单相双半波晶wode.docx
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单相双半波晶wode
电力电子技术课程设计说明书
单相全波可控整流电路的设计
系、部：
电气与信息工程系
学生姓名：
黄跃辉
指导教师：
桂友超职称副教授
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气本1103班
完成时间：
2014年6月5日
摘要
随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。
在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。
电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。
要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。
这个方法中，整流是最基础的一步。
整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。
整流的基础是整流电路。
由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。
故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好课程设计，因而我们进行了此次课程设计。
关键词：
整流；直流电源；直流电机
ABSTRACT
Withtheincreasingdevelopmentofscienceandtechnology,peoplemoreandmoreisalsohightotherequirementofthecircuit,becauseintheactualproductionneedsizeadjustabledcpowersupply,andphasedrectifiercircuitstructureissimple,convenientcontrol,stableperformance,itcanbeusedtoeasilycangetlargeandmedium-sized,smallcapacityofthedc,isthemainmethodfordirectcurrent（dc）can,hasbeenwidelyapplied.Ontheelectricityproductionandtransmission,atpresentmainlybasedonalternatingcurrent（ac）.Mainssupplyusersisalternatingcurrent（ac）,andonmanyoccasions,suchaselectrolysis,storagebatterycharging,dcmotor,etc.,needtousedirectcurrent（dc）.Togetadirectcurrent（dc）,inadditiontothedirectcurrentgenerator,themostcommonapplicationistouseavarietyofsemiconductordevicesproducedirectcurrent（dc）.Thismethod,therectifieristhemostbasicstep.Rectifier,itisusingdevicewithone-wayconductiveproperties,convertdirectionandsizeofthealternatingcurrenttodirectcurrent（dc）.Rectifieristhebasisoftherectifiercircuit.
Duetothepowerelectronictechnologyistheelectronictechnologyandcontroltechnologyisintroducedintothetraditionalelectricpowertechnology,usingpowersemiconductorswitchingdevicesofallkindsofelectricitypowerconversioncircuitimplementationandcontrol,andtransform,constituteacompletediscipline.Sotheirlearningmethodsandelectronictechnologyandcontroltechnologyhasmanysimilarities,soifyouwanttolearnthiscoursewell,wemustbecoursedesign,sowehaddonethecoursedesign.
Keywordsrectifier;dcpowersupply;dcmotor
1绪言
1.1课程学习情况
经过一个学期的学习，对电力电子技术这门课程有了基本了解，对于整流电路、逆变电路、直流-直流变流电路、交流-交流变流电路等电路掌握了其设计的方法和各种负载和不同触发角的波形结果图绘制。
对于PWM控制技术和软开关技术有了基本认识。
1.2设计内容掌握情况
对于单相全波可控整流电路，又称单相双半波可控整流电路的设计，已基本学会其不同负载和不同触发角其电路波形的分析和绘制。
学会了基本电路的搭建及其仿真，对于触发电路和基本保护电路也有了基本掌握。
1.3设计任务书
1、单相全波可控整流电路的设计要求为：
负载为阻性负载.
2、技术要求:
（1）电网供电电压：
交流100V/50Hz；
（2）输出功率：
500W；
（3）移相范围：
0°-180°；
2主电路设计
2.1主电路原理图
单相全波整流电路如图（a）所示；
图（a）
2.2单相双半波可控整流电路原理分析
单相双半波可控整流电路又称单相全波可控整流电路。
此电路变压器是带中心抽头的，在u2正半周T1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。
u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的电流。
单相全波可控整流电路的Ud波形与单相全控桥的一样，交流输入端电流波形一样，变压器也不存在直流磁化的问题。
当接其他负载时，也有相同的结论，适用于输出低压的场合。
波形图如图（b）所示。
根据图中（b）可知，单相全波整流电路的输出电压与桥式整流电路的输出电压相同。
图（b）
电路（电阻性负载）输出的Ud与Id波形和其计算式和单相全控桥式整流电路相同。
所以输出平均电压Ud：
移相范围：
0º～180º
输出平均电流Id：
SCR平均电流：
IdT=Id/2
SCR承受的最大电压：
在单相全波整流电路的变压器中，只有交流电流流过不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。
2.3参数计算
电源电压交流100V/50Hz，输出功率500W，移相范围：
0°-180°。
设R=1.25Ω,α=0°所以P=Ud²/RUd=25V
变压器一二次侧电流的计算
P=Id²RId=20A
U1/Ud=100/25
N1/N2=4/1
I1=Id/4=5A
变压器容量的计算
S=U1i1=100×5=0.5kVA
变压器型号的选择
N1:
N2=4：
1;
S=0.5kVA
2.4元件的选择
由于单相双半波整流带阻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）整流元件中电压、电流最大值的计算
晶闸管的主要参数如下：
①额定电压UNVT
（1）断态重复峰值电压UDRM
断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的峰值电压。
（2）反向重复峰值电压URRM
反向重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。
通常取UDRM和URRM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，额定电压要留有一定裕量，应为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2～3倍，以保证电路的工作安全。
晶闸管的额定电压UNVT=｛minUDRM，URRM｝
UNVT≥（2～3）2
U2（3-1）
UNVT：
工作电路中加在管子上的最大瞬时电压
UNVT=（2～3）2
U2=（141.4～212.1）V
通过晶闸管的电流的平均值IvT（AV）
②额定电流INVT
Ivt（AV）=Id/2=10A
Im=πIVt（AV）=31.4A
INVT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，即使正向电流值没有超过额定值，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。
（2）整流元件型号的选择
晶闸管的选择原则：
⒈所选晶闸管电流有效值IVT大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。
2.选择时考虑（1.5～2）倍的安全裕量。
即
INVT≥（1.5～2）IVT/1.57=（19.1-25.5）A
INVT=30A
则晶闸管的额定电流为INVT=20A.
在本次设计中选用2个KP20-2的晶闸管.
3控制电路设计
3.1控制电路电路原理框图
控制电路电路原理框图如图（c）所示；
原理框图（c）
3.2相控触发芯片的选择
相控触发电路芯片选择KJ004集成触发电路芯片构成的集成触发器KJ004可控硅移相电路可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。
器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。
电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低,有脉冲列调制输出端等功能与特点。
3.3芯片引脚功能
表＜一＞
功能
输出
空
锯齿波形成
-Vee（1kΩ）
空
地
同步输入
综合比较
空
微分阻容
封锁调制
输出
+Vcc
引线脚号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
3.4相控触发电路原理图及工作原理
图＜1＞
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：
触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
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。
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。
单结晶体管触发电路：
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。
他由自激震荡、
同步电源、移相、脉冲形成等部分组成，电路图如图＜1＞所示。
4保护电路及其它辅助电路的设计
4.1变压器二次侧熔断器的选择及作用
采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。
在选择快熔时应考虑：
1）电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。
2）电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。
快熔一般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。
3）快熔的
值应小于被保护器件的允许
值、
4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。
因为晶闸管的额定电流为20A,快速熔断器的熔断电流大于1.5倍的晶闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为30A。
4.2晶闸管保护电路的选择及工作原理
1）过电流保护
当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。
因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。
2）过电压保护
设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。
同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。
因此，必须对电力电子装置进行适当的过电压保护。
3）RC吸收电路的原理
若开关断开，蓄积在寄生电感中能量对开关的寄生电容充电的同时，通过吸收电阻对吸收电容充电。
由于吸收电阻作用，阻抗变大，那么，吸收电容也等效地增加了开关的并联电容容量，为此，抑制开关断开的电压浪涌。
开关接通时，吸收电容通过开关放电，其放电电流被吸收电阻所限制。
4.3保护电路原理图
过流、过电压保护电路如图＜2＞
图＜2＞过流、过电压保护电路
5仿真分析
5.1仿真模型的建立
运用matlab中simulink仿真做主电路仿真图（d）如下
图（d）
5.2仿真结果
（1）α=30°
（2）触发角α=90°
（3）α=150°
5.3仿真结果分析
有上仿真结果可知，完全符合理论计算和理论波形，即该设计是成功的。
6设计总结
通过单相全波整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我对电力电子该课程产生了浓厚的兴趣。
对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。
整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。
在这次课程设计过程中，碰到的难题就是对晶闸管的相关参数的计算，因为在学习中没能很好的系统的总结晶闸管相关知识。
在整个课程设计中贯穿的计算过程没能很好的把握。
在今后的学习中要认真总结经验，对电力电子课程进行补充。
为以后深入的学习自动化专业做铺垫。
通过这次课程设计我对于文档的编排格式、原理图设计和绘制有了一定的了解，这对于以后的毕业设计及工作需要都有颇大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电力电子技术这门课程，把以前一些没弄懂的问题基本掌握了。
参考文献
[1］王兆安、刘进军主编电力电子技术（第五版）普通高等教育“十五”国家规划教材，普通高等教育电气工程与自动化类“十一五”规划教材。
Wang Zhaoan, Liu Jinjun. Power Electronics Technology （Fifth Edition） general higher education "fifteen" national planning materials, electrical engineering and automation of ordinary higher education "eleven five" planning materials.
[2］原著邱关.修订罗先觉，电路（第五版），高等教育出版社，普通高等教育“十一五”国家规划教材。
The original high shut. Revision LuoXianJiao, circuit fifthedition, higher education press, regular higher education "tenth five-year national planning materials.
［3］康华光，陈大欣，张林.电子技术基础模拟部分（第五版）高等教育出版社面向21世纪课程教材
Kang hua, ChenDaXin, zhang Lin. Electronic technology foundation simulation part （fifth edition） higher education press facing the 21st century course teaching material
致谢
在此次的课程设计中我最大的体会就是进一步认识到了理论联系实践的重要性。
一份耕耘，一份收获。
通过这段时间的设计，让我明白科学的思维方法和学习方法是多么重要，只有这样才能够有很高的效率，才能够让自己的工作更完美。
总而言之，此次课程设计让我学到了好多平时在课堂上学不到的东西，增加了我的知识运用能力，增强我的实际操作能力。
谢谢桂老师给我们提供这么好的机会，为我们之后走向社会奠定了一个好的基础。
本次课程设计让我学到了很多，也学会到了要怎么样去面对困难，不要对知识一知半截，要有的求实的能力，通过桂老师的帮助我学到了很多在平时没有注意到的东西及知识，更没有深入的的去理解，通过这次课程设计我更加的知道了自己的不足。
以后要注重自己在各方面锻炼，把握机会。
附录
系统总图
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