单相桥式可控整流电路课程设计报告

1、北京石油化工学院 BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHOLOGY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月北京13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5 1.1总体设计思路5 1.2主电路设计 6 1.3主电路工作原理7第2章 保护电路的设计 7 2.1过电压保护8 2.2过电流保护8 2.3抑制电路9 2.3.1电流上升的抑制保护9 2.3.2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1

2、0 3.1整流电路参数计算10 3.2元件型号的选择11 3.3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-phase controlled rectifier bridge is the most basic AC to DC circuit, the efficiency of

3、high principle and structure of simple single-phase rectifier in the application of more controlled in the design of single-phase bridge rectifier circuit, from The total circuit circuit starting with the load merit selection and convenient synchronization trigger circuit, and one by one to set vari

4、ous protection circuit to enable safe and effective operation of the circuit, ultimately the purpose of rectification.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AC 220V, 50Hz,电阻性负载：50ohm，要求输出

5、功率：0-500W可调课程设计任务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

6、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。第1章 总体设计方案1.1总体设计思路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。电源输入方案二：负载电路主电路控制电路保护电路方案二的缺点：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方案三：

7、触发电路控制电路负载电路主电路电源输入保护电路方案三的优点：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，。（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。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

8、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（）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（）区间，在时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。（3）在U2负半波的（）区间，在区间，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（）区间，在时刻，触发晶闸

9、管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿bVT3RVT2T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。第2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

10、。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

11、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

12、较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/s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。 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

13、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和。负载电压平均值变压器变比K=1变压器二次侧电流有效值，0时最大，=4.4A变压器容量负载平均电流流过晶闸管平均电流 流过晶闸管电流有效值 晶闸管额定电压（取2倍裕量）晶闸管额定电流（取2倍裕量）变压器侧阻容保护：晶闸管的阻容保护熔断器：电感：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。在每个桥臂上与晶闸管串联一个约几到几十微亨的小电感。所以这里取15H。3.2元器件型号的选择变压器变压器容量为968W，因为电阻负载，所以变压器得取23倍，所以我们选取3000VA的变

14、压器。BK-3000VA（50Hz60Hz） 厂家：西奔机电设备制造（上海）有限公司晶闸管晶闸管的反向耐压为，取（23）倍裕量，选择800V耐压，晶闸管的额定电流去（23）倍裕量，选择12A电流。JCT151F-800R 厂家：江苏捷捷微电子股份有限公司变压器侧的阻容电阻和电容R=388，C=0.47F，P=0.41WR取0.5W 390欧C取0.47uf，500V耐压，型号：474K500V 晶闸管阻容电阻与电容R=(200400),C=0.00495F0.0099F,=（100280）WC取0.01F耐压500V，型号：0805高压贴片电容 厂家：淘宝R取100W，300欧姆，型号：RX2

15、0-ZG11 厂家：上海金呈电子有限公司快速熔断器电压电流，3A ，250V 型号 BAF-3 厂家：BUSSMANN电感15H 型号：0630-15UH 厂商：海洋电子科技3.3电路总线路图第4章 心得与体会通过这次对单相桥式全控整流电路的课程设计，让我对整流电路有了更加清晰的认识，同时也对触发电路和保护电路也有了更深刻的认识，这次课程设计应用到multisim软件，设计时借助multisim软件进行系统模型仿真，用各种软件对该电路进行分析，大大简化了计算和绘图步骤。书写课程设计说明书时使用WORD软件，使我掌握了许多关于WORD编辑和排版技巧，提高了自身对一些基本软件的应用技能。总之，这次课程设计不仅增加了我的知识积累，让我有机会将课堂上所学的电力电子理论知识运用到实际中， 这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。参考文献1. 李序葆. 电力电子器件及其应用M.北京：机械工业出版社，2005 2. 刘胜利. 现代高频开关电源实用技术M.北京：电子工业出版社，2001.3. 林渭勋. 现代电力电子电路M.杭州：浙江大学出版社，2002.4. 陈国成.新型电力电子变换技术M.北京：中国电力