单相桥式可控整流电路的设计

1、烟台南山学院电力电子课程实设计电力电子课程设计 烟台南山学院设计题目: 单相桥式可控整流电路的设计（中文）Single-Phase Full-Bridge Controlled Rectifier(英文)院系:自动化工程学院专业:自动化姓名:李千峰学号:2007790018指导老师:李训杰完成时间:2009-5-16摘 要 随着整流技术的日益完善,在现代生产中的应用也越来越多,整流电路（Rectifier）是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式各种各样，各具特色，通过在学习中分析和研究其工作原理，基本数量关系，以及负载性质对整流电路的影响，整流电路应用于电

2、化工业、交通运输业中的磁悬浮列车的研发以及飞机船舶等各行各业，由于现代生产中的整流技术大多采用单相桥式可控整流电路,因此研究整流电路具有重要意义。本设计主要研究单相桥式可控整流电路，对其工作原理及主要参数进行分析总结，进而更好的应用。关键词：整流、单相桥式、触发电路、保护电路。ABSTRACTRectifier with the improvement in technology in the modern production of more and more Rectifier (Rectifier) power electronic circuits in a first, it wil

3、l become a DC alternating current, a wide range of applications, the circuit forms diverse and unique learning through analysis and research of its working principle, the basic relationship between the number and nature of the rectifier load the effect of rectifier used in chemical industry, electri

4、city, transport of magnetic levitation train, as well as the R & D all walks of life, such as aircraft and ships, as a result of modern production technology in most of the rectifier bridge single-phase controlled rectifier circuit, so research is important rectifier circuit. The research design

5、 of single-phase controlled rectifier bridge, its working principle and the main parameters analyzed and summarized, and a better application. Keywords: rectifier, single-phase bridge, trigger circuit, the protection circuit.目 录摘要 2目录 3第一节 主电路设计 41.1 整流主电路选择 41.2 晶闸管的选择 51.3 整流变压器参数计算 61.4 负载形式及应用 6

6、第二节 触发电路设计 72.1 触发电路原理 72.2 常用触发电路的比较及电路 8第三节 保护电路设计 93.1 过电压保护 93.2 晶闸管过电压保护措施 103.3 过电流保护 10第四节 单相桥式可控整流电路总电路设计 114.1 总电路图 11第五节 元器件选择及参数计算 125.1 变压器的计算 125.2 晶闸管的选择 125.3 晶闸管保护环节的计算 135.4 快速熔断器的选择 13第六节 参考文献 14单相桥式整流流电路的设计可控整流电路的一般结构系统框图如下所示： 1-电源（工频电网及整流变压器）；2-整流主电路；3-滤波电路；4-负载； 5-控制电路及保护电路第一节 主

7、电路设计1.1 整流主电路的选择整流主电路的选择，应根据用户要求、用户所提供的电源以及装置容量来决定。一般情况下，装置容量在5KW以下，多采用单相整流电路，对于有逆变桥要求的宜采用单相全控无续流的整流电路；而大于5KW以上，额定直流电压又较高时，多采用三相整流电路，对于有可逆变要求，宜采用全控桥，而要求纹波系统小，提供低电压、大电流宜采用带平衡电抗器六相双反星形晶闸管整流电路，总之，选择整流主电路的主要原则有：1）整流器开关器件的电流容量和电压容量必须得到充分利用；2）整流器直流输出电压波纹系统越小越好，以减小整流直流电压的脉动分量，从而完全省去或减小平波电抗。3）应减少整流器的交流侧的谐波分

8、量，从而减少整流设备给电网带来的谐波污染，以保证整流器有较高的功率因数和减小对电网和弱电系统的干抗。4）应充分利用整流变压器的容量，使变压器的等值容量S尽可能接近于直流容量P，并避免产生磁通直流分量。主电路电路图 如图（1-1）所示。 图（1-1）1.2 晶闸管的选择根据选择好的主电路，确定晶闸管的参数。（1） 晶闸管的额定电压 VTN 如果整流器件实际承受到最大峰值电压 VM ，则应选择整流器件的额定电压为 VTN = （23）VM式中，系数（23） 是考虑操作过电压等因素的安全系数，对于要求可靠性高的设备应取大者。（2） 晶闸管的额定 （通态）电流 ITA 因为晶闸管通过正弦半波电流后的电

9、流有效值 I和额定电流 （通态平均电流） ITA 存在如下关系： I=1.57 ITA 实际流过晶闸管的有效值是等于波形系数 KF （即晶闸管电流有效值与平均值之比） 与晶闸管电流平均值的乘积。晶闸管电流平均值与负载电流ID 和整流电路形式有关：IDO =ID/KB （KB 为共阴或共阳的支路数，单相桥 KB = 3 ，三相桥KB = 3 ）。因此，晶闸管的额定电流： ITA = （1.52）KF ID / 1.57 Kd 当单个晶闸管的电流容量不够时，可采用多管并联来实现。1.3 整流变压器参数计算根据负载所要求的直流平均电压VD 和电流ID ，可以选择晶闸管整流电路的形式。主电路形式定下，

10、就可确定变压器的形式，是采用单相还是三相变压器，在一定的平均电平VD 和一定的主电路形式下，其交流侧的的电源相电压有效值V2 只能在一个较小范围内变化，若V 2 选的过高，则晶闸管触发延迟角增大，使变压器、晶闸管利用率降低，功率因数降低，无功功率增大，并使电源回路的电感压降增大。若V 2 选的过低，达不到VD 可调范围，甚至存在触发延迟角为零的情况，输出电压VD 不满足负载要求。（1）变压器二次相电压V2 在要求精度不高的情况下，可按下式来选择V2 ： V2 = (1.21.5) VN / A 式中，VN 为负载电压；A为整流系数。1.4 负载形式及应用（1）电阻性负载：如电解、电镀和电焊等属

11、于电阻性负载它的特点是电流和电压的波形形状相同，如图（1-2）所示。 图（1-2）（2） 电感性负载：各种电机的激磁绕组、经大电抗器滤波的负载都属于电感性负载，其特点是，当电抗值比串联的电阻值大得多时，负载电流波形易于连续较平直，如图（1-3）所示。 图（1-3）第二节 触发电路设计 2.1 触发电路原理触发电路性能的好坏，直接影响晶闸管电路工作的可靠性，也影响系统的控制精度，正确选用或设计触发电路是晶闸管电路应用设计的重要环节。为此，对晶闸管触发电路的技术要求：1） 触发脉冲必须保持与主电路交流电源同步，以保证每个周期都在相同的触发延迟角下对对应的晶闸管触发。2） 触发脉冲应有一定的移相范围

12、，对于不同的主电路要求移相范围不一样，对于要求工作在整流状态的电路中，要求为0180度3） 触发信号要有足够的能量（功率或电流）触发电路送出的触发电压和电流必须大于门极所要求的触发电压 VGT 和触发电流 IGT 。4） 触发电路输出级的漏电压不应大于0.150.2 V 。5） 触发脉冲上升沿应陡峭，一般要求从0.1 VM 到 0.9 VM 所需时间小于10us ,具有一定得强触发能力。6） 触发脉冲应有一定的宽度，一般要求大于2050us,对于感性负载，其触发脉冲应大于100us，最好为1ms 。2.2 常用触发电路的比较及电路（1）阻容移相桥触发电路优点:结构简单、成本低、工作可靠、调节方

13、便。缺点：触发电压为正弦波，上升沿不陡，受电网波动性大，准确性差。适用范围：适用于小功率晶闸管整流装置，且控制精度要求低的场合。（2）单结晶体管触发电路优点：电路简单、成本低、触发脉冲沿陡，工作可靠、抗干扰能力强，易于调试。缺点：脉冲宽度窄，输出功率小、控制线性度差，移相范围小。电路参数差异大，在多相电路中使用不易一致。适用范围：不附加放大环节，可触发50A以下的晶闸管，常用于要求不高的小功率单相或三相半波电路中，但在大电感负载中不宜采用。（3）正弦波同步触发电路优点：触发电路简单，易于调整，能输出宽脉冲，在引入正反馈时脉冲沿陡度可提高。缺点：受电网电压的波动和干扰影响大。适用范围：不适用于电

14、网电压波动大的场合，可用于功率较大的晶闸管装置中。（4）锯齿波同步触发电路优点：它不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，移相范围宽。缺点：整流输出电压 VD 与控制电压 VC 间不是线性关系，电路比较复杂。适用范围：在大中容量晶闸管装置中得到广泛应用。（5）集成触发电路优点：体积小、功耗低、调试方便、性能稳定可靠。缺点：移相范围小，为保证触发脉冲对称度，要求交流电网波形畸变率小于5% 。适用范围：广泛应用于各种晶闸管触发电路中。（6）数字式触发电路优点：触发准确、精度高。缺点：线路复杂、成本高。适用范围：用于要求较高的场合。触发电路电路图 如图（2-1）所示。图（2-1）第三节

15、保护电路设计3.1 过电压保护 过电压保护 晶闸管电路发生过电压情况有：交流侧过电压、直流侧过电压和关断时出现的过电压。3.2 晶闸管过电压保护措施（1）雷电过电压保护 雷电过电压保护采用避雷针。（2）交流侧过电压保护 1）阻容保护 电路如图（3-1）所示。图（3-1）表 3-1 晶闸管阻容电路经验数据晶闸管频率电流/A1000500200100502010电容/uF210.50.250.20.150.1电阻25102040801002）压敏电阻保护 压敏电阻具有正、反向相同很陡的伏安特性，正常工作时漏电流很小，当达到过电压值时，允许通过很大电流，是电压被钳位，起到过电压保护。3.3 过电流保

16、护1）在交流进线中串电抗器。2）在交流侧设置过电流保护装置。3）直流侧接入快速熔断器防止短路。电路如图（3-2）所示。图（3-2）熔断器保第四节 单相桥式可控整流电路总电路设计4.1 总电路图如图（4-1）所示第五节 元器件选择及参数计算5.1 变压器的计算（1）V2 的计算 V2 =（1.21.5）VNVA取A=0.9得 V2 =（1.21.5）110/0.9 V=146.67183.33V取V2 =160V电压比K =V1V2 =1.3755.2 晶闸管的选择（1）晶闸管的额定电压VTN =（23）2 ×160V =452.55678.82V取ITN =600V（2）晶闸管的额定电流 ITN =（1.52）KFBID取KFB = 0.45 有ITN =（1.52）0.45×17.7=11.9515.93A取ITN =20A5.3 晶闸管保护环节的计算1）阻容保护C6i0 % S V2 2 =6×12×354025600uF = 99.56uF耐压为 1.5 VM =339.41V选10 uF、耐压为400V的CJ系列纸介质电容器电阻选0.01K、10W的金属膜电容5.4 快速熔断器选择I2 =17.7A 1.57 ITA IFU IT = I2 IFU IT =17.7A取IFU = 20A 可选RLS-50 熔断器熔体额定电流