單相全控橋式整流電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 主電路的設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1電路的組成及工作原理1</p><p>　　1.2元器件的選擇3</p><p>　　1.3整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算3</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)結(jié)果分析4</p&g

2、t;<p>　　2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路6</p><p>　　3 電力電子器件的保護(hù)7</p><p>　　3.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)7</p><p>　　3.2 過電流保護(hù)7</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)總結(jié)9&l

3、t;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p><b>　　致 謝11</b></p><p>　　附錄 元器件清單12</p><p><b>　　1 主電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.1電路的

4、組成及工作原理 </p><p>　?。?）電路組成：該電路為單相橋式全控整流電路，由變壓器﹑四個(gè)晶閘管﹑電感及電阻組成，如圖1.1（a）所示。</p><p>　　2）工作原理:假設(shè)電路已經(jīng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)，</p><p>　　假設(shè) ，負(fù)載電流連續(xù)，近似為一平直的直線。</p><p>　　電源電壓的正半周，在α=時(shí)，觸發(fā)晶閘

5、管VT1、VT4導(dǎo)通，負(fù)載上的電壓和電源電壓相同。但由于電感的平波作用，電流不能突變，因此電流波形平穩(wěn)近似一條直線。</p><p>　　當(dāng)交流電壓正半周過零開始?jí)湄?fù)時(shí)，由于L的作用，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)UL,阻止電流下降，極性為下負(fù)上正，只要UL在數(shù)值上大于電源負(fù)電壓，已導(dǎo)通的VT1、VT4管仍受正壓而繼續(xù)導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載兩端出現(xiàn)負(fù)電壓。直到電源負(fù)半周時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3管導(dǎo)通，VT1、VT4才會(huì)受反壓關(guān)斷，負(fù)載電流

6、改由VT2、VT3導(dǎo)通回路供應(yīng)。因此每個(gè)晶閘管始終導(dǎo)通180°，晶閘管電流為180°底寬、高度為Id的矩形波，在晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻換流。變壓器二次電流為正負(fù)對(duì)稱的矩形波，無直流分量。</p><p>　　3）主要參數(shù)關(guān)系 </p><p>　?、?輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Id</p><p><

7、;b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　?、?晶閘管的電流平均值和有效值 </p><p>　?。?-3） </p><p><b>　?。?-4）</b></p><p&

8、gt;　?、郏ㄝ敵鲭娏饔行е礗和變壓器二次電流有效值</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　?、?晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為</p><p><b>　?。╝）</b></p><p>　　圖1.1阻感性負(fù)載電路（ａ）工作波形（b）</p>&

9、lt;p><b>　　1.2元器件的選擇</b></p><p><b>　　晶閘管的選型</b></p><p>　　該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。</p><p>　　Ud=100V時(shí)，不計(jì)控制角余量按=0º計(jì)算</p><p>　　由Ud=0.9U2得<

10、/p><p>　　U2==111V 取150V</p><p>　　U =（2～3）Ut=（2～3）U2=（2～3）150V=735～1102 V （1-6）</p><p><b>　　取U為1000V</b></p><p><b>　　當(dāng)=1時(shí)，</b></p>

11、<p>　　晶閘管額定電流===0.64A （1-7） </p><p>　　考慮2倍裕量：取1.28A</p><p>　　1.3整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算</p><p>　　在很多情況下晶閘管整流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)往往不能一致，同時(shí)又為了減少電網(wǎng)與整流裝置

12、的相互干擾，使整流主電路與電網(wǎng)隔離，為此需要配置整流變壓器。整流變壓器根據(jù)主電路的型式、負(fù)載額定電壓和額定電流，算出整流變壓器二次相電壓U2、一次與二次額定電流以及容量。</p><p>　　由于整流變壓器二次與一次電流都不是正弦波，因而存在著一定的諧波電流，引起漏抗增大，外特性變軟以及損耗增大，所以在設(shè)計(jì)或選用整流變壓器時(shí)，應(yīng)考慮這些因素。</p><p>　?。?）二次相電壓U2<

13、;/p><p>　　平時(shí)我們?cè)谟?jì)算U2是在理想條件下進(jìn)行的，但實(shí)際上許多影響是不可忽略的。如電網(wǎng)電壓波動(dòng)、管子本身的壓降以及整流變壓器等效內(nèi)阻造成的壓降等。所以設(shè)計(jì)時(shí)U2應(yīng)按下式計(jì)算：</p><p>　　U2=　　 （1-8）</p><p>　　式中 U——負(fù)載的額定電壓；</p><p>　　——整流元件的正向?qū)▔?/p>

14、降，一般取1V；</p><p>　　——電流回路所經(jīng)過的整流元件（VT及VD）的個(gè)數(shù)（如橋式=2，半波電路=1）；</p><p>　　A——理想情況下=0º時(shí)U與U2的比值，查表可知；</p><p>　　——電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，一般取0；</p><p>　　——最少移相角，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中總希望U2值留有調(diào)節(jié)余量，對(duì)于可逆直流

15、調(diào)速系統(tǒng)取30º~35º，不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)取10º～ 15º；</p><p>　　C——線路接線方式系數(shù)，查表單相橋式C取0V； </p><p>　　U——變壓器阻抗電壓比，100KV以及取U=0.05，100KVA以上取U=0.05～0.1；</p><p>　　——二次側(cè)允許的最大電流與額定電流之比。</p

16、><p>　　對(duì)于一般的中小容量整流調(diào)壓裝置，其U2值也可以用以下公式估算：</p><p>　　U2=（1.15～1.2） （1-9）</p><p>　　所以根據(jù)以知的參數(shù)及查表得：</p><p>　　U2==143.9V （1-10）</p><p>　　故我們

17、選擇晶閘管的型號(hào)為：KP1.28----10。</p><p>　?。?） 一次與二次額定電流及容量計(jì)算</p><p>　　如果不計(jì)變壓器的勵(lì)磁電流，根據(jù)變壓器磁動(dòng)勢(shì)平衡原理可得一次和二次電流關(guān)系式為：</p><p>　　K== （1-11）</p><p>　　式中 、——變壓器一次和二次

18、繞組的匝數(shù)；</p><p>　　K——變壓器的匝數(shù)比。 </p><p>　　由于整流變壓器流過的電流通常都是非正弦波，所以其電流、容量計(jì)算與線路型式有關(guān)。單相橋式可控整流電路計(jì)算如下：</p><p>　　大電感負(fù)載時(shí)變壓器二次電流的有效值為</p><p>　　2=Id=I=1A （1-1

19、2）</p><p><b>　　U2=110V</b></p><p>　　由一次側(cè)和二次側(cè)電壓得：===2 （1-13）</p><p>　　= =0.5 故=0.5A</p><p><b>　　變壓器二次側(cè)容量為</b></p><p&

20、gt;　　S2=U2==110KVA （1-14）</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)結(jié)果分析</p><p>　　該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。</p><p>　?。?）輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Id</p><p><b>　　（1-15）</b></p>

21、;<p><b>　　（1-16）</b></p><p>　?。?）晶閘管的電流平均值IdvT和有效值IvT </p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　（1-18）</b></p><p>　?。?）輸出電流有效值I和變壓器

22、二次電流有效值I2</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　（4）晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為</p><p><b>　　2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　GTO是電

23、流驅(qū)動(dòng)型器件。它的導(dǎo)通控制與普通晶閘管相似，但對(duì)觸發(fā)前沿的幅值和陡度要求較高，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正向門極電流。要使GTO關(guān)斷則需施加反向門極電流，對(duì)其幅值和陡度的要求則更高，幅值需達(dá)到陽極電流的1/3左右，陡度需達(dá)50A/s，其中強(qiáng)負(fù)脈沖寬度約30s，負(fù)脈沖總寬度100s，關(guān)斷后還需在門極-陰極間施加約5V的負(fù)偏壓，以提高器件的抗干擾能力。</p><p>　　GTO一般用于大容量電流的場(chǎng)合，其驅(qū)動(dòng)電路

24、通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直流耦合式兩種類型。直流耦合式驅(qū)動(dòng)電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可以得到較陡的脈沖前沿，因此目前應(yīng)用較為廣泛，其缺點(diǎn)是功耗大，效率低。直流耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路的電源由高頻電源經(jīng)二極管整流后得到，二極管VD1和電容C1提供+5V電壓，VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成倍壓整流電路，提供+15V電壓，VD4和電容C4提供-15V電壓。場(chǎng)效應(yīng)晶體管V1開通時(shí)

25、，輸出正強(qiáng)脈沖；V2開通時(shí)，輸出正脈沖平頂部分；V2關(guān)斷而V3開通時(shí)輸出負(fù)脈沖；V3關(guān)斷后電阻R3和R4提供門極負(fù)偏壓。</p><p><b>　　圖2.1 總電路</b></p><p>　　3 電力電子器件的保護(hù)</p><p>　　在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)，過電流保

26、護(hù)，du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必不可少的。</p><p>　　3.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)</p><p>　　電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。</p><p>　　(1):外因過電壓　主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：</p><p>　　操作過電壓：由分閘，合閘等開關(guān)操作引起的過電

27、壓，電網(wǎng)側(cè)的操作過電壓會(huì)由供電變壓器電磁感應(yīng)耦合，或由變壓器繞組之間的存在的分布電容靜電感應(yīng)耦合過來。雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。</p><p>　　(2): 內(nèi)因過電壓　主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括以下幾個(gè)部分。</p><p>　　換相過電壓：由于晶閘管或者與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能恢復(fù)阻斷能力時(shí)，因而有較大的反向電流通過，使殘存的載流子恢復(fù)，

28、而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在晶閘管陰陽極這間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。</p><p>　　關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。</p><p>　　各電壓保護(hù)措施及配置位置，各電力電子裝置可視具體情況只來用采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因

29、過電壓的裝置，其功能屬于緩沖電路的范疇。在抑制外因過電壓的措施中，采用RS過電壓抑制電路是最為常見的。RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（通常供電電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱閥側(cè)）或電力電子電路的直側(cè)流。對(duì)于大容量的電力電子裝置，可采用圖1－39所示的反向阻斷式RC電路。有關(guān)保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算可參考相關(guān)的工程手冊(cè)。采用雪崩二極管，金屬氧化物壓敏電阻，硒堆和轉(zhuǎn)折二極管（BOD）等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較為常用的手段

30、。</p><p><b>　　3.2 過電流保護(hù)</b></p><p>　　電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時(shí)采用幾種過電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時(shí)的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流快速斷路器在電子電力動(dòng)

31、作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器在過載時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：</p><p>　　1、電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來確定。</p><p>　　2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定。快熔一般與電力半導(dǎo)體體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。</p><p>

32、　　3、快熔的It值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許It值。</p><p>　　4、為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。</p><p>　　快熔對(duì)器件的保護(hù)方式分為全保護(hù)和短保護(hù)兩種。全保護(hù)是指無論過載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用，此方式需與其他過電流保護(hù)措施相配合。<

33、/p><p>　　對(duì)一些重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或者工作頻率較高，很難用快熔保護(hù)的全控型器件，需要采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。除了對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的沖擊電流等變化較慢的過電流可以用控制系統(tǒng)本身調(diào)節(jié)器進(jìn)行對(duì)電流的限制之外，需設(shè)置專門的過電流保護(hù)電子電路，檢測(cè)到過流之后直接調(diào)節(jié)觸發(fā)，驅(qū)動(dòng)電路，或者關(guān)斷被保護(hù)器件。</p><p>　　此外，常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，這種措

34、施對(duì)器件過電流的</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過單相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)整流電路的理解，讓我對(duì)電力電子該課程產(chǎn)生了濃烈的興趣。</p><p>　　整流電路的設(shè)計(jì)方法多種多樣，且根據(jù)負(fù)載的不同，又可以設(shè)計(jì)出很多不同的電路。其中單相全控橋式整流電路其負(fù)載我們用的多的主要是電阻型、帶大電感

35、型，接反電動(dòng)勢(shì)型。它們各自有自己的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)于一個(gè)電路的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該對(duì)它的理論知識(shí)很了解，這樣才能設(shè)計(jì)出性能好的電路。整流電路中，開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo)影響很大。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)是我收獲最大的一次，雖然中途遇到了不少困難，但還是被我逐步解決了。這次是我首次做課程設(shè)計(jì)，感覺比較棘手，

36、因?yàn)樗粏问且竽銌渭兊赝瓿梢粋€(gè)題目，而是要求你對(duì)所學(xué)的知識(shí)都要弄懂，并且能將其貫穿起來，是綜合性比較強(qiáng)的，盡管如此，我還是迎難而上了，首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，不能盲目地去做，你連任務(wù)都不清楚從何做起呢，接下來就是找相關(guān)資料，我每天除了上圖書館就是在網(wǎng)上找資料，然后對(duì)資料進(jìn)行整理，找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以這個(gè)過程中要花費(fèi)一些時(shí)間做看似無用功的事，其實(shí)不盡然，這其中也拓展了你的知識(shí)面。

37、</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)我對(duì)于文檔的編排格式有了一定的掌握，這對(duì)于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一遍電力電子這門課程，把以前一些沒弄懂的問題這次弄明白了很多。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 石新春 楊京燕 王毅 編《電力電子技術(shù)》中國電力出

38、版社</p><p>　　[2] 劉志剛《電力電子裝置本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)與學(xué)士論文》</p><p>　　[3] 王維平 《電力電子技術(shù)及應(yīng)用》東南大學(xué)出版社2000年</p><p>　　[4] 王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，諧波抑制和無功補(bǔ)償，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　[5] 陳治明.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，

39、1992</p><p>　　[6] 郝萬新，電力電子技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[7] 林渭勛 主編.電力電子電路.杭州：浙江大學(xué)出版社，1986</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過老師的細(xì)心教導(dǎo)和指點(diǎn)和不斷的搜索努力，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里

40、，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩并受益非淺，在此對(duì)老師表示深深的感謝。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這幾周的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)</p>