单相桥式整流电路课程设计

1、页眉内容系 、 部：学生姓名：指导教师：电信系专班业：级：自动化自本08032011-6-13完成时间：1页脚内容页眉内容目 录1. 设计任务说明3.2. 方案选择42.1器件的介绍42.2整流电路的比较63. 辅助电路的设计93.1 驱动电路的设计93.2 保护电路的设计133.3 过压保护143.4 电流上升率、电压上升率的抑制保护154. 主体电路的设计164.1 主要电路原理及说明164.2 感性负载可控整流电路164.3 主电路的设计174.5 主要元器件的说明184.5 性能指标分析204.6 元器件清单215. 设计总结226. 参考文献23页脚内容2页眉内容1 .设计任务和要求

2、：（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）设计要求：1、单相桥式相控整流的设计要求为：1).负载为感性负载,L=700mH,R=500 欧姆.2、技术要求:(1). 电网供电电压为单相 220V；(2). 电网电压波动为+5%-10%；(3). 输出电压为 0100V.页脚内容3页眉内容二.方案的选择单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压

3、脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。更多的是单相全控桥式整流电路。根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感2.1.元器件的选择2.1.1 晶闸管的介绍晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier-SCR开辟了

4、电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20 世纪 80 年代以来，开200Hz-普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件2.1.1.1 晶闸管的结构晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。4页脚内容2.1.1.2 晶闸管的工作原理图112211121 23221222.1.1.2（右）所示的两个晶闸管 T （P -N P ）和（N -P -N ）组成的等效电路111- 2122图1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应2）阳极电压上升率 du/dt 过高54）光直接照射硅片，即光触发：光控晶闸管只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。2.1.3 晶

5、闸管的派生器件FST6图图7电路简图如下：此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VT的 a 移相范围为 180 。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。8页眉内容9页脚内容页眉内容三.驱动电路的设计 3.1.1 触发电路的论证与选择3.1.1.1 单结晶体管的工作原理单结晶体管原理单结晶体管（简称 UJT）又称基极二极管，它是一种只有PN 结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N 型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极 b 和 b 。在硅片中间略偏 b 一侧用合金法制作122一个 P 区作为发射极 。其结构，符号和等效电如图 3.1

6、.1.1 所示。图3.1.1.2 单结晶体管的特性从图一可以看出，两基极 b 和 b 之间的电阻称为基极电阻。12Rb =rb +rbb12式中：Rb 第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流i 而变化，1erb i PN2e管等效。若在两面三刀基极 b b 间加上正电压 Vb ，则A点电压为：21bV =rb /（rb +rb ）vb （rb /rb ）vb =VbA112b1bbb式中：称为分压比，其值一般在 0.30.85 之间，如果发射极电压 V 由零E逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图二：页脚内容页眉内容图（1）当V Vb 时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有

7、很小的漏eb电流 I 。ceo（2）当 V Vb +VD VD为二极管正向压降（约为 0.7VPN 结正向导通，ebI 显著增加，rb 阻值迅速减小，V 相应下降，这种电压随电流增加反而下降的e1e P 发射极电压和电流，分别称为峰点电压I 和峰点电流 I I 是正向漏电流，它是ppp使单结晶体管导通所需的最小电流，显然 V Vb 。pb（3）随着发射极电流 I 的不断上升，V 不断下降，降到 V点后，V 不再下降eee了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压V 和谷点v电流 I 。v（4）过了V后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以u 继续增加时，i

8、便缓慢的上升，显然V 是维持单结晶体管导通的最小发射极cev电压，如果 V V ，管子重新截止。ev单结晶体管的主要参数（1 Rb b b 2-10千欧，b12其数值随温度的上升而增大。（2）分压比由管子内部结构决定的参数，一般为 0.3-0.85。（3）eb 间反向电压 Vcb b 开路，在额定反向电压Vcb2下，基极 b1 与发射极112e之间的反向耐压。（4）反向电流 I b 开路，在额定反向电压 Vcb 下，eb 间的反向电流。eo 122（5）发射极饱和压降 V 在最大发射极额定电流时，eb 间的压降。eo1（6）峰点电流 I 单结晶体管刚开始导通时，发射极电压为峰点电压时的发射极p

9、电流。3.1.2 触发电路页脚内容页眉内容产生的触发脉冲要求：1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。23）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。4）触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。3.1.2.1 单结晶体管触发电路震荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成，电路图如 3.1.2.2（a）所示。3.1.2.2 单结晶体管自激震荡电路利用单结晶体管的负阻特性与 RC 电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。从图 3.1.2.2（）可知，经 D -D 整流后的直流电源 UZ 一路径 R2

10、、R 加121在单结晶体管两个基极 b b 之间，另一路通过Re 对电容 C 充电，发射极电压12u =u 按指数规律上升。U 刚冲点到大于峰点转折电压 U e-b 间的eccp1电阻突然变小，开始导通。电容 C 开始通过管子 e-b 迅速向 R 放电，由于放电11回路电阻很小，故放电时间很短。随着电容 C 放电，电压 U 小于一定值，管子eBT又由导通转入截止，然后电源又重新对电容C 充电，上述过程不断重复。在 R 上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲us， 如1图 3.1.2.2（b）所示，其震荡频率为f=1/T=1/R CLn(1/1-)e式中=0.30.9 是单结晶体管的分压比。即调节 R

11、 ，可调节振荡频率11e11页脚内容1211)ZZ11当 R 增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压U ep冲出现的时刻推迟，即控制角增大，实现了移相。g13.2.1 保护电路的论证与选择子电路进行保护。常见的电子保护原理图如 6.2.3 所示图 图 3.4 电流上升率、电压上升率的抑制保护1）电流上升率 di/dt 的抑制2）电压上升率 dv/dt 的抑制4.1 主要电路原理及说明dddd在电源电压 u 正半周期间， 晶闸管 T T t=时2121212r2123T 被触发时，T T 41223434121234234周期 T 、T T 、T 因加反向电压才截止。12344.2 电感负载可控

12、整流电路u0tttu0ttu0i00ttiiVVViTi0ttiuu1700uVt图12 2 Ucos 0.9 cosUUd222负载电流连续时，整流电压平均值可按下式计算：iI在这种情况下：当 =0时， =0.9 ；U1V2ddd2IV2Vddd页眉内容4.3.2 原理图分析作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。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。这部分的选择主要考虑到电路的简单性，所以才这样的保护电比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。4.4 主要元器件的说明件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。4.4.1 晶闸管的主要

13、参数如下：U额定电压TnUDRMURRM通常取 和 中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定 倍，以保证电路的工作安全。晶闸管的额定电压 U U,UUTnU TMUTM：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压IT(AV)额定电流IT(AV)电流等级即为晶闸管的额定电流。19页脚内容页眉内容没超过额定值，但峰值电流将非常大，可能会超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。ITMI,散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许有效值的范围。：额定电流有效值，根据管子的ITnITn换算出，T(AV)IT(AV)I I三者之间的关系：、TMTnI 1/2 Tn ) ) 2 0.5t

14、2d t 0Itd t 1/ Imsin ) Im/ 0.318ImT(AV)0波形系数：有直流分量的电流波形，其有效值 与平均值I 之比称为该波形IdK的波形系数，用 表示。fIK Ifd额定状态下，晶闸管的电流波形系数IK 1.57TnI2fT(AV)晶闸管承受最大电压为U U 2111V V 考虑到22400V.晶闸管的选择原则：、所选晶闸管电流有效值 大于元件在电路中可能流过的最大电流有ITn效值。IIT(AV)、 TnITMII 1.57T()II T2因为,则晶闸管的额定电流为 =10A(输出电流的有效值为最小值，所以T I该额定电流也为最小值)考虑到2倍裕量,取20A.即晶闸管的

15、额定电流至少应大于20A.在本次设计中我选用4个KP20-4的晶闸管.20页脚内容页眉内容、 若散热条件不符合规定要求时，则元件的额定电流应降低使用。UT(AV) 通态平均管压降。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦IH 维持电流。指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降到刚好能I H流容量大小而定。I 门极触发电流 时，使晶闸管能完全导通所需g的门极电流，一般为毫安级。 断态电压临界上升率du/dt。在额定结温和门极开路的情况下，不会导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几十伏。 通态电流临界上升率di/dt。在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上升率。

16、若晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。4.4.3 变压器的选取2,容量至少为4.5性能指标分析：整流电路的性能常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的用整流输出电压的平均值表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。1)整流输出电压平均值12 2 U =d 2U sin =td tU =0.9 U（4.5.1）2222)纹波系数纹波系数 K 用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即rU2U2UUK 2ddUrd4.6 元器件清单元器件整流变压器变比为 1 个21页脚内容页眉内容其中主电路负载电阻最大为 500 若干个，熔断电流为 15A若干个2 个脉冲变压器五.设计总