单向半波可控整流电路0

1、 南京工程学院 课程设计说明书课程设计说明书题 目 单向半波可控整流电流仿真 课 程 名 称 电力电子技术课程设计 院（系、部、中心） 康尼学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 K 电气 111 学 生 姓 名 吕洋 学 号 240112022 设 计 时 间 2013.12.162013.12.27 设 计 地 点 工程实践中心 8321 指 导 教 师 陈刚 2013 年 12 月 南 京 南京工程学院成绩 南京工程学院 课程设计说明书课程设计说明书题 目 单向半波可控整流电流仿真 课 程 名 称 电力电子技术课程设计 院（系、部、中心） 康尼学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级

2、K 电气 111 学 生 姓 名 马超 学 号 240112023 设 计 时 间 2013.12.162013.12.27 设 计 地 点 工程实践中心 8321 指 导 教 师 陈刚 2013 年 12 月 南 京 南京工程学院成绩 南京工程学院 课程设计说明书课程设计说明书题 目 单向半波可控整流电流仿真 课 程 名 称 电力电子技术课程设计 院（系、部、中心） 康尼学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 K 电气 111 学 生 姓 名 吴冠贤 学 号 240112032 设 计 时 间 2013.12.162013.12.27 设 计 地 点 工程实践中心 8321 指 导 教 师

3、 陈刚 2013 年 12 月 南 京 南京工程学院成绩目目 录录 一一 单相半波可控整流电路（电阻性负载）单相半波可控整流电路（电阻性负载）.一、 电路结构和工作原理.二、 建立仿真模型.三、 仿真结果分析.四、 小结. 二二 单相半波口控整流（阻单相半波口控整流（阻-感性负载）感性负载）.一、 电路结构和工作原理.二、 建立仿真模型.三、 仿真结果分析.四、 小结. 三三 阻感性负载加续流二极管电路阻感性负载加续流二极管电路.一、 电路结构和工作原理.二、 建立仿真模型.三、 仿真结果分析.四、 小结.一、一、 单相半波可控整流电路（电阻性负载）单相半波可控整流电路（电阻性负载）1. 电路

4、的结构与工作原理(1) 电路结构图 1-1 是单向半波可控整流电路原理图，晶闸管作为开关元件，变压器 T 起变换电压和隔离的作用。 u1Tu2 uGuTidRud图 1-1 单向半波可控整流电路（电阻性负载）(2) 工作原理 1)在电源电压正半波（0 区间） ，晶闸管承受正向电压，脉冲 uG 在 t= 处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流 id,负载上有输出电压和电流。 2）在 t= 时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。 3）在电源电压负半波（2 区间） ，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。 直到电源电压 u2

5、的下一周期的正半波，脉冲 uG 在 t=2+ 处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。 (3) 基本数量关系a.直流输出电压平均值：2cos145. 02cos12)(sin221222UUtdtUUdb.输出电流平均值：=Id2cos145. 02RRUUdC.负载电压有效值： 22sin4122122sin2UtUtdUd.负载电流有效值：22sin412RRUIU(4)晶闸管的选型要求输出电压 Ud=240V Id=20AU2=Ud/0.45*(1+cos)*2=0时 U2=533V R=Ud/Id=240/20=12变压器二次侧的电流有效值 =3

6、1.4A22sin412RRUIU变压器容量为 S=U2I2=533*31.4=16.74KVA所以变压器的容量至少要 16.74KVA 才能满足要求对晶闸管选型由于晶闸管电流有效值：IVT=I2=31.4A不考虑安全裕量 kf: IVT(AV)=IVT/1.57=20A晶闸管所承受最大的反向电压VU78.75353322max2按安全裕量为 2 计算，有： 2*20=40A 2*753.78=1507.56V选择电流与为 50A 电压为 1600V 的晶闸管。根据上面两表可选择 KP50 和 KK50 两种型号的晶闸管。下面根据下表考虑经济性。VDRMVDRMVRRMVRRMIT(AIT(A

7、V)8V)855Tq100Tq10030V/30V/SSVTMIVTMITM(maTM(max)x)IGIGT(T(mamax)x)VGVGT(T(mamax)x)IDRIDRM MIRRIRRM MIHIH (max(max) )TjTjm mITSMITSM10ms10msI I2 2t1t10ms0msdv/dt(dv/dt(min)min)di/dt(di/dt(min)min)Rthjc(max)Rthjc(max)TypeType(V)(V)(A)(A)(S)(S)(V/A)(V/A)(mA)(mA)(V)(V)(mA(mA) )(mA)(mA) (A)(A)(KA(KA2 2S

8、S) )(V/S(V/S) )(A/S(A/S) )(/W)(/W)外形外形推荐散热推荐散热器型号器型号KK5-KL6500-16005202.4 /15702.0560100900.040200 2.5KL6SZ14KK10-KL10500-160010202.4 /301002.081001001800.180200501.0KL10SZ16KK20-KL10500-160020202.4 /601002.081001003600.720200501.0KL10SZ16KK50-KL12500-160050202.4/1502002.0161001159405200500.4KL12SL1

9、7KK100-KL20500-1800100303.0 /3002002.5201001151900185001000.2KL20SL18晶闸管报价单位（元）浙江温州江苏昆山KP502330KK507571.5经上表选择浙江温州整流管厂型号为 KP50 的晶闸管，价格为 23 元。2. 建模图 1-2 单相半波可控整流电路(电阻性)3. 仿真结果分析1) 延迟角 =30 ; 图 1-3 =30 单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)2) 延迟角 =60 ;图 1-4 =60 单相半波可控整流仿真结果(电阻性负载时)3) 延迟角 =90 ;图 1-5 =90 单相半波可控整流仿真结果(电阻性负

10、载时)4. 小结1）在电源电压正半波（0 区间） ，晶闸管承受正向电压，脉冲 ug 在 t= 处触发晶闸管，晶闸管导通，形成负载电流 id，负载上有输出电压和电流。2）在 t= 时刻，u2=0 电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电压而关，负载电流为零。3）在电源电压负半周（2 区间） ，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。4）直到电源电压 u2 的下一个周期的正半波，脉冲 ug 在 t=2+ 处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加载在负载上，如此不断重复。二、二、 单向半波可控整流电路（阻单向半波可控整流电路（阻- -感性负载）感性负载）1电

11、路的结构与工作原理（1）电路结构 单向半波阻-感性负载整流电路如图 1-8 所示，当负载中感抗远远大于电阻时称为阻-感性负载。LRu1u2TiduTuLuRudVT图 1-8 单相半波可控整流电路(阻-感性)(2) 工作原理1)在 t=0 期间：晶闸管承受正向阳极电压，但没有触发脉冲，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、电流都等于零。2）在 t= 时刻，门极加上触发脉冲，晶闸管被触发导通，电源电压 u2 加到负载上，输出电压 ud=u2。由于电感的存在，在 ud 的作用下，负载电流 id 只能从零按指数规律逐渐上升。3）在 t=t1t2 期间：输出电流从零增至最大值。在 id 的增长过程中，电感

12、产生的感应电势力图阻止电流增大，电源提供的能量一部分供给负载电阻，另一部分转变成电感的储能。4）在 t=t2t3 期间：负载电流从最大值开始下降，电感电压 uL=Ldi/dt 改变方向，电感释放能量，企图维持电流不变。5）在 t= 时，交流电压 u2 过零，但由于电感电压的存在，晶闸管阳、阴极的电压仍大于零，晶闸管继续导通，此时电感储存的磁能一部分释放变成电阻的热能，同时一部分磁能变成电能送回电网，电感的储能全部释放完后，晶闸管在 u2 反向电压作用下而截至。2. 建模 图 1-9 单相半波可控整流(阻感性负载时)3 仿真结果与分析1) 延迟角 =30 图 1-10 =30 单相半波可控整流仿

13、真结果(阻感性负载时)2) 延迟角 =60 图 1-11 =60 单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)3) 延迟角 =90 图 1-12 =90 单相半波可控整流仿真结果(阻感性负载时)4. 小结单向半波可控整流电路的优点是电路简单，调整方便。容易实现；但整流电压脉动大，每周期脉动一次。在仿真电路中要注意的事项：第一，完成仿真电路后脉冲周期和交流电源的周期相一致，第二，要会计算脉冲时间，第三，调整延时，以便更清晰的观察波形图。三、 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)1. 电路的结构与工作原理(1) 电路结构图 1-15 单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)(2)

14、工作原理 1）在电源电压正半波（0 区间） ，晶闸管承受正向电压。脉冲 uG 在 t= 处触发晶闸管使其导通，形成负载电流 id，负载上有输出电压和电流，在此期间续流二极管 VD 承受反向阳极电压而关断。2）在电源电压负半波（2 区间） ，电感的感应电压使续流二极管 VD 受正向电压而导通续流，此时电源电压 u20,u2 通过续流二极管 VD 使晶闸管承受反向阳极电压而关断，负载两端的输出电压仅为续流二极管的管压降。如果电感较小，电流 id 是断断续续的；电感较大时续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使 id 连续，且 id 波形为一条脉动线；电感无穷大时，电流 id 连续，为一平直线。2

15、. 建模图 1-16 单相半波可控整流接续流二极管时电路仿真模型3.仿真结果分析1) =30，图 1-17 =30 单相半波可控整流接续流二极管仿真结果2) =60，图 1-18 =60 单相半波可控整流接续流二极管仿真结果3) =90， 图 1-19 =90 单相半波可控整流接续流二极管仿真结果5. 小结 以上分析可看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波。对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性负载相同，为 0180，且有 +=180。单相半波可控整流器的优点是电路简单，调整方便，容易实现。但整流电压脉动大，每周期脉动一次。变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、利用率低的问题，为使变压器不饱和，必须增大铁心截面，这样就导致设备容量增大。 总结：这学期我们新接触的一门课程，接触的也是以前没有接触过的，是新事物。我们学习的单相半波可控电路，单相半波可控整流电路的优点是电路简单，调整方便，容易实现，其中又分电阻性