单相桥式全控整流电路课程设计

0南京工程学院课程设计说明书（论文）题目单相桥式全控整流电路课程名称电力电子技术课程设计院(系、部、中心)电力工程学院专业电气工程与自动化（智能建筑电气）班级智能081学生姓名朱玲丽学号2060812007设计地点指导教师李先允廖德利成绩1设计起止时间：2010年12月27日至2011年1月7日2/41目录任务书............................................................4第1章课程设计目的与要求....................101.1课程设计目的........................................101.2课程设计的预备知识............................101.3课程设计要求.......................................11第2章课程设计方案的选择....................112.1整流电路................................................112.2元器件的选择........................................132.2.1晶闸管.............................................132.2.2可关断晶闸管.................................15第3章主电路的设计................................163.1系统总设计框图....................................163.2系统主体电路原理及说明....................173.3原理图的分析........................................19第4章辅助电路的设计............................204.1驱动电路的设计....................................214.1.1触发电路..........................................214.2保护电路的设计....................................234.2.1主电路的过电压保护电路设计.....244.2.2主电路的过电流保护电路设计......254.2.3电流上升率、电压上升率的抑制保护..................................................................273/41第五章元器件和电路参数计算................285.1.晶闸管的基本特性..............................285.1.1．静态特性.......................................285.1.2．动态特性.......................................305.2晶闸管基本参数....................................325.2.1晶闸管的主要参数说明..................325.2.2晶闸管的选型..................................355.2.3变压器的选取..................................365.3性能指标分析：....................................365.4元器件清单............................................37第六章系统仿真........................................37第七章设计总结........................................394/41任务书1．课程设计应达到的目的1）培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。2）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3）培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4）提高学生课程设计报告撰写水平。2．课程设计题目及要求5/41设计题目：单相桥式全控晶闸管整流电路的设计（反电势、电阻负载）设计要求：设计完成单相全控桥式晶闸管整流电路，并满足下列条件：1、电源电压：交流100V/50Hz2、输出功率：500W3、移相范围0º~90º3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕6/41设计任务：1）进行设计方案的比较，并选定设计方案；2）完成单元电路的设计和主要元器件（晶闸管）的说明；3）完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择；4）完成驱动电路的设计，保护电路的设计；工作量要求：（1）要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过分析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计过程中，并给出这些问题的解法。（2）在老师的指导下，独立完成所设计的系统电路，控制电路等详细设计（包括计算和器件选型）。（3）课程设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路的设计7/41（4）课程设计用纸和格式统一A4纸打印（页边距：上下左右各留1.8cm）大标题：3号字；小标题：4号字；正文：小4号字4．主要参考文献（1）浣喜明，姚为正《电力电子技术》高等教育出版社2004（2）黄俊《半导体交流技术》机械工业出版社1980（3）李传琦《电力电子技术计算机仿真实验》电子工业出版社2006（4）王兆安，刘进军《电力电子技术》机械工业出版社2009（5）李先允《电力电子技术》中国电力出版社20108/415．课程设计进度安排起止日期工作内容12月27日－12月28日12月28日－12月29日12月29日－12月30日1月30日－1月31日1月3日－1月4日1月4日－1月5日1月5日－1月7日收集资料。方案论证主电路设计理论计算。选择器件的具体型号触发电路设计，确定变压器变比及容量总结并撰写说明书6．成绩考核办法9/41教研室审查意见：教研室主任签字：年月日院（系、部、中心）意见：主管领导签字：年月日10/41第1章课程设计目的与要求1.1课程设计目的“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：1）培养综合应用所学知识，并设计出具有电压可调功能的直流电源系统的能力；2）较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。3）培养独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；4）培养分析、总结及撰写技术报告的能力。1.2课程设计的预备知识熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。11/411.3课程设计要求1、单相桥式相控整流的设计要求为：负载为感性负载,L=700mH,R=500欧姆.2、技术要求:1)、电源电压：交流100V/50Hz2)、输出功率：500W3)、移相范围0º~90º按课程设计指导书提供的课题，根据基本要求及参数独立完成设计。第2章课程设计方案的选择2.1整流电路单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。而负载性质又分为带电阻性负载、电阻-电感性负载和反电动势负载时的工作情况。单相桥式全控整流电路（电阻-电感性负载）电路简图如下：12/41Ti2idLRudVT3VT1VT2VT4u1u2(a)图2.1此电路对每个导电回路进行控制，与单相桥式半控整流电路相比，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。单相全控桥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。单相全控桥式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半，且功率因数提高了一半。根据以上的分析，我选择的方案为单相全13/41控桥式整流电路（负载为电阻-电感性负载）。2.2元器件的选择2.2.1晶闸管晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（SiliconControlledRectifier--SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代;20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。1）晶闸管的结构晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。内部结构:四层三个结如图2.22）晶闸管的工作原理图晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）14/41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1.2(左)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2.3（右）所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。图2.2晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形a)晶闸管外形b)内部结构c)电气图形符号d)模块外形图2.3晶闸管的内部结构和等效电路15/413）晶闸管的门极触发条件（1）:晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；（2）：晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通；（3）：晶闸管一旦导通门极就失去控制作用；（4）：要使晶闸管关断，只能使其电流小到零一下。晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流ＩＧ的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。2.2.2可关断晶闸管可关断晶闸管简称GTO1）可关断晶闸管的工作原理16/41图1.3GTO的结构、等效电路和图形符号GTO的导通机理与SCR是完全一样的。GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。GTO在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。晶闸管具有驱动简单第3章主电路的设计3.1系统总设计框图系统原理方框图如3.1所示：单相电源输出驱动电路负载电路保护电路整流电路17/41图3.1系统原理方框图3.2系统主体电路原理及说明Ti2idLRudVT3VT1VT2VT4u1u2(a)图3.2阻感性负载电路（a）工作波形（b）假设，工作于稳定状态，负载电流连续，近似为一平直的直线。(1)工作原理在电源电压2u正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在t时触发，VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T二次侧形成回路，但由于大电感的存在，2u过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续RL18/41导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VT1、VT2承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。在电源电压2u负半周期间，晶闸管VT3、VT