电力电子课程设计-单相可控整流电路设计Word格式文档下载.doc
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学号
040303061
学生姓名
秦丽娜
专业班级
课程设计(论文)题目
单相可控整流电路设计
课程设计(论文)任务
将单相220V交流电转换为连续可调的直流电,为1台直流电动机供电。
设计的主要任务包括:
1、方案的经济技术论证。
2、主电路设计。
3、通过计算选择整流器件的具体型号。
4、确定变压器变比及容量。
5、确定平波电抗器。
6、设计合适的触发电路。
指导教师评语及成绩
成绩:
指导教师签字:
年月日
辽宁工学院课程设计说明书(论文)
目录
第1章课程设计目的与要求 1
1.1课程设计目的 1
1.2课程设计的预备知识 1
1.3课程设计要求 1
第2章课程设计内容 2
第3章课程设计的考核 10
3.1课程设计的考核要求 10
3.2课程性质与学分 10
参考文献 10
第1章课程设计目的与要求
1.1课程设计目的
“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上,对课程所学理论知识的深化和提高。
因此,要求学生能综合应用所学知识,设计出具有电压可调功能的直流电源系统,能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法,并初步掌整流电路设计的基本方法。
培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力;
培养分析、总结及撰写技术报告的能力。
1.2课程设计的预备知识
熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。
1.3课程设计要求
按课程设计指导书提供的课题,根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计,课程设计说明书应包括以下内容:
7、触发电路设计或选择。
8、课程设计总结。
9、完成4000字左右说明书,有系统电气原理图,内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。
设计技术参数
工作量
工作计划
1、单相交流220V电源。
2、整流输出电压Ud在0~110V连续可调。
3、整流输出电流最大值100A。
4、反电势负载,Em=100V。
5、要求工作电流连续。
1、方案的经济技术论证。
2、主电路设计。
3、通过计算选择整流器件的具体型号。
4、确定变压器变比及容量。
5、确定平波电抗器
6、触发电路设计或选择。
7、绘制电路图。
第一周:
周一:
收集资料。
周二:
方案论证
周三:
主电路设计。
周四:
理论计算。
周五:
选择器件的具体型号。
第二周:
确定变压器变比及容量
触发电路设计
确定平波电抗器。
周四~五:
总结并撰写说明书。
第2章课程设计内容
2.1方案经济论证
把交流电转换成单一方向、大小可调的直流电的过程,称为可控整流。
可控整流技术是电力电子技术的基础,在生产、生活中应用极广。
用晶闸管组成的可控整流电路,在不影响工程计算精度的情况下,可将晶闸管、二极管看作理想元件,即导通时正向压降与关断时漏电流以及管子的通断时间忽略不计。
单相可控整流电路的形式主要有单相半波、单相全波(又叫双半波)、单相桥式(又分单相全控桥和单相半控桥两种形式)。
这里主要用单相桥式半控整流电路。
在单相半波可控整流电路中,变压器二次侧电压只有半个周期被利用,电能利用率不高。
并且输出电压波形中谐波分量比较多,仅适用于对整流指标要求不高、容量较小的整流装置。
单相桥式可控整流电路用四只晶闸管分别接在四个桥臂上。
电路图(a)所示电路为单相半控桥式整流电路,其中晶闸管V3、V4的阴极连在一起,为共阴极接法,二极管V1、V2阳极连在一起,为共阳极接法。
2.2单相可控整流电路的设计
单相桥式可控整流电路
1.电阻性负载
整流电路如图所示。
桥式电路中晶闸管VT1、VT2阴极为共阴极接法,VT3、VT4阳极为共阳极接法。
共阴极接法的两只晶闸管即使同时触发,也只有阳极电位高的管子导通,另一只管子则承受反向电压。
同理,共阳极接法的两只晶闸管即使同时触发,也只有阴极电位低的管子导通,另一只管子则承受反向电压。
在电源电压u2的正半周中,晶闸管VT2、VT4因承受反向电压而关断,VT1、VT3承受正向电压,当ωt=α时,给其控制极加上触发脉冲,VT1、VT3便导通,负载RL上得到一个上正下负的电压,电流流通路径为u2(+)→VT1→RL→VT3→u2(-)。
在电源电压u2的负半周中(下+上-),VT2、VT4被触发导通,负载RL也得到一个上正下负的电压,电流流通路径为u2(+)→VT2→RL→VT4→u2(-)。
负载两端电压的波形如图中所示,ud是一个不完整的全波整流电压(阴影部分)。
变压器二次侧电流i2为正负缺角正弦波,平均电流为零,没有直流分量。
对晶闸管VT1而言,VT1、VT3导通时,uT1=0;
VT2、VT4导通时,uT1承受全部反向电源电压,即uT1=-u2。
各电量的计算公式:
同单相半波可控整流电路一样,只要改变控制角α的大小,便可调节输出直流电压ud的大小。
显然,与单相半波可控整流电路比较,它的输出电压的平均值可大一倍,即
电压的可控范围为(0~0.9U2)。
输出电流的平均值为
(a)电路图
(b)波形图
单相桥式电阻性负载整流电路
负载电流有效值I与交流输入电流I2相同为:
晶闸管承受的最大正、反向电压,均等于电源电压u2的最大值(),即
流过每个晶闸管和二极管的电流的平均值等于负载电流的一半,即
有效值为
电路功率因数为:
当α=0°
,变压器二次测电流i2波形没有畸变,为完整的正弦交流波形。
2.电感性负载
单相桥式整流电路电感性负载电路如图所示。
(a)(b)
单相桥式可控整流电路电感性负载
(a)电路图(b)波形图
在整流电路输出端串联一个电感量足够大的平波电抗器,负载对外呈现感性,使得负载电流Id波形基本是水平直线,这时负载称为大电感负载。
由于电感Ld的作用,当电源电压u2正半周过零开始变负时,L上感应电动势上(-)下(+),阻碍电流下降,只要eL>
u2(电源负电压),已经导通的晶闸管继续导通,负载两端出现负电压。
直到触发VT2、VT4导通,VT1、VT3承受反电压而关断。
每只晶闸管导通角为180°
,晶闸管电流iT为底宽180。
高度Id的矩形波,变压器二次侧电流为正负对称的矩形波无直流分量。
输出电压ud连续且有负值出现。
各电量计算公式如下:
输出电压平均值为
输出电压ud的移相范围为(0~90°
)。
当α=90°
时,ud波形的正负面积相等,输出电压平均值为零。
负载电流平均值为
式中,电阻RL为负载等效电阻。
负载电流有效值I与负载电流平均值Id及变压器二次侧电流有效值I2相同,即
晶闸管电流平均值为
晶闸管电流有效值为
晶闸管承受的最大正反向电压
大电感负载时id=Id=I,电流无交流分量所以谐波功率为零,大电感负载的有功功率等于直流功率。
视在功率为
功率因数
3.
带反电动势负载时的单相桥式可控整流电路
(1)工作原理
当负载为蓄电池、直流电动机的电枢(忽略其中的电感)等时,负载可看成一个直流电压源,对于整流电路,它们就是反电动势负载。
如图(a)所示,下面着重分析反电动势一电阻负载时的情况。
当忽略主电路各部分的电感时,只有在u2瞬时值的绝对值大于反电动势即|u2|>
E时,才有晶闸管承受正电压,有导通的可能。
晶闸管导通之后,ud=u2,,直至|u2|=E,id即降至0使得晶闸管关断,此后ud=E。
与电阻负载时相比,晶闸管提前了电角度δ停止导电,ud和id的波形如图3b)所示,δ称为停止导电角。
在α角相同时,整流输出电压比电阻负载时大。
如图(b)所示id波形在一周期内有部分时间为0的情况,称为电流断续。
与此对应,若id波形不出现为0的情况,称为电流连续。
当α<δ时,触发脉冲到来时,晶闸管承受负电压,不可能导通。
为了使晶闸管可靠导通,要求触发脉冲有足够的宽度,保证当ωt=δ时刻晶闸管开始承受正电压时,触发脉冲仍然存在。
这样,相当于触发角被推迟为δ,即α=δ。
负载为直流电动机时,如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软。
从图(b)可看出,导通角
θ
越小,则电流波形的底部就越窄。
电流平均值是与电流波形的面积成比例的,因而为了增大电流平均值,必须增大电流峰值,这要求较多地降低反电动势。
因此,当电流继续时,随着Id的增大,转速
n(与反电动势成比例)降落较大,机械特性较软,相当于整流电源的内阻增大。
较大的电流峰值在电动机换向时容易产生火花。
同时,对于相等的电流平均值,若电流波形底部越窄,则其有效值越大,要求电源的容量也大。
为了克服以上缺点,一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器,用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。
有了电感,当u2小于
E
时甚至u2值变负时,晶闸管仍可导通。
只要电感量足够大就能使电流连续,晶闸管每次导通180o,这时整流电压
ud
的波形和负载电流
id
的波形与电感负载电流连续时的波形相同,ud的计算公式亦一样。
针对电动机在低速轻载运行时电流连续的临界情况,给出ud和id波形如图4所示。
为保证电流连续所需的电感量
L
可由下式求出:
式中,u2单位为V;
Idmin单位为A;
ω是