2022年单相桥式可控整流电路 .pdf

《2022年单相桥式可控整流电路 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年单相桥式可控整流电路 .pdf（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、单相桥式可控整流电路设计单相桥式可控整流电路设计设计报告院（系、部）：姓名：学号：年级：专业：指 导 教 师：年月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计目录第一章绪论.31.设计任务和要求：.31.1 设计任务：.31.2 设计基本要求：.3第二章总体设计方案.32.1 设计思路及流程图.32.2 主电路拓扑结构选择.4方案一：单相桥式半控整流电路.4方案二：单相桥式全控整流电路.5方案三：单相半波可控整流电路：.5方案四：单相全波可控整流电路：.6第三章触发电路.73.1 单结晶体管的特性.83.2 单结晶体管自激震荡电路.93.3

2、 同步电源.103.4 移相控制.10第四章保护电路的设计.104.1 过电流保护.104.2 过压保护.114.3 电流上升率、电压上升率的抑制保护.124.3.1 电流上升率di/dt 的抑制 .124.3.2 电压上升率dv/dt 的抑制.12第五章功率器件的计算与选择.135.1 晶闸管.135.2 变压器.145.3 熔断器.155.4 过压保护电容、电阻.155.5 关断缓冲电路电容、电阻.155.6 元器件清单：.16第六章设计总结.17第七章参考文献.18名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计摘要电能在各种形式的能源中

3、有着不可取代的地位。如何使电能高效合理的被利用，在电力电子设计领域是一个永恒不变的话题。整流在现实生活中非常普遍，本课题介绍的是单相桥式可控整流电路。电网电压AC220V，50Hz，50 阻性负载，要求输出0500W 可调。本次课设分为五大部分：确定主电路的拓扑结构，触发电路设计，主要元件的计算与选择，整流变压器的容量选择，电路保护环节设计。电路保护环节分为：主干路过电流保护，晶闸管过电压保护，缓冲电路。最后，通过multisim 仿真软件对电路进行仿真，以确定电路的正确性。关键词：单相桥式；可控整流；触发；电路保护；仿真。第一章绪论1.设计任务和要求：1.1 设计任务：1、确定电路的拓扑结构

4、（要求对2-3 个方案进行比较、论证，并确定最后选择的方案。）2、功率器件的计算和选择（集体包括主电路中的主要元器件、如整流晶闸管、吸收阻容、整流变压器的计算选择）3、整流变压器的容量选择4、电路保护环节设计（主要是对变压器、整流晶闸管的保护，需要考虑过流、过压、短路、电流上升率、电压上升率等方面的保护。）1.2 设计基本要求：1、负载为电阻性负载,R=500ohm;2、电网电压AC 220V;3、输出功率：0-500W;第二章总体设计方案2.1 设计思路及流程图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计2.2 主电路拓扑结构选择我们知道

5、，单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：方案一：单相桥式半控整流电路电路简图如下：图 2.2.1 对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！在电阻性负载时此电路与全控电路的工作情况相同。但是在阻感负载时须加续流二极管，如果不加续流二极管，当突然增大至180或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud 成为正弦半波，即半周期ud 为正弦，另外半周期为ud 为零，其平整流电路驱动电路直流负载电路220v

6、 交流电保护电路控制电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。方案二：单相桥式全控整流电路电路简图如下：图 2.2.2 此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。方案三：单相半波可控整流电路：电路图如下：图 2.2.3 此电路只需要一个可控器

7、件，电路比较简单，VT的a 移相范围为180。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计方案四：单相全波可控整流电路：电路简图如下：图 2.2.4 此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，只要用2 个可控器件，单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2 个，因此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少2 个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2 倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的

8、场合作电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。相同的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2 倍，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为电阻性负载）。综上所述，针对他们的优缺点，我们采用方案二，即单相桥式全控整流电路。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计所选电路

9、拓扑结构：单相桥式全控整流电路晶闸管 VT1 和 VT4，VT2 和 VT3 分别组成一对臂桥。在正半周，若4 个晶闸管均不导通，负载电流id 为零，ud 也为零，VT1，VT4 串联承受电压u2 的一半。若在触发角施加脉冲，VT1 和 VT4 即导通，电流从电源经VT1、R、VT4 流回电源。当u2 过零时，经晶闸管的电流也降到零，VT1 和 VT4 关断。波形图：第三章触发电路单结晶体管原理单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有PN 结和两个名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条

10、状的高阻N 型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极 b1和 b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P 区作为发射极e。其结构，符号和等效电如图3.1.1.1 所示。图 1 3.1 单结晶体管的特性从图 1 可以看出，两基极b1和 b2之间的电阻称为基极电阻。Rbb=rb1+rb2式中：Rb1 第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化，rb2为第二基极与发射结之间的电阻，其数值与ie无关；发射结是PN 结，与二极管等效。若在两面三刀基极b2，b1间加上正电压Vbb，则 A 点电压为：VA=rb1/（rb1+rb2）vbb=（rb1/rbb）vbb=Vbb式中：称为分压比，其

11、值一般在0.30。9 之间，如果发射极电压VE由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图2：图 2（1）当 VeVbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceo。（2）当 VeVbb+VD VD 为二极管正向压降（约为 0.7V），PN 结正向导通，Ie显著增加，rb1阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P 称为峰点，与其对应的发射极电压和电流，分别称为峰点电压 Ip和峰点电流Ip。Ip是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然Vp=Vbb。（3）随着发射极电流Ie的不断上升，Ve不断下

12、降，降到V 点后，Ve不再下降了，这点V名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压Vv和谷点电流Iv。（4）过了 V 后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以 uc继续增加时，ie便缓慢的上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果VeVv，管子重新截止。3.2 单结晶体管自激震荡电路利用单结晶体管的负阻特性与RC 电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。从图 3（a）可知，经 D1-D2整流后的直流电源UZ 一路径 R2、R1加在单结晶体管两个基

13、极 b1、b2之间，另一路通过R4 对电容 C 充电，发射极电压ue=uc按指数规律上升。Uc刚冲点到大于峰点转折电压Up的瞬间，管子e-b1间的电阻突然变小，开始导通。电容C 开始通过管子 e-b1迅速向 R1放电，由于放电回路电阻很小，故放电时间很短。随着电容 C 放电，电压 Ue小于一定值，管子BT 又由导通转入截止，然后电源又重新对电容C 充电，上述过程不断重复。在电容上形成锯齿波震荡电压，在 R1上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲us，如图 3（b）所示，其震荡频率为f=1/T=1/R4CLn(1/1-)式中=0.30.9 是单结晶体管的分压比。即调节Re，可调节振荡频率。触发电路：图

14、 3（a）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计仿真图:3.3 同步电源同步电压由变压器TB 获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压于主电压同相位、同频率。同步电压经桥式整流、稳压管DZ削波为梯形波uDZ,而削波后的最大值UZ既是同步信号,又是触发电路电源.当 UDZ过零时,电容 C 经 e-b1、R1迅速放电到零电压.这就是说,每半周开始,电容 C 都从零开始充电,进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻(即控制角)一致,实现同步.3.4 移相控制当 Re增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压Up的时间增大，第

15、一个脉冲出现的时刻推迟，即控制角增大，实现了移相。本课设选用TCA785触发芯片。第四章保护电路的设计4.1 过电流保护当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。采用快速熔断器作过电流保护，其接线图（见图4）。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1

16、0 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以对元件的保护作用最好，这里就应用这一方法快熔抑制过电流电路图如下图所示：图 4 快熔的额定电压URN不小于线路正常工作电压的均方根值；快熔的额定电流IRN 应按它所保护的原件实际流过的电流的方均根值来选择，而不是根据元件型号上标出的额定电流IT 来选择，一般小于被保护晶闸管的额定有效值1.57IT，即1.57?.所以快速熔断器的额定电流选为7A.4.2 过压保护设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过

17、电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现，如换相过电压、关断过电压等等。过电压保护的第一种方法是并接R-C 阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计4.3 电流上升率、电压上升率的抑制保护4.3.1 电流上升率di/dt 的抑制晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以 0.1mm/s 的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt 过大，会导致 PN 结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使

18、其在合适的范围内。在每个桥臂上与晶闸管串联一个约几到几十微亨的小电感。在这取值10 微亨。如下图5 所示:图 5 串联电感抑制回路4.3.2 电压上升率dv/dt 的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt 也应有所限制,如果 dv/dt 过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt 的作用，可以在晶闸管两端并联R-C 阻容吸收回路。如图6 所示：图 6 并联 R-C 阻容吸收回名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计电路图：

19、第五章功率器件的计算与选择5.1 晶闸管?=1?2?2?,0,;540 =2?2?cos?=0.45?21+cos?=?=0.4550?21+cos?当=0 时，?,?=0.9?2,?=0.018?2根据后面变压器的选择，我们可以得到?2=220V，所以，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计?=0.9?2=198?,?=0.018?2=3.96?I=1?(2?2?)2?(?)?,0,=2?2?1?1-cos 2?2?(?)=?2?sin 2?2?+?-?U=IR=?2sin 2?2?+?-?当=0 时，?,?=?2,?=?250同

20、理，?=?2=220?,?=?250=4.4?由于 P=UI,所以，当=0 时，P?=UI=?2250=968?当=时，P?=UI=?22500=0?=?2=4.423.1?,?(?)?1.57=4.41.57 22.0?=2?2=2 220 311V?1.52?=(1.52)311 622V,?(?)(1.52)?(?)?综上所述，取晶闸管的?=800?,?(?)4?,所以，选择晶闸管型号：BTA06(?=800?，?(?)=6?），由于仿真软件里无此元件，选择2N6399 晶闸管替代（?=800?，?(?)=12?）。选取 1000W，50 大功率瓷管电阻。5.2 变压器已知P?=968?

21、，23?=19362904?,选 3000W 所以选变压器型号：BK-3000V A，参数：220/220V，?额=3000?。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计5.3 熔断器1.57?.所以快速熔断器的额定电流选为7A.5.4 过压保护电容、电阻C 6?0%?22R 2.3?22?%?0%S:变压器每相平均计算容量（VA）?2:变压器复变相电压有效值（V）?0%：变压器励磁电流半分值，101000KV A 的变压器取104?%：变压器的短路电压半分值，101000KVA 的变压器取510 电容 C 的交流耐压 1.5?,?为正

22、常工作时阻容两端交流电压的有效值。晶闸管额定电（A）10 20 50 100 200 电容 F 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 电阻 100 80 40 20 10 晶闸管额定电流与R、C 的经验数据所以选用电容C=0.1F，耐压值 1.5U=1.5 220=330?，取 400V。电阻?100。?34?2?=2?10-6?、?为正常工作时阻容两端的交流电压、电流的有效值。由计算得?=1.44?。5.5 关断缓冲电路电容、电阻?1=2.55?10-3=2.553.1 10-3=7.75 10-30.0155?取 0.02F电容?1的耐压值 1.5?=1.5 311=466.5?取

23、500V?3=(24)?=241983.1=127.74255.48?取 255?=?1?1210-6=50 0.02 220210-6=0.0484?名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计5.6 元器件清单：名称型号参数数量厂家变压器BK-3000V A 220/220V,3000W 1 帝雅电器设备制造有限公司晶闸管BTA06 800V,6A 4 上海上整整流器有限公司电阻 R1 瓷管电阻50/1000W 1 幸泰电子器材有限公司电阻 R2 金属膜电阻100/3W 1 深中泰电子有限公司电阻 R3 金属膜电阻225/1W 4 深

24、中泰电子有限公司电容器 C 电解电容0.1 F 1 裕元电子科技有限公司电容器 C1 电解电容0.02 F 4 裕元电子科技有限公司空气开关DZ47 250V/6A 1 正泰网络技术有限公司熔断器 F F7A250V 250V/7A 4 天瑞电子有限公司电感色环电感10H 4 金顺宝电子有限公司触发芯片TCA7851 科星恒达电子有限公司导线RV-0.5 300/500V 0.5?2胜牌电线电缆有限公司名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计第六章设计总结通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我对电力电子该课程

25、产生了浓烈的兴趣。整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不同的电路。其中单相全控桥式整流电路其负载我们用的多的主要是电阻型、带大电感型，接反电动势型。它们各自有自己的优点。对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。在这次课程设计过程中，碰到的难题就是保护电路的设计。因为保护电路的种类较多，因此要选择一个适合本课题的保护电路就比较难。后来经老师，还有同学的帮助，选择了一个较好的保护电路并计算了其参数。感谢在这次课程设计过程中帮助我的老师和同学。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 18 页 -单相桥式可控整流电路设计第七章参考文献1.王兆安.电力电子技术【M】.北京：机械工业出版社，2009.2.李序葆.电力电子器件及其应用【M】.北京：机械工业出版社，2005 3.林渭勋.现代电力电子电路【M】.杭州：浙江大学出版社，2002 4.刘胜利.现代高频开关电源实用技术【M】.北京：电子工业出版社，2001 5.有关期刊及网站名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 18 页 -