单相半波整流电路 朱宇翔

1、电力电子与电机拖动课程设计单相半波整流电路的设计学院机械电子工程学院姓 名朱宇翔专业11自动化（2）学号201110320205指导老师王 冬完成时间2014年6月5日电力电子与电机拖动课程设计任务书姓名 朱宇翔班级11自动化指导老师王 冬题目:单相半波整流电路的设计输入电压：单相交流220v，50HZ，输出功率：1KW；课用集成电路组成触发电路题的负载性质：电阻，电阻电感任务 和对电路进行主设计、计算与说明。要求计算所用元器件型号参数1、根据课题，查阅相关资料2、画出系统原理框图；3、参数计算和元器件选择4、画出单元电路图；5、画出整体控电路图；6、撰写课程设计报告。（说明书）设计题目，主要

2、技术标和要求；方案选择及至电路工作原理；单元电路设计计算；收获、体会和改进设计的建议；主要参考文献。参考文献目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1、设计任务与设计要求42、设计方案选择5 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3、总电路的原理框图6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4、单元电路的设计7 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 5、总电路的设计8 HYPERL

3、INK l bookmark50 o Current Document 6、参数计算9 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 7、 元器件清单10 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 8、设计总结10 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 9、参考文献111、设计任务与设计要求（1）设计任务1、进行设计方案的比较，并选定设计方案；2、完成单元电路的设计和主要元器件说明；3、完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择；4、驱动电路的设计，保护电路的设计；（2）

4、设计要求:输入电压：单相交流220v，50HZ输出功率：1KW用集成电路组成触发电路负载性质：电阻，电阻电感对电路进行主设计、计算与说明。计算所用元器件型号参数在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思 维方式以及创造能力要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪 些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到 整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经 过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题， 并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能

5、力。要求学生在教师 的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计。课题设计的主要内容是供电方案的选定，主电路的设计，电路元件的选择， 保护电路的选择，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电 路设计。报告最后给出所设计的主电路和控制电路标准电路图。单相桥式整流电路可分为单相全控整流电路和单相半控整流电路，它们所连 接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感 性负载的工作情况。方案一：单相桥式半控整流电路电路简图如下：对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管 代替，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当a突然增大至

6、180或出发脉 冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会 发生一个品闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使Ud成为正弦半波，即 半周期ud为正弦，另外半周期为ud为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波 不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现 象。方案二：单相桥式全控整流电路 电路简图如下：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。根

7、据以上的分析，我们选择的方案是：单相桥式全控整流电路。3、总电路的原理框图该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电 路构成。输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或短 路故障时，不至于伤害到品闸管和负载。在电路中还加了防雷击的保护电路。然 后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。在电路中，过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护，而过压保护 则采用RC电路。整流部分电路则是根据题目的要求，我们选择学过的单相全波 整流电路。该电路的结构和工作原理是利用品闸管的开关特性实现将交流变为直 流的功能。单结品体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于

8、是直接触发 电路它的结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。4、单元电路的设计4.1单结品体管触发电路由单结品体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性 能好，脉冲前沿徒等优点，在容量小的品闸管装置中得到了广泛应用。它由自激 震荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成，电路图如所示。3己vD D 十间V+叫！ I! I! 1! I! 1! I! I! I! I! I! I!M I :；(b)4.2保护电路的设计电力电子系统在发生故障时可能会发生过流、过压，造成开关器件的永久性 损坏。过流、过压保护包括器件保护和系统保护两个方面。检测开关器件的电流、 电压，保护

9、主电路中的开关器件，防止过流、过压损坏开关器件。检测系统电源 输入、输出及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故。例 如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则 是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流 超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状 态，从而抑制过电压或过电流的数值。图过流、过电压保护电路5、总电路的设计6、参数计算当电流变化时电感要产生感应电动势而阻碍其变化，所以，电路电流的变化 总是滞后于电压的变化气=；j g X,/2U2 sin td 伽）=22 U2 cos a = 0

10、.9U2 cos a负载电流连续时，整流电压平均值可按下式计算：输出电流波形因电感很大，平波效果很好而呈一条水平线。两组品闸管轮流 导电，一个周期中各导电180，且与。无关，变压器二次绕组中电流i2的波 形是对称的正、负方波。负载电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1。 在这种情况下：当 a =0 时，=0.叫；当a =90时，U=0，其移相范围为90。d品闸管承受的最大正、反向电压都是。流过每个品闸管的电流平均值和有效 值分别为0I =-vl dV 2 兀 d品闸管承受最大电压为UM =V2U2=V2 X111V = 157V考虑到2倍裕 量，取400V。品闸管的选择原则：I、所选品

11、闸管电流有效值ITn大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。II、 选择时考虑（1.52）倍的安全余量。即ITn =1.57 It（av）=（1.52） Itm。印）*%因为，则品闸管的额定电流为、或）=10A（输出电流的有效值为最小值，所以 该额定电流也为最小值）考虑到2倍裕量，取20A.即品闸管的额定电流至少应大 于 20A。7、元器件清单元器件备注数量整流变压器变比为2,容量至少为2.464kvA1个品闸管KP20-44个电阻其中主电路负载电阻最大为500Q，若干个电感主电路负载700mH2个H4- LL. 心片TCA7851块熔断器熔断电流为15A4个电容若干个8、设计总结通过单相全控桥式整流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我 对电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不 同的电路。其中单相全控桥式整流电路其负载我们用的多的主要是电阻型、带大 电感型，接反电动势型。它们各自有自己的优点。对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出 性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开 关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。在这次课程设计过程中，碰到的难题就是对品闸管的相关参数的计算，因 为在学习中没能很好的系统的总结品闸管相关知识。在整个课程设计中