單相全控橋式晶閘管整流電路方案

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計課題目單相全控橋式晶閘管桀流電路設(shè)計（純包陽負(fù)或）二、設(shè)計要求1、單相全擰橋式晶閘管整流電路的設(shè)計要求為：負(fù)載為陰性負(fù)載.2、技術(shù)要求：（1）.電網(wǎng)供電電壓：咨流100V/50HZ ；.輸出功率：500W；（3）.移相范圍：0度一180度,4幣個設(shè)計屮要注意培養(yǎng)靈活運用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識和創(chuàng)造性的思 維方代以及創(chuàng)造啤力要求具體電路方案的選擇必須冇論證說明要說明其冇哪 些特點。上電垢乂體電路元器件的選樣應(yīng)冇計界和說幾 課稈設(shè)計從確記方案 到幣個條統(tǒng)的設(shè)計.必須在檢索、閩讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上. 經(jīng)過剖析、提煉.設(shè)計出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)

2、計中要不斷提出問 題.并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會。在整個設(shè)計中要注意培養(yǎng)獨立分析和獨立解決問卷的能力要求寧生在教師的指導(dǎo)下.獨力完成所設(shè)計的系統(tǒng)主電路、控制電路等詳 細(xì)的設(shè)計（包插計算和器件選型九嚴(yán)禁抄襲.嚴(yán)禁兩篇設(shè)計報告基本相同. 其至完全一樣。課題設(shè)計的主要內(nèi)容是供電方案的選定.主電路的設(shè)計電路元件的選擇. 保護(hù)電路的選擇主電路的分析說明.主電路元器件的計算和選型以及控制 電路設(shè)計。報告垠后給出所設(shè)計的主電路和控制電路標(biāo)準(zhǔn)電路圖。前盲電力電子/又稱功率電子(Power Electronics).區(qū)耍研究各種電力電 于器f|,以及由這膽電力電子器fl所構(gòu)成的樣的電I虹裝乩 以完

3、成對電 能的變換和捽制它既是電子學(xué)吞強電偽電壓大電涼)或電彼域的 個分支, 又是電丄學(xué)布謝電(低電壓、小電血或電子領(lǐng)域的一個分支.或右說是強弱電相 結(jié)合的訴科孚。電力電子學(xué)是檻冷電子'、樁電力”和“控制"三個瀆域的 個瀟興丄程技術(shù)學(xué)科融苦科學(xué)技術(shù)的FI益發(fā)展人們對電路的要求也越來越高，由丁&生產(chǎn)實際 中需耍大小町調(diào)的立流電嫄而相擰朋流電豁結(jié)構(gòu)簡申、控制方便、性能隱尢 利：1用：町以方便地得到大中、小并種容雖的宜流電能是目前獲得宜流電能的丨 耍方法得到了廣泛應(yīng)用.布電能的生產(chǎn)和傳輸上.H前是以交流電為主。電力 網(wǎng)供給用戶的是交流電，而A許多場合.例如電耕、莠電池的充電衛(wèi)

4、流電動機(jī) 等，需要用巳沱電婪時到宜激電,除了:SSL發(fā)電機(jī)外.故首遊應(yīng)用的是利用各 種半導(dǎo)體兀fl產(chǎn)生自流電。這個方法中鏗漁是赧華礎(chǔ)的 步整汛，即利用具 右甲向?qū)щ娞匦缘钠鱢%把方向和人小交變的電涼變換為玄汛電.整流的基礎(chǔ)是 密流電路。由丁電力電子技術(shù)是梅電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)瀆域，利用 半導(dǎo)體電力開關(guān)器竹組成*種電力變換電埒實現(xiàn)電能和變換和捽制，而構(gòu)成的一 門充娜的沖科故其乍習(xí)方法與電了技術(shù)和捽制技術(shù)冇很多相似之處.貝此耍芳 好這門諛就必須做好諛丹設(shè)計，因而我們進(jìn)tj J此次課程設(shè)計，乂因為整流電坷I門I 僑式品幣管聲淹電路又有利I ：J戚們將單結(jié)品體管觸發(fā)的單相品閘骨全拎幣潦

5、電壞這課題作為這諛稈的諛椰役計的 課趣.第一章單相橋式整流電路供電方案的選擇1.1具體供電方案電源電壓：交流100V/ 50Hz第嗨單項全控橋式晶閘管整流電路主電路設(shè)計2.1主電路康理圖電力電f技術(shù)課Wiil2. 2變壓器二次側(cè)電壓的計算電源電KXV50H/ 輸岀功乖，500W 陽R范|乩 0 復(fù) ISO.t. iJR-5O . o-30Pdd: /RU<U5(h23變壓器一、電次側(cè)電流的計算P=ld7RM=IOAUI 心4100/50 Nl/N2=2/Ilt=iy2=5A2.4變壓器容量的計算S-L i-5 X 100-500*2. 5變壓器型號的選擇NI:N2=2:I :S=500W

6、第三章電路元件的選擇3.1整流元件的選擇由開和析代全擰整流世電總性叭載主電路E晏兀fl是品剛甘.所以迭取 元fl時扯右慮冊閘骨的冬數(shù)及其選取原則。311養(yǎng)流元件中電壓.電流最大值的計算D.iW何管的主耍移數(shù)如卜： a丿額定電壓幾通常瑕幾和厶，沖較小的，再取探近標(biāo)準(zhǔn)的電壓笞級作為品閘骨型的輸定 電壓。件選用管子M 額定電壓應(yīng)為1E常丄作躍值電壓的2-3 fa.以保證電路 的丄件安全.晶閘悴的額定電壓刊疔min加Q艸13 M （2-3） 41 U2（3-1）&:工作電路中加在管子上的最人瞬時電壓時（2_3）血"212V）額定電流An通過品閘管的電流的平均（fluTOvl=L/2=

7、5ATm= n 1=15. 7A整流元件型號的選擇晶閘管的選擇原則:I所選品閘管電流右效值兒人于元件在山路中可能流過的圮大電流仃效危。II、選擇時考慮（1.52）倍的安全余量，即/AW 2（152”斤/1.57Iw =10A則晶閘管的楸定電流為TklOA（輸出電流的仃效值為最小值，所以該額定電流 也為最小值）考比到2倍裕顯,取20A.即晶閘符的藏定電流至應(yīng)大于20A.在本次設(shè)計中我選用4個KP204的晶閘管.第四章保護(hù)元件的選擇41變壓器二次側(cè)熔斷器的選擇采用快速熔斷器楚電力電f裝置中報冇效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)描 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。

8、2）電流容昴應(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)體器件小聯(lián)連接在小容蚩裝置中也可加接丁閥他交流母線或直流 母線中。3）快熔的"值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許廣/值、I）為保證熔體在正常過載情況卜不熔化.應(yīng)考慮其時間電流持性。因為晶閘管的薇定電流為IOA快速熔斷器的熔斷電流大于1.5倍的晶閘管 賴定電流.所以快速熔斷器的熔斷電流為15A。42晶閘管保護(hù)電路的選擇4.2. 1過電汛保護(hù)當(dāng)電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件帔擊穿或更路；取動、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；氏流側(cè)痕路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生逆變失?。灰?及交流電源電壓過高或過低；均能引起裝置或

9、其他元件的電流超過正常：1作電 流.即出現(xiàn)過電流。因此.必須対迫力電子裝置進(jìn)行適的過電流保護(hù)。4. 2. 2過壓保設(shè)備在運行過程中，會受到山交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電爪和雷擊過電樂 的侵熱同時,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(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^電壓保護(hù)。4. 3保護(hù)電路原理圖及工作原理圖43過流保護(hù)原理圖圖4.3過電*悚護(hù)電略第五章 單項全空橋式晶閘管整流電路的相控觸發(fā)器電路5.1相控觸發(fā)電路康理圖及工作原理圖54申結(jié)品件洽觸發(fā)電坷品閘強蝕發(fā)L荽彳j移和鮭發(fā)、過冬觸發(fā)和昧沖列調(diào)制觸戾等.觸發(fā)電路対其 產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖耍求： 勝發(fā)frinJ為衛(wèi)流、交流或脈沖電壓。

10、 觸發(fā)信號應(yīng)右足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流。臟發(fā)脈沖應(yīng)冇一定的竜度，脈沖的前沿盡可能陡，以使冗fl在觸發(fā)導(dǎo)通后，PII 極電流能迅速上升超過Vtt電流而維持Sifl °觸發(fā)脈沖必須與品閘管的陽極電爪同步，詠沖移相范Iti必須滿足電捋耍求. 甲結(jié)品體管觸發(fā)電路由用結(jié)冊體管構(gòu)成的觸發(fā)電埒艮右簡甲、“J靠、抗干擾能力強、溫度補償性 能好，脈沖前沿徙竽優(yōu)點，白容量小的品閘計裝宣中須到了廣泛應(yīng)用.他由白激 撫蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分姐成,電路圖如圖5.0所示.5.2相控觸發(fā)芯片的選擇5.2.1芯片管角功能介紹5. 2.2芯片與外用電路的連接第六章單項全控橋式晶閘管整流電路設(shè)計總設(shè)計

11、結(jié)果6.1 SCR工作販理品閘骨由四層半導(dǎo)體(Pi、N, P“ N,)姐成.形成三個結(jié)丄(PiNi).JPQ 并分別從Pi. P“ N?引入A. G、K三個電極，如圖6Q(左)所示由 丁具有擴(kuò)敝I藝,具有三結(jié)四層結(jié)構(gòu)的普通品閘骨可以等效成如圖6.0 (右所 示的兩個品ffiWTi (PfNlP,)和(N廠P廠NJ組成的等效電路.A圖60品閘誨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電坷個PNPN四層結(jié)構(gòu)的曲端器fl 町以看成電漁放大系數(shù)分別為y和冬的P、N和比品體管.其中結(jié)為共用集電結(jié).當(dāng)辭I加正向電壓時.正偏人結(jié)注入空穴經(jīng)過“區(qū)的輸運,到達(dá)集龜極結(jié)(A)空穴電漁為a/A：而疋備的人結(jié)注入電子，經(jīng)過戸區(qū)的輸運到達(dá)人給

12、的電汶為aJ,9山丁人結(jié)處丁反 向.通過二結(jié)的電流還包招門身的反向飽和電流心品閘件導(dǎo)通與關(guān)斷兩個狀態(tài)融由陽極電壓、陽極電流和門極電流共同決定的通常用伏女特性曲線來描述它們之何的杲樂.如圖6.3所示.圖6.1品閘許的伏安特性憤線當(dāng)品mvAK加正向電壓時，人和人iEftt以反侃.外加電壓幾乎全部降 落祁兒結(jié)上,打結(jié)起到組斯電滅的作用.隨苦匕的增大,只耍 S，通 過陽極電a/.WMs岡而稱此區(qū)域為止向陰斯?fàn)钅?當(dāng)匕轟簾人趙過叫o以陽. 陽極電流突於增人，特性曲線過負(fù)陰過程瞬間芟到低迫壓、人電淡狀態(tài).品甬竹 流過由負(fù)找決定的通念電流劭fl %降為IV左右，件曲線CD段對應(yīng)的狀 態(tài)稱為導(dǎo)通狀態(tài).迪常將匕

13、“及具所對應(yīng)的/林稱Z為正向轉(zhuǎn)折電壓閉轉(zhuǎn)折電流， 品閘管導(dǎo)通后能自身維持冋態(tài).從通態(tài)轉(zhuǎn)換到晰態(tài),通常是不用門極信號而是由 外部電路捽制，即只有當(dāng)電流小到稱為統(tǒng)持電涼/“的某 臨界備以卜.器竹力 能彼關(guān)斯。%的骨處丁斯態(tài)(V4X < VM,)時，如果使得門極相對丁 171梯為正，給門 極通以電流，那么品閘嚀將金較低的電壓卜轉(zhuǎn)折導(dǎo)通.轉(zhuǎn)折電壓以及轉(zhuǎn)折 電流4都是心的噴數(shù)，心越大，e越小。如國3所示，昴閘n-H導(dǎo)通后， 即使去除門極倍號,器01仍於然導(dǎo)通。當(dāng)品閘管的陽極相對丁陰極為負(fù)，只耍 <怙，匚很小,目與基本無關(guān)(U反向電壓很大時(怙=%>,通過晶閘骨的反向漏電說總刖煙大，農(nóng)現(xiàn)

14、 出M閘啓擊穿.囚此稱為反向轉(zhuǎn)折電壓和轉(zhuǎn)折電流.&2總電路的原理框圖系冼擷理方椒用如6. 2所示:圖6. 2系統(tǒng)原理方栢圖6. 3總電路原理圖64總電路工作原理該電路主耍由四部分構(gòu)成.分別為電游.過電保護(hù)電路.整流電路和觸發(fā)電 路呦成，輸入的信號經(jīng)變壓器變壓后通過過電保護(hù)電路.保證電路出現(xiàn)過我或短 路故障時.不至于傷吿到品閘席和負(fù)抓在電路中還加了防宙由的保護(hù)電斷然 后將經(jīng)婦I、和保護(hù)后的信巧輸入整流電路中、整流電路中的品MW7T觸發(fā)信號的 作用卜動作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。在電路中,過電保護(hù)部分我們分別選擇的快速熔斷器做過流保護(hù)血過壓保護(hù) 則采用RC電路=這部分的選擇主要考慮到電路

15、的簡單性.所以才這樣的保護(hù)電 路祁分，整流部分電埒則足根抑世II的要求.選擇的我們學(xué)過的單相橋式整流電 曲，該電路的結(jié)構(gòu)和工作原理是利用晶閘符的開關(guān)特性實現(xiàn)將流變?yōu)樨暳鞯墓?能，觸發(fā)電路是由設(shè)計題目而定的.題H要求了用單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路單 結(jié)晶體訝H接觸發(fā)電路的移相范H，l變化較人，血£1山于是真接驗發(fā)電路它的結(jié)構(gòu) 比校簡小° 一方面足方便我們刈設(shè)計電路屮變樂器熨號的選擇。65繪制輸出波形（即Ud ,id波形）6.6繪制觸發(fā)信號波形u:伽M麗W皿応<WIrA/K/fUM總結(jié)：T丄 逍過也相全控橋.心鹽流電路的設(shè)汁.使我加深了対整流電路的理斛.訃我対電 力電子該課程產(chǎn)生了濃烈的興趣，対于一個電路的設(shè)計.首先應(yīng)該対它的理論知識很了解.這樣才能設(shè)計出件能好的電路。鄴流電路中，丿I關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電賂的迭擇圧膠關(guān)鍵的開 關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好.対整流電路的性能指杯影響很人，在這次課程役計過出屮碰/.的難題就是対品閘笹的相關(guān)參數(shù)的計算.因為 衣學(xué)習(xí)中沒能很好的系統(tǒng)的總結(jié)晶閘