希望-单相桥式可控整流电路的设计

1、 烟 台 南 山 学 院 电力电子技术课程设计题目 单相桥式全控整流电路 姓 名：_ 所在学院：_ _ 所学专业： 班 级 _ 学 号 _指导教师： _ _完成时间：_ _ 17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 11总体设计思路5 12主电路设计 5第2章 触发电路的选择与设计 7 2.1晶闸管的触发电路7 2.2锯齿波触发电路8 2.3集成化晶闸管移相触发电路9第3章 保护电路的设计 10 3.1过电压保护10 3.2过电流保护11第4章 元器件参数计算选取与总电路图12 4.1整流电路参数计算124.2元件型号的选择144.3电路总接线图：15第5章 心得与体会16

2、参考文献17 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 high principle and structure of simple single-phase rectifier i

3、n 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 various protection circuit to enable safe and effective operation o

4、f the circuit, ultimately the purpose of rectification. 课程设计目的及要求一. 课程设计的目的其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告，进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下坚实的基础。二. 课程设计的要求（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、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 总的设计方案 电源 变压器 整流电路 负载 变压器触发电路1.2主电路的设计 主电路原理图及其工作波形 <1>、电阻性负载电阻性负载时输出波形： 2>、电感性负载 电感型负载时输出波形： <3>、带反电动势负载带反电动势负载时输出波形：b)idOEudwtIdOwtaqd 第二章 触发器的选择与设计2.1 晶闸管的触发电路 常见的晶闸管触发电路（1） 由V1、V2构

6、成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM和附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。（2） 当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。（3） VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的。 （4） 为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。 晶闸管触发电路应满足下列要求（1） 触发脉冲的宽度应该保证晶闸管的可靠导通，对感性和反电动势负载的变流器采用宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的启动，双星型带平衡电抗器电路的触发脉冲应该宽于30°，三相全控桥式电路应小于60°或采用相隔60°的双窄脉冲。（2）

7、 脉冲触发应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的35倍，脉冲前沿的陡度也要增加。一般需达1-2A/us（3） 所提供的触发脉冲不应超过晶闸管门极的电压、电流和额定功率，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。（4） 应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及主电路的电气隔离。 2.2锯齿波的触发电路 电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。脉冲形成环节 由晶体管V4、V5组成，V7、V8起脉冲放大作用。 控制电压uco加在V4基极上。电路

8、的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。 脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。锯齿波的形成和脉冲移相环节 锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等，本电路采用恒流源电路。 恒流源电路方案由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路同步环节触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。 锯齿波是由开关V2管来控制的，V2开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零

9、点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C1。双窄脉冲形成环节 内双脉冲电路：每个触发单元的一个周期内输出两个间隔60°的脉冲的电路。V5、V6构成一个“或”门，当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。 第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角a产生。隔60°的第二个脉冲是由滞后60°相位的后一相触发单元产生（通过V6）。 在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此间隔60°，相邻器件成双接通，所以某个

10、器件导通的同时，触发单元需要给前一个导通的器件补送一个脉冲。 最终输出的脉冲波形为： 锯齿波同步触发脉冲不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，而且移相范围宽。（所以我选取该触发器做设计。）2.3集成化晶闸管移相触发电路 随着电力电子技术及微电子技术的发展，集成化晶闸管触发电路已得到广泛应用。集成化触发电路具有体积小、功耗小、性能稳定可靠、使用方便等优点。相控集成触发器主要有KC系列和KJ系列，广泛应用于晶闸管电力拖动系统、整流供电装置、交流无触点开关，以及交流和直流的调压、调速、调光等领域。下面介绍KJ004晶闸管移相触发电路的工作原理。集成触发器KJ004 KJ004电路原理图

11、集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代分立式电路。 KJ004与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。其脉冲输出波形为右图所示： 第三章 保护电路的设计 保护电路的设计 在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计采用合适的过电压、过电流、du/dt保护和di/dt 保护也是必要的。 3.1 过电压保护 电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内应过电压两类。外应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，快速直流开关的

12、切断等经常性操作中的电磁过程引起的过压。（2）雷击过电压：由雷击引起的过电压。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：（1）换相过电压：由于晶闸管或者全控器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复，当其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。（2）关断过电压：全控型器件在较高的频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。过压保护要根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的保护电路，当达到定电压值

13、时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压保护电路如图5所示。3.2过电流保护 晶闸管承受过电流的能力很低，若过电流数值较大且时间较长，则晶闸管会因热容量小而产生热击穿损坏。为了使晶闸管不受损坏，必须设置过流保护，使晶交流侧自动开关或直流侧接触器跳闸。其动作时间约为100200m

14、s，因此只能保护因机械过负载而引起的过电流，或在短路电流不大时，对晶闸管起保护作用。（1） 直流快速开关 对于大容量高功率经常容易短路的场合，可采用动作时间只有2ms的直流快速开关。它的断弧时间仅有2530ms，装在直流侧可有效的用于直流侧的过载保护与短路保护。它经特殊的设计，可以先于快速熔断器熔断而保护晶闸管。但此开关昂贵复杂，使用不多。快速熔断器闸管在被损坏之前就迅速切断电流，并断开桥臂中的故障元件，以保护其他元件。晶闸管过流保护措施有以下几种。（2） 交流短路器 交流短路器的作用是当过电流超过其整定值时动作，切断变压器一次侧交流电路，使变压器退出运行。短路器动作时间较长，约为100200

15、ms。晶闸管不能在这样长的时间里承受过电流，故它只能作为变流装置的后备保护。（3） 进线电抗器 进线电抗器串接在变流装置的交流进线侧，以限制过电流。其缺点是有负载时会产生较大的压降，增加了线路损耗。 （4） 过电流继电器（5） 过电流继电器可安装在直流侧或交流侧，在发生过电流时动作，使 熔断器是最简单有效的且应用普遍的过流保护器件。针对晶闸管的特点，专门设计了快速熔断器，简称快熔。其熔断时间小于20ms，能很快的熔断，达到保护晶闸管的目的。 快熔的选择：快熔的额定电压URN不小于线路正常工作电压的均方根值；快熔的额定电流IRN应按它所保护的原件实际流过的电流的均方根值来选择，而不是根据元件型号

16、上标出的额定电流IT来选择，一般小于被保护晶闸管的额定有效值1.57IT。快熔接法如右： 其中交流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起保护作用，但要求正常工作时，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。直流侧接快速熔断器只对负载短路起保护作用，对元件无保护作用。只有晶闸管直接串接快速熔断器才对元件的保护作用最好，因为它们流过同个电流因而被广泛使用。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。第四章 元器件参数计算选取与总电路图 （假设负载为220v电动

17、机。）4.1整流电路参数计算 纯电阻负载时： 由图知晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 整流电压平均值为： =0时，Ud= Ud0=0.9U2。=180°时，Ud=0。可见，角的移相范围为180°。向负载输出的直流电流平均值为： 流过晶闸管的电流平均值 ： 流过晶闸管的电流有效值为： 变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为 有上两式得不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。阻感负载时 整流电压平均值为：当a=0时，Ud0=0.9U2。a=90°时，Ud=0。晶闸管移相范围为90°。晶闸管承受的最大正反向电压均为

18、。 晶闸管导通角q与a无关，均为180°，其电流平均值和有效值分别为： 和 。 变压器二次侧电流i2的波形为正负各180°的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。 4. 2元件型号选择 1、变压器T的变比为11：1。2、晶闸管的选取 整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为 Ud0.9 U2 cosa0.9×220×cos0°198V I2Id100(A)晶闸管承受的最大正反向电压为： U220 311（V） 流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 70.7（A） 故晶闸管的额定电压为： UN(23)

19、5;311622933（V） 晶闸管的额定电流为： IN(1.52)×70.71.5767.590.1（A）其型号为KP100-4。 3、快速熔断器的选择IRN=70.7A可选用RSF-1 500/80型号的。其额定电压500V，额定电流80A。4、压敏电阻的选择漏电流为1mA时的额定电压U1mA应大于等于1.3 U。U为压敏电阻两端正常工作电压的有效值； 可选择MY31-410/3 普通型压敏电阻器，其标称电压410V，通流容量为3KA。5、并联于晶闸管两端的RC为： R2 =20, C2=0.25f。 6、电感L的作用是平波，防止电流发生断续现象。其值要足够大。 根据公式 =6.3H 7.经计算下图中R1=5，C1=13.6f。4.3电路总接线图：第五章 心得与体会电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之