单相桥式整流电路DOCWord文件下载.docx
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2013年6月28日
目录
一技术要求
二设计任务
三方案选择
四原理说明
五电路参数计算和元件选取
六性能指标分析
七保护电路工作原理
八参考文献
单相整流电路
一设计任务书
1设计任务
(1)进行设计方案的比较,并选定设计方案
(2)完成单元电路的设计和主要元器件说明
(3)完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择
(4)驱动电路的设计,保护电路的设计
2设计要求
(1)负载为感性负载,L=700mH,R=500欧姆
(2)电网供电电压为单相220V
(3)电网波动电压为5%~10%
(4)输出电压为0~100V
`
二方案选择
单相相控整流电路分为单相半波、单相全波和单相桥式相控电路,它们所连接的负载性质就会有不同的特点,下面分析各种单相相控整流电路在阻性负载、感性负载时的工作情况。
单相半控整流电路的优点:
线路简单、调整方便。
弱点是:
输出电压脉冲大,负载电流脉冲大,且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁芯磁化,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冲小,功率因数高,变压器二次电流为两个等大反向的半波,没有直流磁化的问题,变压器利用率高。
单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路的2倍,在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半,且功率因数提高一半。
三原理说明
(一)单相半波整流电路工作原理
1单相半波整流电路阻性负载实验原理路图如下:
2单相半波整流电路工作原理
变压器的次级绕组与负载相接,中间串联一个整流二极管,就是半波整流。
利用二极管的单向导电性,只有半个周期内有电流流过负载,另半个周期被二极管所阻,没有电流。
这种电路,变压器中有直流分量流过,降低了变压器的效率;
整流电流的脉动成分太大,对滤波电路的要求高。
只适用于小电流整流电路。
电路工作过程是:
在u2正半周(ωt=0~π),二极管加正向偏压而导通,有电流iL通过负载电阻RL。
因为将二极管看作理想器件,所有RL上的电压uL与U2的正半周电压基本相同。
全波整流可以用:
一是变压器与半流整流电路相同,但用四个二极管组成桥式电路,将次级线圈的正、负半周都用起来;
二是变压器的次级绕组圈数加倍,中间抽头,实际上由两个次级线圈构成。
中间抽头接负载一端,另两个端子各串联一个二极管后接负载的另一端。
它由电源变压器Tr整流二极管D和负载电阻RL组成,变压器的初级接交流电源,次级所感应的交流电压为其中U2m为次级电压的峰值,U2为有效值。
电路的工作过程是:
在u2的正半周(ωt=0~π),二极管因加正向偏压而导通,有电流iL流过负载电阻RL。
由于把二极管看作理想器件,故RL上的电压uL与u2正半周电压基本相同。
(二)1单相半波整流电路感性负载实验电路图如下
2单相半波整流电路感性负载工作原理
(1)当交流电压过零为负的时候,由于负载电感反电势大于电源负电压,加在可控硅的电压仍然是正向电压,所以可控硅维持原电流方向、大小不变的导通;
(2)但加在负载两端确实是电源负电压,而不是正向电压,所以破坏了整流的性质和目的,使得负载的正向电压因之而减小;
(3)随着交流电源负压增大,增大到大于反电势时,加在可控硅两端的电压为零、电流为零,可控硅截止,此时负载的电压因可控硅截止,电压由负压到零;
(4)整流电路的目的就是,要给负载以直流电压,但是由于交流电过零时可控硅不能及时关断,使得负载两端出现负压,就减小了负载两端所需要的直流电压;
(5)如果在感性负载的两端加上阻尼二极管(或者叫续流二极管),反电势被短接,这样在交流电过零为负时,可控硅就能及时关断截止,负载两端就不会出现负压;
(6)单相半波可控整流电路,输出直流电压Uo=0.45U×
(1+cosα)/2;
(7)阻感性负载电路,要加续流二极管,否则输出直流电压会下降;
二单相桥式整流电路阻性负载工作原理:
(1)单相桥式整流电路阻性负载实验原理路图如下:
(2)单相半波整流电路工作原理
在分析整流电路工作原理时,整流电路中的二极管是作为开关运用,具有单向导电性。
根据图10.1.2(a)的电路图可知:
当正半周时二极管D1、D3导通,在负载电阻上得到正弦波的正半周。
当负半周时二极管D2、D4导通,在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正负半周经过合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压。
单相桥式整流电路的波形图见图10.1.2(b)。
(3)参数计算
根据图10.1.2(b)可知,输出电压是单相脉动电压。
通常用它的平均值与直流电压等效。
流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量,可将脉动电压做傅里叶分析。
此时谐波分量中的二次谐波幅度最大,最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S。
(4)单相桥式整流电路感性负载工作原理
当负半周时二极管D2、D4导通,在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正负半周合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压。
四电路参数计算和元件选取
1、参数计算
2、元件选取样图
五性能指标分析
整流电路的性能常用两个技术指标来衡量:
一个是反映转换关系的,用整流输出电压的平均值来表示;
另一个是反映输出直流电压平滑程度的,称为纹波系数。
(1)整流输出电压的平均值(即负载电阻上的直流电压VL)
VL定义为整流输出电压vL在一个周期内的平均值,即
设变压器副边线圈的输出电压为v,整流二极管是理想的。
则根据桥式整流电路的工作波形,在vi的正半周,vL=
v2,且vL的重复周期为π
,所以上式也可用其它方法得到,如用傅里叶级数对图1中vL的波形进行分解后可得中恒定分为负载电压vL的平均值。
(2)纹波系数
由vL的傅里叶级数表达式可以看出,最低次谐波分量的幅值ω,角频率为电源频率的两倍,即2ω。
其他交流分量的角频率为4ω、6ω…等偶次谐波分量。
这些谐波分量总称为纹波,它叠加于直流分量之上。
常用纹波系数Kγ
来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小,式中VLγ为谐波电压总的有效值,它表示为所得出桥式整流电路的纹波系数。
由于vL中存在一定的纹波,故需用滤波电路来滤除纹波电压。
六保护电路工作原理
1保护电路设计
2保护电路工作原理
(1)过压保护电路:
过电压保护了是免因工人误接高电压电源等原损坏机器而设置的,它预防开机浪涌结合在一起当因误接高压(把220VAC输入接到380VAC电源)或因其他原因高压加入时,高压电流顿时把压敏电阻R3击穿(压敏电阻耐压值是根据电路耐压要求而设定的),形成回路。
高压电流在RT和R3间流过,较大的电流急剧地把消磁电阻(温敏器件)的温度抬高,而使消磁电阻的阻值随之迅速上升(其阻一温特性见图4.2),相当于把电路断开,阻值无穷大,而且,R1、D1、UA、R2和D2形成回路,当电压达到一定值(设定值)时,高压把压敏电阻R2和D2击穿形成电流,电流使UA发光,使得UB受光照Q1的栅极电位拉低,Q1截止,这样,J2就不能吸合,高压电流就只能通过耐高压的T、R3回路及R1、D1、UA、R2和D2组成的回路,而不会损坏后面的电路,从而保护了电路。
而此保护是可恢复的,降低了成本。
等消磁电阻温度降下,便又可正常工作。
避免了因过压而损坏的维修,提高了工作效率。
如果输入电压正常,电压经R的整流滤波,输入辅助电源,使辅助电源工作,输出24V稳压直流电,24V直流电使场管Q1导通,从而使J2运作,J2A合,短路T,电源电压直接输入整流管,电路正常工作。
(2)过流保护:
过流保护是为了避免因元件损坏、干扰、异常而引起过大电流对逆变器产生损坏而设置的。
它通过电流互感器时刻对主回路中的电流进行采样,一但发现是流超过允许值,便通过控制电路中保护控制电路动作,停止主回路的工作过流保护电路原理图电路采用1:
300的电流互感器对主回路进行采样(电流互感器是一种电流采样器件,相当于变压器,由I1/I2=n2/n1可知,当主回300A的电流时,保护电路能采样到A的电流信号,该信号对控制电路中的电容充电,并形成压降,一但这压降大于保护控制电路中给定的基准电压保护控制电路动作,进行封波,使整个电路停止工作。
(3)过热保护:
过热保护电路的作用是避免机器因散热不良,环境温度过高或元器件工作异常而损坏电路。
通常,把热敏器件(热敏开关)置于散热装置上,一但散热装置温度过高,热敏器件便动作,从而使保护控制电路动作,进行电路保护DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。
保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。
取样电压分为两路,一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚,如取样电压高于2脚基准电压,比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出。
另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚,如取样电压低于5脚基准电压,比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出。
七参考文献
[1]、王兆安、黄俊主编、电力电子技术、机械工业出版社
[2]、曲永印主编、电力电子变流技术、冶金工业出版社
[3]、曾方主编、电力电子技术、西安电子科技大学出版社
[4]、苏玉刚、陈渝光主编、电力电子技术、重庆大学出版社[5]、杨威、张金栋主编、电力电子技术、重庆大学出版社
[6]、林辉、王辉主编、电力电子技术、武汉理工大学出版社