单相桥式可控整流电路课程设计报告

北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY1《单相桥式可控整流电路设计》设计报告院（系、部）：信息工程学院姓名：姜浩森学号：130696年级：大三专业：电气工程及其自动化任课教师：宋晓通2016年1月·北京北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY2目录摘要……………………………………………………………………………3课程设计的目的及要求………………………………………………………4第1章总体设计方案…………………………………………………………51.1总体设计思路……………………………………………………………51.2主电路设计……………………………………………………………61.3主电路工作原理…………………………………………………………7第2章保护电路的设计………………………………………………………72.1过电压保护………………………………………………………………82.2过电流保护………………………………………………………………82.3抑制电路…………………………………………………………………92.3.1电流上升的抑制保护……………………………………………92.3.2电压上升的抑制保护……………………………………………10第3章元器件参数计算选取与总电路图……………………………………103.1整流电路参数计算………………………………………………………103.2元件型号的选择…………………………………………………………113.3电路总接线图……………………………………………………………12第4章心得与体会……………………………………………………………13参考文献……………………………………………………………………13附件A元器件清单…………………………………………………………14北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY3摘要单相桥式可控整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其效率高原理及结构简单在单相整流电路中应用较多，在设计单相桥式可控整流电路时，从总电路电路出发根据负载择优选着方便的同步触发电路，并逐一设置各种保护电路使电路安全有效的运行，最终达到整流的目的。AbstractSingle-phasecontrolledrectifierbridgeisthemostbasicACtoDCcircuit,theefficiencyofhighprincipleandstructureofsimplesingle-phaserectifierintheapplicationofmorecontrolledinthedesignofsingle-phasebridgerectifiercircuit,fromThetotalcircuitcircuitstartingwiththeloadmeritselectionandconvenientsynchronizationtriggercircuit,andonebyonetosetvariousprotectioncircuittoenablesafeandeffectiveoperationofthecircuit,ultimatelythepurposeofrectification.北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY4课程设计目的及要求课程设计目的综合课程设计是学生学完专业基础课后综合应用所学知识、结合工程实际问题的一次重要教学实践，培养学生理论联系实际、技术结合经济、综合考虑问题进行设计计算与绘图等能力。为后续课程的学习以及毕业设计，毕业后的工作打下基础。课程设计题目单相桥式可控整流电路设计设计基本条件：电网电压AC220V,50Hz,电阻性负载：50ohm，要求输出功率：0-500W可调课程设计任务１确定主电路的拓扑结构（要求对2-3个方案进行比较、论证，并确定最后选择的方案。2功率器件的计算和选择（具体包括主电路中的主要元器件，如整流晶闸管、吸收阻容、整流变压器等的计算选择）3整流变压器的容量选择4电路保护环节设计（主要是对变压器、整流晶闸管等的保护，需要考虑过流、过压、短路、电流上升率、电压上升率等方面的保护。）课程设计的总体要求（1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。（2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。（3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。（4）按时参加课程设计指导，定期汇报课程设计进展情况。（5）广泛收集相关技术资料。（6）独立思考，刻苦钻研，严禁抄袭。（7）按时完成课程设计任务，认真、正确地书写课程设计报告。（8）培养实事求是、严谨的工作态度和认真的工作作风。北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY5第1章总体设计方案1.1总体设计思路方案一：方案一缺点：没有对电源侧触发电路和控制电路加保护电路，若电网供电不稳会使变压器元器件损坏。同时负载电路未加以控制，负载电路的功率需求直接影响着控制电路的状态。方案二：方案二的缺点：缺少触发电路，使主电路无法正常工作；控制电路未加保护，电流过大会使电路器件损坏220v交流电源控制电路保护电路直流负载电路整流电路驱动电路电源输入主电路负载电路保护电路控制电路北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY6方案三：方案三的优点：不仅对主电路的元器件，如整流晶闸管，吸收阻容，整流变压器加以保护，而且能够根据负载功率需求来控制晶闸管的触发角，电路运行稳定，高效，因此选择方案三。1.2主电路设计原理图一：单相半波整流电路的特点如下：（1）电路简单，使用器件少。（2）无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，2045.0VV。（3）整流电压的脉动较大。（4）变压器的利用率低，会出现失控现象。因此不采用单相半波整流电路。电源输入主电路负载电路控制电路触发电路保护电路北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY7原理图二：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，所以选择此方案。1.3主电路工作原理（电阻负载）（1）在U2正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。假如4个晶闸管的漏电阻相等，则Ut1.4=Ut2.3=1/2u2。（2）在U2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。（3）在U2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。（4）在U2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（Ud=-U2）和电流，且波形相位相同。北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY8第二章保护电路的设计2.1过压保护电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，包括：（1）操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压会由供电变压器电（感）磁感应耦合，或由变压器绕组之间存在的分布电容静电感应耦合过来。（2）雷击过电压：由雷击引起的过电压。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。过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。压敏电阻过压阻容抑制过压在此我们采用储能元件保护即阻容保护。2.2过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；以北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY9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。采用快速熔断器作过电流保护，其接线图（见图3.2）。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以对元件的保护作用最好，这里就应用这一方法快熔抑制过电流电路图如下图所示：A型B型C型图3.2A型熔断器特点：是熔断器与每一个元件串连，能可靠的保护每一个元件。B型熔断器特点：能在交流、直流和元件短路时起保护作用，其可靠性稍有降低C型熔断器特点：直流负载侧有故障时动作，元件内部短路时不能起保护作用因此我们选择A型保护。2.3抑制电路2.3.1电流上升的抑制保护晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY10串联电感抑制保护2.3.2电压上升的抑制保护加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。阻容吸收电路第3章元器件参数计算选取与总电路图3.1整流电路参数计算纯电阻负载时：晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为222U和22U。负载电压平均值2cos19.0wtsinwtd2122dUUU变压器变比K=1变压器二次侧电流有效值RUI2222sin，0°时最大，2I=4.4A变压器容量WAVIUS9684.422022负载平均电流ARUI96.39.02d流过晶闸管平均电流VIIVT98.12dd流过晶闸管电流有效值ARUIVT11.322sin22晶闸管额定电压VUVTN3.622222（取2倍裕量）北京石油化工学院BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHOLOGY11晶闸管额定电流AIIVTNTN96.357.12（取2倍裕量）变压器侧阻容保护：FUSCRRM47.01600300040040023885047.050100f100CRRZWRfCURXURPc41.047.0502102202102626222晶闸管的阻容保护400~20098.11984~24~2dTIURWRPR280~1007.0~5.0FICT0099.0~00495.098.1105~5.2105~5.233