单相全波可控整流器的设计.docx

单相全波可控整流器的设计.docx

《单相全波可控整流器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相全波可控整流器的设计.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单相全波可控整流器的设计

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

周颖工作单位：

自动化学院

题目:

单相全波可控整流器的设计（阻感负载）

设计要求：

一、与负载有关的参数。

额定负载电压Ud=220V、额定负载电流Id=10A。

二、整流器的电源参数。

电网频率为工频50Hz，电网额定电压U1=380V，电网电压波动±10%。

要求完成的要紧任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，和说明书撰写等具体要求）

一、触发电路的设计。

要求对触发电路各器件的导通顺序进行说明；

二、整流器主电路设计。

包括负载电阻R的选择，晶闸管的选择（电流参数的选取和电压参数的选取），负载电抗器的选择；

3、爱惜电路的设计。

爱惜系统是整流器的重要组成部份，其功能是在线检测装置各点的电流、电压参数时，及时发觉并切除故障的进一步扩大。

爱惜电路设计要求爱惜过电流、过电压和负载短路爱惜，和抑制电压电流上升率；

4、参数的计算和设定；

五、应用举例；

六、心得体会。

时刻安排：

月日-日

查阅资料

月日-日

方案设计

月日-日

馔写电力电子课程设计报告

月日-日

提交报告，答辩

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

单相全波可控整流器设计（阻感负载）

一、单相全波可控整流器的设计要求及大体分析

设计要求

由课程任务书可知单相全波可控整流器的设计要求如下：

1、与负载有关的参数。

额定负载电压Ud=220V、额定负载电流Id=10A；

2、整流器的电源参数。

电网频率为工频50Hz，电网额定电压U1=380V，电网电压波动±10%。

大体原理分析

单相全波可控整流电流也是一种实用的单相可控整流电路，又称单相双半波可控整流电路。

单相全波整流器系统结构图如图1所示：

该电路要紧由四部份组成，别离为电源，过电爱惜电路，整流电路和触发电路组成。

输入的信号经变压器变压后通过过电爱惜电路，保证电路显现过载或短路故障时，不至于损害到晶闸管和负载。

在电路中还加了防雷击的爱惜电路。

然后将经变压和爱惜后的信号输入整流电路中。

整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。

在电路中,过电爱惜部份咱们别离选择的快速熔断器做过流爱惜,而过压爱惜那么采纳RC电路。

这部份的选择要紧考虑到电路的简单性，因此才如此的爱惜电路部份。

整流部份电路那么是依照题目的要求，为单相全波可控整流电路。

该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变成直流的功能。

触发电路采纳了单结晶体管直接触发电路。

单结晶体管直接触发电路的移相范围转变大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。

从一方面方便了咱们对设计电路中变压器型号的选择。

图1系统整体结构框图

二、整流器主电路的设计及元件选择

整流器主电路的设计

单相全波可控整流电路的电路图如以下图所示：

图2单相全波可控整流器电路图

　上图中TR为电源变压器，它的作用是将交流电网电压Ul变成整流电路要求的输入交流电压U2，R、L是系统要求的整流器的负载电阻和电感。

在电源电压Vin正半周期间，晶闸管VT1经受正向电压，晶闸管VT2经受反压，假设在ωt=α时触发，VT1导通，电流经VT1、阻感负载和TR1二次侧中心抽头形成回路，但由于大电感的存在，Vin过零变负时，电感上的感应电动势使TR1继续导通，直到VT2被触发时，VT1经受反向电压而截止。

输出电压的波形显现了负值部份。

在电源电压u2负半周期间，晶闸管T2经受正向电压，在ωt=α+π时触发，T2导通，T1反向那么截止，负载电流从T1中换流至T2中。

在ωt=2π时，电压Vin过零，T2因电感L中的感应电动势一直导通，直到下个周期T1导通时，T3、T4因加反向电压才截止。

当负载由电阻和电感组成时称为阻感性负载。

例如各类电机的励磁绕组、整流输出端接有平波电抗器的负载等等。

单相全波可控整流电路带阻感性负载的电路如图2所示。

由于电感储能，而且储能不能突变因此电感中的电流不能突变，即电感具有阻碍电流转变的作用。

当流过电感中的电流转变时，在电感两头将产生感应电动势引发电压降UL。

负载中电感量的大小不同，整流电路的工作情形及输出Ud、Id的波形也不同。

当负载电感量L较小（即负载阻抗角φ），操纵角α>φ时，负载上的电流断续；当电感L增大时，负载上的电流断续的可能性就会减小；当电感L专门大，且ωLd》Rd时，这种负载称为大电感负载。

现在大电感阻止负载中电流的转变，负载电流持续，可看做一条水平直线。

值得注意的是，只有当α≤π/2时，负载电流才持续；当α>π/2时，负载电流断续，而且输出电压的平均值均接近于零，因此这种电路操纵角的移相范围是0~π/2。

各电量的波形图如图3所示：

图3单相全波可控整流电路波形图

图3中第一个小图CP1是第一个晶闸管的触发脉冲，第二图是经变压器转换后的输入电压Vin，第三个图是阻感负载的输出电压Vd，第四个图是流过晶闸管的的电流I2，第五个图是负载的输出电流Id，第六个图是晶闸管VT1所经受的电压UvT。

负载电阻R的选择

触发角

（

<

<

），由设计要求可知：

额定负载输出电压Ud=220V，Id=10A。

由于有足够大的电感的作用，整流器输出电流持续。

由Ud=IdR可得：

负载电阻R=Ud/Id=22Ω。

晶闸管的选择

晶闸管的选择原那么：

Ⅰ、所选晶闸管电流有效值ITn大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。

Ⅱ、选择时考虑（～2）倍的平安余量。

即ITn＝IT（AV）＝（～2）ITM

负载电流持续时，整流电压平均值可按下式计算：

输出电流波形因电感专门大，平波成效专门好而呈一条水平线。

两组晶闸管连番导电，一个周期中各导电180，且与α无关，变压器二次绕组中电流i2的波形是对称的正、负方波。

负载电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1。

在这种情形下：

当α=0°时，Ud=；

当α=90°时，Ud=0，其移相范围为90°。

晶闸管经受的最大反压为2

U2。

又额定负载输出电压Ud=220V,由Ud=

能够取得:

U2=Ud/

=

。

考虑到平安裕量,因此所选晶闸管的的额定电压为:

Un=（2～3）*2

U2

流过晶闸管的电流有效值为

=Id/

=10/

A=。

因此所选晶闸管额定电流电流：

=（～2）*=～。

考虑到电网电压的10%的波动，Ud最大为220*（1+10%）=242V,那么U2=

V，那么Un=

～

。

取

时，Un最小取为～。

负载电抗器的选择

为了克服整流器输出的电流断续和减少电流的脉动和延长晶闸管的导通时刻，电路中串入了一个平波电抗器L。

为保证电流的持续，电感必需要足够的大。

为保证电流持续所需的电感量L可由下式求出：

L=2

U2/

=

=81mH

3、触发电路的设计

为了保证晶闸管电路能正常、靠得住的工作，触发电路必需知足以下要求：

触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有必然的裕量。

依照任务要求，由于整流器采纳的是晶闸管，因此采纳晶体管直接触发电路。

此电路是同步信号为锯齿波的触发电路，输出可为一个宽脉冲，也可为双窄脉冲，以适用于有两个晶闸管同时导通的电路，例如三相全控桥。

本设计采纳单窄脉冲，电路可分为三个大体环节：

脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。

另外，电路中还有强触发和双窄脉冲的形成环节。

现重点介绍脉冲形成，脉冲移相，同步等环节。

移相触发是初期触发可控硅的触发器。

它是通过调速电阻值来改变电容的充放电时刻再来改变单结晶管的振荡频率，实际改变操纵可控硅的触发角。

初期可控硅是依托如此改变阻容移相线路来操纵。

所为移相确实是改变可控硅的触发角大小，也叫改变可控硅的初相角，故称为移相触发线路，有可能用于：

（1）排除尖峰脉冲干扰，减少误触发；

（2）调整触发时刻，符合电路需要；

（3）其他应用。

本设计采纳单结晶体管移相触发电路，如图2所示。

　　由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V１、V2进行削波，从而取得梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。

同时由于放电时刻常数很小，C1两头的电压专门快下降到单结晶体管的谷点电压，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两头呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。

在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但只有输出的第一个触发脉冲对晶闸管的触发时刻起作用。

充电时刻常数由电容C1和等效电阻等决定，调剂RP1改变C1的充电的时刻，操纵第一个尖脉冲的显现时刻，实现脉冲的移相操纵。

电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。

单结晶体管触发电路的各点波形如图所示：

图4晶体管移相触发电路图及各点输出波形

4、参数的设定和计算

参数的设定

设定触发角α=

，L足够大,分不考虑漏感LB和考虑漏感两种情形分析。

参数的计算

（1）没有漏感时，由

，额定负载电压Ud=220V可得：

变压器二次侧输入电压U2≈。

因此变压器的变比为:

N1/N2=U1/U2=380/≈。

因为Id=10A，那么一次侧电流I1=Id/≈.

因此变压器的容量为S=U1·I1==。

有功功率P=Ud·Id=220*10W=2200W。

功率因数λ=P/S=2200/=%。

由中的分析可知，晶闸管的电流有效值为

=Id/

=10/

A=。

晶闸管的的额定电压为：

Un=（2～3）*2

U2=

～

因此V=～

晶闸管额定电流：

=（～2）*=～。

（2）有漏感时，

其中

为换相压降。

关于单相全波电路：

，其中

为变压器的漏感。

取定

Ω那么：

≈。

又因为：

即有：

，那么换相重叠角

五、爱惜电路的设计

在电力电子电路中，除电力电子器件参数选择适合、驱动电路设计良好外，采纳适合的过电压、过电流、du/dt爱惜和di/dt爱惜也是必要的。

过电压的产生及过电压爱惜

电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内应过电压两类。

外因过电压要紧来自雷击和系统中的操作进程等外部缘故，包括：

1）操作过电压：

由分闸、合闸等开关操作引发的过电压，快速直流开关的切断等常常性操作中的电磁进程引发的过压。

2）雷击过电压：

由雷击引发的过电压。

内因过电压要紧来自电力电子装置内部器件的开关进程，包括：

1）换相过电压：

由于晶闸管或全控器件反并联的续流二极管在换相终止后不能立刻恢复阻断能力，因此有较大的反向电流流过，使残余的载流子恢复，当其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，如此的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两头产生过电压。

2）关断过电压：

全控型器件在较高的频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两头感应出的过电压。

过压爱惜要依照电路中过压产生的不同部位，加入不同的爱惜电路，当达到—定电压值时，自动开通爱惜电路，使过压通过爱惜电路形成通路，消耗过压贮存的电磁能量，从而使过压的能量可不能加到主开关器件上，爱惜了电力电子器件。

为了达到爱惜成效，能够利用阻容爱惜电路来实现。

将电容并联在回路中，当电路中显现电压尖峰电压时，电容两头电压不能突变的特性，能够有效地抑制电路中的过压。

与电容串联的电阻能消耗掉部份过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压爱惜电路如图5所