單相 橋式 整流電路 de設(shè)計

PAGE18目錄一．目錄………………1二.引言………………2三.設(shè)計思想…………3四.設(shè)計方案…………3五.單元電路設(shè)計……………………65.1單結(jié)晶體管的工作原理……65.2主要元器件的選擇與說明…………………85.3觸發(fā)電路的設(shè)計與說明……115.4整流電路的設(shè)計與技術(shù)要求………………13六．調(diào)試………………15七.設(shè)計總結(jié)…………15八.元器件清單………16九.致謝…………17十.參考文獻(xiàn)………17概要：講述單相全控橋式晶閘管整流電路的工作原理，觸法電路的設(shè)計，單結(jié)晶體管的使用，以及使用單結(jié)晶體管設(shè)計觸發(fā)電路時需注意的一些問題。關(guān)鍵字：單結(jié)晶體管，觸發(fā)電路，阻感負(fù)載，整流電路二.引言隨著科學(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。但是晶雜管相控整流電路中隨著觸發(fā)角α的增大，電流中諧波分量相應(yīng)增大，因此功率因素很低。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就構(gòu)成了PWM整流電路。通過對PWM整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因素近似為1。這種整流電路稱為高功率因素整流器，它具有廣泛的應(yīng)用前景由于電力電子技術(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實驗和課程設(shè)計，因而我們進(jìn)行了此次課程設(shè)計。又因為整流電路應(yīng)用非常廣泛，而鋸齒波移相觸發(fā)三相晶閘管全控整流電路又有利于夯實基礎(chǔ)，故我們單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路這一課題作為這一課程的課程設(shè)計的課題。三.設(shè)計思想研究單相全控橋式整流電路的工作原理并進(jìn)行分析，設(shè)計出具有穩(wěn)定脈沖的觸發(fā)電路并進(jìn)行仿真。設(shè)計的電路要滿足輸出500W，電源100V，50HZ等條件。綜合運用相關(guān)課程中所學(xué)到的專業(yè)理論知識去獨立完成設(shè)計課題，通過查閱手冊和相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)一步熟悉所用芯片和電子器件的類型及特性，學(xué)會電路的仿真與調(diào)試，進(jìn)一步熟悉仿真軟件的正確使用，學(xué)會撰寫課程設(shè)計的總結(jié)報告。四.設(shè)計方案當(dāng)負(fù)載由電阻和電感組成時稱為阻感性負(fù)載。例如各種電機(jī)的勵磁繞組,整流輸出端接有平波電抗器的負(fù)載等等。單相橋式整流電路帶阻感性負(fù)載的電路如上圖所示。由于電感儲能,而且儲能不能突變因此電感中的電流不能突變,即電感具有阻礙電流變化的作用。當(dāng)流過電感中的電流變化時,在電感兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,引起電壓降UL負(fù)載中電感量的大小不同，整流電路的工作情況及輸出Ud、id的波形具有不同的特點。當(dāng)負(fù)載電感量L較?。簇?fù)載阻抗角φ），控制角α〉φ時，負(fù)載上的電流不連續(xù)；當(dāng)電感L增大時，負(fù)載上的電流不連續(xù)的可能性就會減?。划?dāng)電感L很大，且ωLd﹥﹥Rd示時，這種負(fù)載稱為大電感負(fù)載。此時大電感阻止負(fù)載中電流的變化，負(fù)載電流連續(xù)，可看作一條水平直線。各電量的波形圖如圖4所示。在電源電壓u2正半周期間，晶閘管T1、T2承受正向電壓，若在ωt=α?xí)r觸發(fā)，T1、T2導(dǎo)通，電流經(jīng)T1、負(fù)載、T2和Tr二次形成回路，但由于大電感的存在，u2過零變負(fù)時，電感上的感應(yīng)電動勢使T1、T2繼續(xù)導(dǎo)通，直到T3、T4被觸發(fā)時，T1、T2承受反向電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。在電源電壓u2負(fù)半周期間，晶閘管T3、T4承受正向電壓，在ωt=α+π時觸發(fā)，T3、T4導(dǎo)通，T1、T2反向則制，負(fù)載電流從T1、T2中換流至T3、T4中。在ωt=2π時，電壓u2過零，T3、T4因電感中的感應(yīng)電動勢一直導(dǎo)通，直到下個周期T1、T2導(dǎo)通時，T3、T4因加反向電壓才截止。值得注意的是，只有當(dāng)α〈=π/2時，負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)α〉π/2時，負(fù)載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近于零，因此這種電路控制角的移相范圍是0—π/2。整流電路的性能常用兩個技術(shù)指標(biāo)來衡量：一個是反映轉(zhuǎn)換關(guān)系的用整流輸出電壓的平均值表示；另一個是反映輸出直流電壓平滑程度的，稱為紋波系數(shù)。1)整流輸出電壓平均值===（3.5.1）2)紋波系數(shù)紋波系數(shù)用來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即五.單元電路設(shè)計5.1單結(jié)晶體管的工作原理單結(jié)晶體管原理單結(jié)晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有PN結(jié)和兩個電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個P區(qū)作為發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)，符號和等效電如圖5.1所示。圖5.15.1.1單結(jié)晶體管的特性從圖a可以看出，兩基極b1和b2之間的電阻稱為基極電阻。Rbb=rb1+rb2式中：Rb1——第一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值與ie無關(guān)；發(fā)射結(jié)是PN結(jié)，與二極管等效。若在兩面三刀基極b2，b1間加上正電壓Vbb，則A點電壓為：VA=[rb1/（rb1+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=ηVbb式中：η稱為分壓比，其值一般在0.3—0.85之間，如果發(fā)射極電壓VE由零逐漸增加，就可測得單結(jié)晶體管的伏安特性，見圖5.1.1：圖5.1.1單結(jié)晶體管的伏安特性（1）當(dāng)Ve〈ηVbb時，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流Iceo。（2）當(dāng)Ve≥ηVbb+VDVD為二極管正向壓降（約為0.7V），PN結(jié)正向?qū)?，Ie顯著增加，rb1阻值迅速減小，Ve相應(yīng)下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負(fù)阻特性。管子由截止區(qū)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)的臨界P稱為峰點，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點電壓Ip和峰點電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流，顯然Vp=ηVbb。（3）隨著發(fā)射極電流Ie的不斷上升，Ve不斷下降，降到V點后，Ve不再下降了，這點V稱為谷點，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點電壓Vv和谷點電流Iv。（4）過了V后，發(fā)射極與第一基極間半導(dǎo)體內(nèi)的載流子達(dá)到了飽和狀態(tài)，所以uc繼續(xù)增加時，ie便緩慢的上升，顯然Vv是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓，如果Ve〈Vv，管子重新截止。5.1.2單結(jié)晶體管的主要參數(shù)=1\*GB3①基極間電阻Rbb發(fā)射極開路時，基極b1，b2之間的電阻，一般為2-10千歐，其數(shù)值隨溫度的上升而增大。=2\*GB3②分壓比η由管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的參數(shù)，一般為0.3--0.85。=3\*GB3③eb1間反向電壓Vcb1b2開路，在額定反向電壓Vcb2下，基極b1與發(fā)射極e之間的反向耐壓。=4\*GB3④反向電流Ieob1開路，在額定反向電壓Vcb2下，eb2間的反向電流。=5\*GB3⑤發(fā)射極飽和壓降Veo在最大發(fā)射極額定電流時，eb1間的壓降。=6\*GB3⑥峰點電流Ip單結(jié)晶體管剛開始導(dǎo)通時，發(fā)射極電壓為峰點電壓時的發(fā)射極電流。因為IT=I/,則晶閘管的額定電流為=12.5A(輸出電流的有效值為最小值，所以該額定電流也為最小值)考慮到2倍裕量,取25A.即晶閘管的額定電流至少應(yīng)大于25A.在本次設(shè)計中我選用4個MCR100-8的晶閘管.5.2.3同步電源步電壓又變壓器TB獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓于主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓管DZ削波為梯形波uDZ,而削波后的最大值UZ既是同步信號,又是觸發(fā)電路電源.當(dāng)UDZ過零時,電容C經(jīng)e-b1、R1迅速放電到零電壓.這就是說,每半周開始,電容C都從零開始充電,進(jìn)而保證每周期觸發(fā)電路送出第一個脈沖距離過零的時刻(即控制角α)一致,實現(xiàn)同步.5.2.4移相控制當(dāng)Re增大時，單結(jié)晶體管發(fā)射極充電到峰點電壓Up的時間增大，第一個脈沖出現(xiàn)的時刻推遲，即控制角α增大，實現(xiàn)了移相。5.3.觸發(fā)電路的設(shè)計與說明晶閘管觸發(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：=1\*GB3①觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓。=2\*GB3②觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。=3\*GB3③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。=4\*GB3④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。5.3.1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(qiáng)、溫度補(bǔ)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5.3（a）所示。5.3.2單結(jié)晶體管自激震蕩電路利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性與RC電路的充放電可組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變的脈沖。從圖5.3（a）可知，經(jīng)D1-D2整流后的直流電源UZ一路徑R2、R1加在單結(jié)晶體管兩個基極b1、b2之間，另一路通過Re對電容C充電，發(fā)射極電壓ue=uc按指數(shù)規(guī)律上升。Uc剛沖點到大于峰點轉(zhuǎn)折電壓Up的瞬間，管子e-b1間的電阻突然變小，開始導(dǎo)通。電容C開始通過管子e-b1迅速向R1放電，由于放電回路電阻很小，故放電時間很短。隨著電容C放電，電壓Ue小于一定值，管子BT又由導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止，然后電源又重新對電容C充電，上述過程不斷重復(fù)。在電容上形成鋸齒波震蕩電壓，在R1上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖us，如圖5.3（b）所示，(a)(b)圖5.3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及波形其震蕩頻率為f=1/T=1/ReCLn(1/1-η)式中η=0.3～0.9是單結(jié)晶體管的分壓比。即調(diào)節(jié)Re，可調(diào)節(jié)振蕩頻率5.4.整流電路的設(shè)計與技術(shù)要求圖5.4單相全控橋式整流電路電感性負(fù)載及其波形(a)電路；(b)電源電壓；(c)觸發(fā)脈沖；(d)輸出電壓；(e)輸出電流；(f)晶閘管V-1,V-4上的電流；(g)晶閘管V-2,V-3上的電流；(h)變壓器副邊電流；(i)晶閘管V-1,V-4上的電壓當(dāng)整流電路帶電感性負(fù)載時，整流工作的物理過程和電壓、電流波形都與帶電阻性負(fù)載時不同。因為電感對電流的變化有阻礙作用，即電感元件中的電流不能突變，當(dāng)電流變化時電感要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而阻礙其變化，所以，電路電流的變化總是滯后于電壓的變化。負(fù)載電流連續(xù)時，整流電壓平均值可按下式計算：輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平線。兩組晶閘管輪流導(dǎo)電，一個周期中各導(dǎo)電180°，且與α無關(guān)，變壓器二次繞組中電流i2的波形是對稱的正、負(fù)方波。負(fù)載電流的平均值Id和有效值I相等，其波形系數(shù)為1。在這種情況下：當(dāng)α=0°時，Ud=0.9U2；當(dāng)α=90°時，Ud=0，其移相范圍為90°。晶閘管承受的最大正、反向電壓都是。流過每個晶閘管的電流平均值和有效值分別：六．調(diào)試七.設(shè)計總結(jié)通過單相全控橋式整流電路的設(shè)計，使我加深了對整流電路的理解，讓我對電力電子該課程產(chǎn)生了濃烈的興趣。整流電路的設(shè)計方法多種多樣，且根據(jù)負(fù)載的不同，又可以設(shè)計出很多不同的電路。其中單相全控橋式整流電路其負(fù)載我們用的多的主要是電阻型、帶大電感型，接反電動勢型。它們各自有自己的優(yōu)點。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。這次的課程設(shè)計是我收獲最大的一次，雖然中途遇到了不少困難，但還是被我逐步解決了。這次是我首次做課程設(shè)計，感覺比較棘手，因為它不單是要求你單純地完成一個題目，而是要求你對所學(xué)的知識都要弄懂，并且能將其貫穿起來，是綜合性比較強(qiáng)的，盡管如此，我還是迎難而上了，首先把設(shè)計任務(wù)搞清，不能盲目地去做，你連任務(wù)都不清楚從何做起呢，接下來就是找相關(guān)資料，我每天除了上圖書館就是在網(wǎng)上找資料，然后對資料進(jìn)行整理，找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以這個過程中要花費一些時間做看似無用功的事，其實不盡然，這其中也拓展了你的知識面。通過這次課程設(shè)計我對于文檔的編排格式有了一定的掌握，這對于以后