电力电子课程设计.docx

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电力电子课程设计

电力电子技术课程设计

说明书

单相桥式可控整流电路设计

计算机与控制工程学院

学生姓名：

学号：

电气工程及其自动化

学院：

专业：

指导教师：

2013年12月27日

目录

1引言……………………………………………………………………………1

2设计内容及要求……………………………………………………………2

3主电路设计…………………………………………………………………2

3.1主电路设计…………………………………………………………………2

3.2主电路工作原理………………………………………………………2

4元器件参数计算选取…………………………………………………………3

5实验仿真………………………………………………………………………5

5.1实验电路……………………………………………………………………5

5.2α=1.03rad时参数设置及仿真……………………………………………6

5.3α=2.09rad时参数设置及仿真……………………………………………7

6结论……………………………………………………………………………8

参考文献……………………………………………………………………………9

1引言

1．1什么是整流电路

整流电路是电力电子中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。

大多数整流电路由变压器.整流主电路和滤波器等组成。

它在直流电动机的调速.发电机的励磁调节.电解.电镀.等领域得到广泛应用。

20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。

滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中交流成分。

变压器设置与否是具体情况而定。

变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。

可以从各种角度对整流电路进行分类，主要的分类方法有：

按组成的期间可分为不可控，半控，全控三种；按电路的结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入详述分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧的方向是单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路。

1.2整流电路的发展与应用

电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作用。

1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命；70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）.电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（power-MOSFET）为代表的全控型器件发展迅速，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。

另外，采用全控型器件的电路的主要控制方式为PWM脉宽调制式，后来，又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC），随着全控型电力电子器件的发展，电力电子电路的工作频率也不断提高。

同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）把电力电子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。

1.3本设计的研究意义

尽管随着IGBT在整流电路的应用，本设计中用到的晶闸管已不常见，但是电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的，研究晶闸管有利于夯实基础以及加强对电力电子技术这本书整体的理解，所以选定单相桥式可控整流电路作为本次课程设计的主题。

2设计内容及要求

2.1设计条件

1.单相桥式可控整流电路，电阻性负载

2．电源电压：

U2=220V，50Hz

3.要求输出的平均电压在50~150V范围内可调，在这个范围内，要求平均电流能达到10A

2.2设计要求

1．说明主电路的工作原理

2．求晶闸管控制角度

范围，导通角范围，R范围，电源二次侧容量，晶闸管电流、电压额定参数选择

3.仿真记录电源电压、触发信号、晶闸管电流和电压，负载电流和电压的波形图

3主电路设计

3.1主电路图设计

3.2主电路的工作原理

由四只晶闸管组成桥式电路，其中VT1，VT3为一组桥臂；VT2，VT4为另一组桥臂。

如晶闸管VT1，VT3的门极同时在α处分别同加触发电压，则在正电压作用下，VT1，VT3导通，使负载两端的电压Ud=U2，直到U2进入负半周，晶闸管VT1，VT3会承受反压而关断。

所以在此时间段内VT1，VT3导通，VT2,VT4截止。

在π+α时，VT2、VT4有触发信号，则VT2,VT4导通，VT1,VT3截止。

4元器件参数计算选取

整流电压平均值为：

=220V，α=0时，Ud=Ud0=0.9U2。

α=180时，Ud=0。

可见，α角的移相范围为180。

若要求输出的平均电压在50~150V范围内则可调晶闸管控制角度

范围59—119.7，导通角θ范围60.3—121。

向负载输出的直流电流平均值为：

流过晶闸管的电流平均值：

流过晶闸管的电流有效值为：

二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为

有上两式得

不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2

在满足电源输出平均电流能达到10A

，流过晶闸管的电流不会超过其额定电流。

R可变，但无论如何，总有R能令

=10A。

可以写出

与

的关系：

令

=10A，画出在

=1.03—2.09rad（输出电压为150~50V的

角度）

的幅值曲线如图：

与

成正比例关系。

在

=1.03—2.09rad的范围内

=2.09rad时

最大。

代入公式

=36.7A

则晶闸管的额定电流为：

Idmax=27.9A

所以R的范围为50/26.0-50/10=1.79-5Ω

晶闸管承受的最大正反向电压的最大值为

，考虑2~3倍的安全裕量，晶闸管电压定额为：

UTN=（2~3）

=（622～933）V

5实验仿真

5.1实验电路

5.2α=1.03rad时参数设置及仿真

电源电压

触发脉冲

R

仿真波形

5.3α=2.09rad时参数设置及仿真

触发脉冲

仿真波形

6结论

1.所设计的单相桥式可控整流器主电路能够满足设计要求，输出的平均电压在50~150V范围内可调，在这个范围内，平均电流能达到10A。

2.选用的晶闸管能够满足电路的正常工作的所有不同输出的需求，晶闸管正常工作不损坏，单相桥式可控整流器主电路在使用安全范围内能够正常使用。

参考文献

[1]王兆安黄俊﹒电力电子技术﹒第四版﹒北京:

机械工业出版,2002﹒50

[2]张润和郝整清﹒电力电子技术及应用﹒北京:

北京大学出版社，2008﹒252

[3]洪乃刚﹒电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真﹒北京:

机械工业出版，2006﹒62

[4]王云亮﹒电力电子技术﹒第一版﹒北京：

电子工业出版社,2004