单相双半波晶闸管整流电路设计2.wps

1、 电力电子技术课程设计说明书 电力电子技术课程设计说明书 单相双半波晶闸管整流电路设计 （纯电阻负载）系、部：电气与信息工程系 学生姓名：蒋 梦 指导教师：肖文英 专 业：电气自动化技术 班 级：电气 0901 完成时间：2011 年 6 月 1 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

2、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。目 录1 设计要求.11.1 设计课题目.11.2 技术要求.12 设计方案的选择.22.1、单相双半波晶闸管整流电路供电方案的选择.22.2 单相双半波晶闸管整流电路主电路设计.33 元件的选择.53.1 电路元件的选择.53.2 保护元件的选择.6定义.7种类.7按关断、导通及控制方式分类.7按引脚和极性分类.84 单相双半波整流电路的相控触发器电路.104.1 相控

3、触发芯片的选择.105 单相双半波整流电路总设计结果.125.1 晶闸管工作原理.125.2 总电路的原理框图.145.3 总电路原理图.145.4 总电路工作原理.155.5 绘制输出波形(即 Ud,id 波形).155.6 绘制触发信号波形.16设计总结.17参考文献.1801 设计要求1.1 设计课题目单相双半波晶闸管整流电路设计（纯电阻负载）1.2 技术要求 1、单相双半波晶闸管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：0180；电力电子技术课程设计12 设计方案的选择2.1、单相双半波晶闸

4、管整流电路供电方案的选择 方案一：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。并且单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小，功率因素高的特点。但是，电路中需要四只晶闸管，且触发电路要分时触发一对晶闸管，电路复杂，两两晶闸管导通的时间差用分立元件电路难以控制。方案二：单相双半波可控整流电路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

5、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 U d 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。因此，单相全波与单相全控桥从直流输入端或者从交流输入端看均是一致的。适用于输出低压的场合作电流脉冲大（电阻性负载时）。在比较两者的电路结构的优缺点以后决定选用单相全波可控整流电路作为主电路。3.具体供电方案电源电压：交流 100V/50Hz100V/50Hz电力电子技术课程设计22.2 单相双半波晶闸管整流电路主电路设计1.主电路原理图2.单相全波整

6、流电路如图(a)所示，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同。(1)输出平均电压为:0ULU=102U2sintd(t)=22U2=0.9 U2(2)流过负载的平均电流为：IL=L2RU22=L2R U0.9 (3)二极管所承受的最大反向电压为：maxRU=22U2 (4)单相全波整流电路的脉动系数 s 与单相桥式整流电路相同：s=22U223U24=32=0.67电力电子技术课程设计3在单相全波整流电路的变压器中，只有交流电流流过;而在半波和桥式整流电路中，均有直流分量流过。单相全波整流电路的总体性能优于单相半波和桥式整流电路，故广泛应

7、用于直流电源中。2.变压器二次测电压的计算电源电压交流 100/50Hz，输出功率 500W，移相范围：0-180。设 R=1.25,=0 所以=Ud/R Ud=25V3.变压器一二次侧电流的计算P=IdR Id=20A U1/Ud=100/25 N1/N2=4/1 I1=Id/4=5 A4变压器容量的计算S=U1i1=1005=0.5kVA 5变压器型号的选择N1:N2=4：1;S=0.5kVA电力电子技术课程设计43 元件的选择3.1 电路元件的选择1.整流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

8、流最大值的计算 晶闸管的主要参数如下：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 23 倍，以保证电路的工作安全。晶闸管的额定电压 UNVT=minUDRM，URRM UNVT（23）22U2 （3-1）UNVT：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压

9、UNVT=(23)22U2=（141.4212.1）V通过晶闸管的电流的平均值 IvT(AV)额定电流INVT Ivt(AV)=Id/2=10AIm=IVt(AV)=31.4AINVT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。电力电子技术课程设计5（2

10、）整流元件型号的选择晶闸管的选择原则：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（1.52）倍的安全裕量。即INVT(1.52)IVT/1.57=（19.1-25.5）A INVT=20A 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.3.2 保护元件的选择1.变压器二次侧熔断器的选择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

11、，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tI2值应小于被保护器件的允许tI2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。2.晶闸管保护电路的选择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

12、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.保护电路原理图及工作原理电力电子技术课程设计6 过流、过电压保护电路如图三图三 过流、过电压保护电路4：晶闸管简介晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957 年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958 年将其商业化；晶闸管是 PNPN 四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工

13、作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。定义定义晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。种类种类按关断、导通及控制方式分类按关断、导通及控制方式分类电力电子技术课程设计7晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG 晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。按引脚和极性分类按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极

14、晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。电力电子技术课程设计8电力电子技术课程设计94 单相双半波整流电路的相控触发器电路 4.1 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。4.24.2、芯片引脚功能芯片引脚功能功 能 输出 空锯齿波形成-Vee(1k)空

15、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 23 45 6 78910 111213141516 表一 4.3、相控触发电路原理图及工作原理 4.3、相控触发电路原理图及工作原理电力电子技术课程设计10 图四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

16、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，电路图如图四所示。电力电子技术课程设计115 单相双半波整流电路总设计结果5.1 晶闸管工作原理晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结 J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从 P1、P2、N2引入 A、G、K 三个电极，如图五(a)所示。由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图五（b）所示的两个晶闸管 T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。图五 晶闸管的内部结构和等效电路一个 PNPN 四层结构的两端器件，可以看成电流放大系数分别为1和2的211PNP和221NPN晶体管，其中2J结为共用集电结。当器件加正向电压时。正偏1J结注入空穴经过1N区的输运，到达集电极结（2J）空穴电流为AI1；而正偏的3J结注入电子，经过2P区的输运到达2J结的电流为KI2。由于2J结处于反向，通过2J结的电流还包括自身的反向饱和电流COI。晶闸管导通与关断两