单相桥式整流电路研究Word文档下载推荐.docx
《单相桥式整流电路研究Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相桥式整流电路研究Word文档下载推荐.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
单相半控整流电路的优点是：
线路简单、调整方便。
弱点是：
输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（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。
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；
且功率因数提高了一半。
单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。
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（负载为阻感性负载）。
1.4整流电路的选择
我们知道，我们知道，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
电路简图如图1-1所示。
图1-1单相桥式半控整流电路
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！
如果不加续流二极管，当a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
电路简图如图1-2所示。
图1-2单相桥式全控整流电路
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
电路简图如图1-3所示。
图1-3单相半波可控整流电路
此电路只需要一个可控器件，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。
方案四：
单相全波可控整流电路
电路简图如图1-4所示。
图1-4单相全波可控整流电路
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（负载为阻感性负载）。
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。
第二章主电路设计
2.1主电路设计
主电路原理图及其工作波形如图2.1和图2.2所示。
T
图2-1主电路原理图
图2-2主电路波形图
在电源电压u2正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在
•，t=:
•时触发，VT1VT2导通，电流经VT1负载、VT2和T二
次侧形成回路，但由于大电感的存在，U2过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续导通，直到VT3VT4被触发导通时，VT1、VT2承受反相电压而截止。
输出电压的波形出现了负值部分。
在电源电压U2负半周期间，晶闸管VT3VT4承受正向电压，在「tm卜二时触发，VT3VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从VT1、VT2中换流至VT3VT4中在7=2二时，电压u2过零，VT3VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT2导通时，VT3VT4因加反向电压才截止。
值得注意的是，只有当：
•乞二2时，负载电流id才连续，当
:
<
2时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，
因此这种电路控制角的移相范围是0-二2。
2.2整流电路参数计算
（1）整流输出电压的平均值可按下式计算
1说l‘2^2
Ud=2U2Sin，tdt=U2cos：
=0.9丄cos：
（2.1）
Ji尬ji
当a=0时，Ud取得最大值100V即Ud=0.9U2=100V从而得出U2=111V,a=90o时，Ud=0。
a角的移相范围为90°
。
（2）整流输出电压的有效值为
U=.1：
i2U2Sint'
d・t=U2=111V（2.2）
V理备
（3）整流电流的平均值和有效值分别为
ld=巴=0.9土cos：
（2.3）
RdRd
（2.4）
U_U2
（4）在一个周期内每组晶闸管各导通180°
两组轮流导通，变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1。
流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为：
|_1|
IdId
2
把整个电压U2加到VT1或VT2上,则每个元件承受的最大可能的正向电压等于-2U2;
VT1和VT2反向截止时漏电流为零，只要另一组晶闸管导通，也就把整个电压U2加到VT1或VT2上，故两
个晶闸管承受的最大反向电压也为.2U2。
2.3元器件选取
由于单相桥式全控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。
（1）晶闸管的主要参数如下：
①额定电压Urn
通常取UDr和4rM中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。
在选用管子时，额定电压应为正常工作峰
值电压的2〜3倍，以保证电路的工作安全
晶闸管的额定电压UtaminUDRM,URRM^
UTn>
（2〜3）UTm（2.7）
②额定电流IT（AV）
It（av）又称为额定通态平均电流。
其定义是在室温40°
和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170。
的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。
将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。
要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将非常大，可能会超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。
在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效值ITMWITn,散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。
ITn:
额定电流有效值，根据管子的It（AV）换算出，
IT（AV）、ITMITn二者之间的关系：
2I
（2.8）
兀2
lTn=1/2二°
（Imsint）d（t）
波形系数：
有直流分量的电流波形，其有效值It与平均值lTd之比称为该波形的波形系数，用Kf表示。
额定状态下，晶闸管的电流波形系数
（2.12）
1说l2^2
Ud=2U2sintdt=U2cos：
=0.9U2cos-：
：
ji智jr
当a=0寸，Ud取得最大值100V即Ud=0.9U2=100V从而得出U2=111V,a=90时，Ud=0。
晶闸管承受最大电压为UTm=』2U2=应2111V-157V考虑到2倍裕量，取400V.
晶闸管的选择原则：
I、所选晶闸管电流有效值1口大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。
U、选择时考虑（1.5〜2）倍的安全余量。
即ITn=0.707IT（AV）=（1.5〜2）ITM
的有效值为最小值，所以该额定电流也为最小值）考虑到2倍裕量,
取20A.即晶闸管的额定电流至少应大于20A.在本次设计中我选用4个KP20-4的晶闸管.
川、若散热条件不符合规定要求时，则元件的额定电流应降低使用。
3通态平均管压降UT（AV）。
指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.4〜1.2V。
4维持电流Iho指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电
流降到刚好能保持通态所需要的最小通态电流。
一般IH值从
几十到几百毫安，由晶闸管电流容量大小而定。
5门极触发电流lg0在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导通所需的门极电流，一般为毫安级。
（2）变压器的选取
根据参数计算可知：
变压器应选变比为2,容量至少为24.2V•A
2.4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）整流输出电压平均值
Ud=-!
/2U2sin，tdt2cos：
=0.9U2cos：
（2.14）
（2）纹波系数
纹波系数Kr用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小,即Kr晋=咼£
o
第三章触发电路和保护电路的设计
对于使用晶闸管的电路，在晶闸管阳极加正向电压后，还必须在门极与阴极之间加触发电压，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。
驱动电路亦称触发电路。
根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。
触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。
3.1触发电路的设计
晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。
触发电路对其产生的触发脉冲要求：
1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
2）触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
3）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
4）触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。
由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿徒等优点，在容量小的晶闸管装置中得到了广泛应用。
它由自激震荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成，电路图如图3-1所示。
图3-1单结晶体管触发电路
3.2保护电路的设计
相对于电机和继电器，接触器等控制器而言，电力电子器件承受过电流和过电压的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。
但又不能完全根据装置运行时可能出现的暂时过电流和过电压的数值来确定器件参数，必须充分发挥器件应有的过载能力。
因此，保护就成为提高电力电子装置运行可靠性必不可少的重要环节。
所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Un都称为过电压，其电路图如图3-2所示。
图3-2过压保护电路
第四章设计总结
通过本次课程设计，我加深了对整流电路的理解，也给了我们一次实际运用所学知识的机会。
通过对单相桥式全控整流电路的研究，更了解了整流电路的线路、原理，知道了许多触发电路,加深了对触发电路的功能了解，还有保护电路，认识保护电路的重要，并对其深入了研究。
本次设计我们遇到了不少困难，但通过查阅资料，我们还是将其一一解决了。
在课程设计中，我们分组合作，真正体会到团队的力量，一个团队绝不是个人的事，合作很重要。
由于本次设计时间仓促以及我们的技术水平所限，触发电路和保护电路的设计并不是十分完善。
尤其是保护电路，仍存在很大的不足。
这是我们以后要提高的地方。
总而言之，通过本次设计，我们学到了很多，收获了很多。
2004
1996
1992
参考文献
[1]王兆安，黄俊．电力电子技木．北京：
机械工业出版社，
[2]刘志刚.电力电子学.北京：
清华大学出版社，2004
[3]邵丙衡.电力电子技术.北京：
中国铁道出版社，1997
[4]李序葆.电力电子器件及应用.北京：
[5]张立，赵永建.现代电力电子技术.北京：
科学出版社，
升级会员 