单相桥式整流电路课程设55计.docx
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单相桥式整流电路课程设55计
第一章系统结构图
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，得到了广泛的应用。
可控整流电路结构图：
图1。
1可控整流电路结构图
第二章方案论证与选择
2.1主电路的选择
课题已经明确为规定为单相桥式整流电路，其特点为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
2.2控制电路方案论证：
从主电路的方案可以知道，对于晶闸管的整流电路，我们是通过控制触发角α的大小，，我们分别分析和比较了以下三种方案：
方案一：
同步信号为锯齿波的触发电路
锯齿波的形成和脉冲移相环节电路组成锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路工作原理：
V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电，调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是用来调节锯齿波斜率的。
V2导通时，因R4很小故C2迅速放电，ub3电位迅速降到零伏附近V2周期地通断，ub3便形成一锯齿波，同样ue3也是一个锯齿波射极跟随器V3的作是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。
电路图如下图所示：
图2.2.1同步信号为锯齿波的触发电路
对于此种触发电路，大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多，它分为三个基本环节：
脉冲形成环节：
V4、V5—脉冲形成，V7、V8—脉冲放大，控制电压uco加在V4基极上。
锯齿波形成和脉冲移相环节：
本电路采用恒流源电路。
由V1，V2，V3和C2等元件组成，其中V1，V5，RP2和R3为恒流源电路。
通过调节电位器RP2，可以改变锯齿波的斜率。
同步环节：
在锯齿波同步的触发电路中，触发电路与主电路的同步是要求频率与主电路电源频率相同且相位关系确定。
开关V2控制锯齿波，同步变压器TS做同步开关用，宽度由时间常数R1和R2决定。
当T2道通时，即T3阻值很小，所以C2迅速放电.波形如下;
图2.2.2信号为锯齿波的触发电路工作波形
方案二：
集成触发电路
原理图如下：
图2.2.3集成触发电路
此种电路结构简单，可靠，但容易受电网电压的影响，触发电路的脉冲不对称度较高，可达3到4度，精确度低。
方案三：
采用8位单片机的数字触发控制
此种电路，电路精确度高，适用于大容量变流装置中，可获得良好的触发脉冲对称度，基于我们所学的基础知识还不太牢固，开发的程度不够程序，花费比较高。
综上所述，考虑多方因素，我们采用方案一，即同步信号为锯齿波的触发。
第三章电路设计
3.1整流电路原理图：
图3.1.1整流电路原理图
3.2原理分析：
晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂，在输入电压正半周，若四个晶闸管均不导通，负载电流为0，负载电压也为0，设VT1和VT4漏电阻相等，则承受输入电压的一半。
若在触发角处加脉冲于VT1和VT4，VT1和VT4导通。
当输入电压为0时，VT1和VT4关断。
在输入电压负半周，给脉冲于VT2和VT3，VT2和VT3导通，当输入电压为零时，电流为0，VT2和VT3关断，如此循环下去，晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为0.7U2和1.41U2。
3.3参数的计算
3.3.1.电压的计算
由课程设计要求Ud范围在0~100V，
所以：
0.9U2Cosα=1000.9U2=100
解得：
U2=111.1V
因为在实际生活中电网电压有波动，所以在实际中电压大于111V
取U2=0V，将其代入下式：
0.9U2COSα=0V
即0.9
220VCOSα=0V解得：
COSα=
故α=90
α范围（0，90
）
3.3.2.电流的计算
要求输出电流在20A以上，故取电流为临界值20A进行计算，
根据分析可知α=0时，Id最大，此时R=4.5，α=90时，Id最小，要满足要求电阻应小于R=2.25取R=2Ω电阻功率PR=I
R=900w平均值
3.3.3．晶闸管选取：
晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流电流的一半，即
为选择晶闸管、需考虑发热问题，为此需计算电流有效值。
流过晶闸管的电流有效值为
由于I=20A，所以Ivt=14.1A
考虑到电网电压波动和安全：
取Ivt=15A，晶闸管承受的最大反向电压为
U2
U>（2~3）
U2，取
=
晶闸管参数
取U=500V，I=15A
3.4保护电路的设计
过电压保护
过电压可能导致晶闸管的击穿，其主要原因是由于电路中电感元件的通断、熔断器熔断或晶闸管在导通与截止间的转换。
阻容保护：
阻容保护是电阻和电容串联后，接在晶闸管电路中的一种过电压保护方式，其实质是利用电容器两端电压不能突变和电容器的电场储能以及电阻使耗能元件的特性，把过电压的能量变成电场能量储存在电场中，并利用电阻把这部分能量消耗掉，为了保护整个电路,我们这里采取RC保护。
如电路图4.2中所示。
图3.4.1过压保护电路
单相阻容保护的计算公式如下：
S：
变压器每相平均计算容量（VA）
U
：
变压器副边相电压有效值（V）
i
%:
变压器激磁电流百分值
Uk%:
变压器的短路电压百分值。
当变压器的容量在（10----1000）KVA里面取值时i
%=（4----10）在里面取值，U
%=（5----10）里面取值。
电容C的单位为μF，电阻的单位为欧姆
电容C的交流耐压≥1.5U
U
为正常工作时阻容两端交流电压有效值。
3.5控制电路的设计
电路原理图已经介绍,这里不再列出;如图2.2.1所示
第四章、Matlab/Simulink仿真
Matlab具有强大的工具箱,使得算法的开发更为迅速有效。
Matlab/Simulink提供了丰富的模型库可构建完整的系统使用,并具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及可视化等特点,可以大大提高仿真的效率和可靠性。
更为可贵的是它的开放性,用户可以根据自己的需要开发自己的模型,并通过封装后添加到模型库中,以后就像调用Sim2ulink自身提供的模型库一样,只需简单调用就可以了。
随着计算机仿真技术的发展,利用仿真电路对电力电子技术的实际整流电路模型进行试验和研究已经是必不可少的。
在整流电路中,很重要的一个方面就是触发装置。
基于Simulink模型库的开放性,针对不同整流电路可以设计不同的触发装置。
本文主要基于Matlab/Simulink仿真环境的特点设计了一个可控整流电路的触发装置。
为了满足相控整流电路触发脉冲的基本要求和单相可控整流电路自身的特点,设计触发电路及单相桥式整流电路。
图4.1触发电路
图4.2单相桥式整流电路
图4.3单相桥式整流电路仿真波形
第五章装配与调试
5.1安装方法:
我们在这里,并没有做出实际物品,因此我们在实验室可以完成,安装方法如下;采用DJK-03控制装置,主电路可以按照原理图接线,把脉冲信号接到晶闸管控制端口,把脉冲信号的负极接到晶闸管的阴极.其余的晶闸管都按照这种方法进行接线!
5.2调试方法:
我们可以将控制电压Uct调至零（即将电位器RP2顺时针旋到底），观察同步信号和6点波形,将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。
如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。
在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DKJ03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形,然后,调节偏移电压Ub（即调RP3电位器）使触发角改变.按照要求调节α为相应的角度（30,60,90，120，150度）.用双踪示波器分别观察输出电压的波形,并记录波形和数据.
表一：
α
30°
60°
90°
120°
150°
U2
220V
220V
220V
220V
220V
Ud（记录值）
170V
139V
82V
37V
16V
Ud/U2
0.773
0.7
0.435
0.2
0.065
Ud（计算值）
184.736V
148.5V
99V
49.5V
13.26V
图5.2.1实验电阻负载波形图
第六章设计与总结
通过这次设计，我更好地理解了电力电子这门课程，对全书的内容也熟悉了很多。
这次我们选择的课题是是单向桥式整流器的设计。
我对AC/DC变流电路有了更深的认识。
在设计过程中，我们遇到了很多问题和困难。
虽然，感到了也有些压力，但是在我们这组共同的团结努力下，通过查资料，问同学，问老师，最终还是解决了这些问题，成功地完成了课程设计。
培养了我们怎样去获取知识的能力。
能够顺利解决一些问题，使我们找到了很多安慰，发现我们的努力没有白费，同时也让我们增长了不少知识。
一分耕耘，一分收获。
因为其中还有一些理论知识还不是理解得很透彻，所以做起来带给了我们很多的问题。
我想在以后的学习中，一定要把理论知道学好，这样做起课程设计来，就会省下许多时间。
这样的课程设计对我们是很有帮助，培养了我们的应用知识能力、综合能力、自我学习的能力还有相互之间的协助精神等。
培养了我们的职业综合能力，等我们到了社会上，走到自已的岗位时，才能胜任自己的工作。
现在要求工程技术人员即要有扎实的理论基础，以须具备良好的实验技能和解决工程实际问题的能力，这些均离不开实验课的基本训练。
实验课是培养工程技术人员的重要环节，对于工程技术人员来说，如果没有一定的理论知识及良好的科学实验能力，不仅不能做出创造性成果，也难于胜任本职工作。
所以既要加强实验技术的训练。
实验课与课堂教学是相互独立的，又相辅相成。
通过实验课使我在实验方法和实验技术上得到训练，进而培养了理论联系实际的能力以及分析问题的能力。
同时加深了对课程内容的理解和知识的升华。
另外，在这次课程设计过程中，让我深刻的认识到，在完成一个复杂的事情的时候，光靠个人的力量和智慧是不够的。
而且，只知道书本上的理论知识也是不够的，还必须懂怎样运用理论知识去解决一些实际问题。
同时认识到，没有理论知识作后垫而盲目的去动手做，就形如枯井打水了。
所以在实验技术的训练中，我们把实验课与课堂教学结合起来，锻炼自己的理论联系实际的能力和实际
参考文献
[1]王兆安、黄俊.电力电子技术西安:
机械工业出版社1999
[2]黄俊,王兆安.电力电子变流技术北京:
机械工业出版社,1994
[3]赵良炳.现代电力电子技术基础北京:
清华大学出版社,1995
[4]陈治明.电力电子器件基础.北京:
机械工业出版社,1992
[5]赵可斌,陈国雄.电力电子变流技术.上海:
上海交大出版社,1993
[6]林渭勋主编,电力电子技术,杭州:
浙江大学出版社,1986
[7]丁道宏主编.电力电子技术.北京:
航空工业出版社,1990
[8]黄继昌主编.电子元器件应用手册.人民邮电出版社,2004
附录一元件清单：
器件
型号
数量（个）
晶闸管
KP2—9D
4
三极管
31AX31M
8
二极管
2CZ53A-M
10
电阻
470
18
电容
CD10
4
整流桥
BQL10-R
1
电位器
ZS-1
2
SCR
KP2-9D
4
电感
700mH1个、100mH2个
5
变压器
300W
1
电容
0.3μF
5
熔断器
RS1-3
6
导线
BU—7
若干
附录二总电路图：
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