǎn)生熱擊穿損壞。為了使晶閘管不受損壞，必須設(shè)置過(guò)流保護(hù)，使晶交流側(cè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)或直流側(cè)接觸器跳閘。其動(dòng)作時(shí)間約為100200m

14、s，因此只能保護(hù)因機(jī)械過(guò)負(fù)載而引起的過(guò)電流，或在短路電流不大時(shí)，對(duì)晶閘管起保護(hù)作用。（1） 直流快速開(kāi)關(guān) 對(duì)于大容量高功率經(jīng)常容易短路的場(chǎng)合，可采用動(dòng)作時(shí)間只有2ms的直流快速開(kāi)關(guān)。它的斷弧時(shí)間僅有2530ms，裝在直流側(cè)可有效的用于直流側(cè)的過(guò)載保護(hù)與短路保護(hù)。它經(jīng)特殊的設(shè)計(jì)，可以先于快速熔斷器熔斷而保護(hù)晶閘管。但此開(kāi)關(guān)昂貴復(fù)雜，使用不多?？焖偃蹟嗥鏖l管在被損壞之前就迅速切斷電流，并斷開(kāi)橋臂中的故障元件，以保護(hù)其他元件。晶閘管過(guò)流保護(hù)措施有以下幾種。（2） 交流短路器 交流短路器的作用是當(dāng)過(guò)電流超過(guò)其整定值時(shí)動(dòng)作，切斷變壓器一次側(cè)交流電路，使變壓器退出運(yùn)行。短路器動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，約為100200

15、ms。晶閘管不能在這樣長(zhǎng)的時(shí)間里承受過(guò)電流，故它只能作為變流裝置的后備保護(hù)。（3） 進(jìn)線電抗器 進(jìn)線電抗器串接在變流裝置的交流進(jìn)線側(cè)，以限制過(guò)電流。其缺點(diǎn)是有負(fù)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，增加了線路損耗。 （4） 過(guò)電流繼電器（5） 過(guò)電流繼電器可安裝在直流側(cè)或交流側(cè)，在發(fā)生過(guò)電流時(shí)動(dòng)作，使 熔斷器是最簡(jiǎn)單有效的且應(yīng)用普遍的過(guò)流保護(hù)器件。針對(duì)晶閘管的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)了快速熔斷器，簡(jiǎn)稱快熔。其熔斷時(shí)間小于20ms，能很快的熔斷，達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的。 快熔的選擇：快熔的額定電壓URN不小于線路正常工作電壓的均方根值；快熔的額定電流IRN應(yīng)按它所保護(hù)的原件實(shí)際流過(guò)的電流的均方根值來(lái)選擇，而不是根據(jù)元件型號(hào)

16、上標(biāo)出的額定電流IT來(lái)選擇，一般小于被保護(hù)晶閘管的額定有效值1.57IT?？烊劢臃ㄈ缬遥?其中交流側(cè)接快速熔斷器能對(duì)晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用，但要求正常工作時(shí)，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對(duì)元件的短路故障所起的保護(hù)作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對(duì)負(fù)載短路起保護(hù)作用，對(duì)元件無(wú)保護(hù)作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^(guò)同個(gè)電流因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。第四章 元器件參數(shù)計(jì)算選取與總電路圖 （假設(shè)負(fù)載為220v電動(dòng)

17、機(jī)。）4.1整流電路參數(shù)計(jì)算 純電阻負(fù)載時(shí)： 由圖知晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為 和 整流電壓平均值為： =0時(shí)，Ud= Ud0=0.9U2。=180°時(shí)，Ud=0?？梢?jiàn)，角的移相范圍為180°。向負(fù)載輸出的直流電流平均值為： 流過(guò)晶閘管的電流平均值 ： 流過(guò)晶閘管的電流有效值為： 變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為 有上兩式得不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。阻感負(fù)載時(shí) 整流電壓平均值為：當(dāng)a=0時(shí)，Ud0=0.9U2。a=90°時(shí)，Ud=0。晶閘管移相范圍為90°。晶閘管承受的最大正反向電壓均為

18、。 晶閘管導(dǎo)通角q與a無(wú)關(guān)，均為180°，其電流平均值和有效值分別為： 和 。 變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180°的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。 4. 2元件型號(hào)選擇 1、變壓器T的變比為11：1。2、晶閘管的選取 整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為 Ud0.9 U2 cosa0.9×220×cos0°198V I2Id100(A)晶閘管承受的最大正反向電壓為： U220 311（V） 流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為： IVTId 70.7（A） 故晶閘管的額定電壓為： UN(23)

19、5;311622933（V） 晶閘管的額定電流為： IN(1.52)×70.71.5767.590.1（A）其型號(hào)為KP100-4。 3、快速熔斷器的選擇IRN=70.7A可選用RSF-1 500/80型號(hào)的。其額定電壓500V，額定電流80A。4、壓敏電阻的選擇漏電流為1mA時(shí)的額定電壓U1mA應(yīng)大于等于1.3 U。U為壓敏電阻兩端正常工作電壓的有效值； 可選擇MY31-410/3 普通型壓敏電阻器，其標(biāo)稱電壓410V，通流容量為3KA。5、并聯(lián)于晶閘管兩端的RC為： R2 =20, C2=0.25f。 6、電感L的作用是平波，防止電流發(fā)生斷續(xù)現(xiàn)象。其值要足夠大。 根據(jù)公式 =6.3H 7.經(jīng)計(jì)算下圖中R1=5，C1=13.6f。4.3電路總接線圖：第五章 心得與體會(huì)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之