电力电子单相桥式全控整流电路.docx

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1、目录第1章绪论11.1 什么是整流电路11.2 整流电路的发展与应用11.3 本设计的简介1第二章总体设计方案介绍32.1总的设计方案32.2单相桥式全控整流电路主电路设计42.3保护电路的设计52.4触发电路的设计9第三章整流电路的参数计算与元件选取123.1 整流电路参数计算123.2 元件选取13第四章设计总结154.1TSVI-总口15第五章心得体会16参考文献17第1章绪论1.1 什么是整流电路整流电路（rectifyingcircuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛

2、应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。可以从各种角度对整流电路进行分类，主要的分类方法有：按组成的期间可分为不可控，半控，全控三种；按电路的结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧电流的方向是单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路.1.2 整流电路的发展与应用电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作

3、用，因此不管是整流器还是电力电子技术的发展都是以电力电子器件的发展为纲的，1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一次革命；1957年美国通用公司研制了第一个晶闸管，标志着电力电子技术的诞生；70年代后期，以门极可关断晶闸管（GT0）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。另外，采用全控型器件的电路的主要控制方式为PwM脉宽调制式，后来，又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一

4、起，构成功率集成电路（PIC）,随着全控型电力电子器件的发展，电力电电路的工作频率也不断提高。同时。电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术便应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）把电力电子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。1.3 本设计的简介随着科学技术的日益发展，人们对电路的要求也越来越高，由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角C1的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。

5、把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于夯实基础，故我把单结晶体管触发的单

6、相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。第二章总体设计方案介绍2.1 总的设计方案整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。电源一变压器一整流电路负载I变压器一触发电路t2.1.1 整流电路及波形图：图2.1单相桥式全控整流电路图2.2单相全控桥式整流电路阻感负载时的电路及其波形2.2单相桥式全控整流电路主电路设计2.2.1单相桥式全控整流系统原理总方框图如2.2.1所示系统原理方框图图2.2.1系统原理方框图整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，在此设计中采用单相桥式全控整流电路接阻感性负载。2.2.2主电路设计及分析主电路原理图如2.2

7、.2a所示图2.2.2a主电路原理图主电路工作波形如图2.2.2b所示图2.4主电路工作波形图电路如图2.2.2a和图2.2.2b所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。2. 2.2工作原理：在电源电压盯正半周期间，VTkVT2承受正向电压，若在时触发，VTKVT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T二次侧形成回路，但由于大电感的存在，%过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VTkVT2承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。在电源电压/负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在口=4+。时触发，VT3、VT4导通，VTKVT2

8、受反相电压截止，负载电流从VT1、VT2中换流至VT3、VT4中在必=24时，电压盯过零，VT3、VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT2导通时，VT3、VT4因加反向电尹才截止。值得注意的是，只有当时，负载电流O才连续，当%时，负静电流不连0-7续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是受。2.3保护电路的设计2.3.1保护电路的论证与选择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

9、、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。2.3.2过电流保护当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。采

10、用快速熔断器作过电流保护，其接线图（见图2.3）。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以对元件的保护作用最好，这里就应用这一方法快熔抑制过电流电路图如下图所示：A型熔断器特点：是熔断器与每一个元件串连，能可靠的保护每一个元件。B型熔断器特点：能在交流、直流和元件短路时起保护作用，其可靠性稍有降低C型熔断器特点：直流负载侧有故障时动作，元件内部短路时不能起保护作用对于第二类过流，即整流桥

11、负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理图如2.4所示：过流整定给定偏移.图2.4过流保护原理图在此我们采用容阻吸收回路，即采用快速熔断器的方法来进行过电流保护。采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。在选择快熔时应考虑：(1)电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。(2)电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。快熔一般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。(3)快熔的值应小于被保护器件的允许值、2. (4)为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。因为

12、晶闸管的额定电流为10A,快速熔断器的熔断电流大于1.5倍的晶闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为15Ao3. 3.3过电压保护电路设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。见图2.6和图2.7。图2.6阻容三角抑制过电压图2.7压敏电阻过压过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。常见的电子保护原图如图2.8所示:图2.8过电压保护电路在此我们采用储能元件保护即阻容保护。单相阻容保护的计算公式如下：R23-SC6

13、f0%(2.1)(2.2)S:变压器每相平均计算容量(VA)U2:变压器副边相电压有效值(V)i。%：变压器激磁电流百分值U3：变压器的短路电压百分值。当变压器的容量在(10-1000)KVA里面取值时i0%=(4一一10)在里面取值，UA%=(510)里面取值。电容C的单位为F,电阻的单位为欧姆电容C的交流耐压21.5UeUj正常工作时阻容两端交流电压有效值。根据公式算得电容值为4.8F,交流耐压为165V,电阻值为12.86,在设计中我们取电容为5uF,电阻值为13。2.4触发电路的设计2.4.1元器件的选择(1)晶闸管的介绍：晶闸管又称为晶体闸流管，可控硅整流(Si1iconContro

14、11edRectifier-SCR),开辟了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，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型一普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。（2）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。外形有螺栓型和平板型两种封装引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。对于螺栓型封装,通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型封

15、装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间，两个平面分别是阳极和阴极，引出的细长的端子为门级。晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：触发信号可为直流、交流或脉冲电压。触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。由闸管的门极伏安特性曲线可知，同一型号的晶闸管的门极伏安特性的分散性很大，所以规定晶闸管元件的门极阻值在某高阻和低阻之间，才可能算是合格的产品。晶闸管器件出厂时，所标注的门极触发电流Igt、门极触发电压U是指该型号的所有合格器件都能被触发导通的最小门极电流、电压值，所以在接近坐标原点处以触发脉冲应一定的宽度且脉冲前沿应尽可能陡。由于晶闸管的触发是有一个过程的，也就是晶闸管的导通需要一定的时间。只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的掣住电流以上时，晶闸管才能导通，所以触发信号应有足够的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠的导通，对于电感性负载，脉冲的宽度要宽些，一般为O.51MS,相当于50HZ、18度电度角。为了可靠地、快速地触发大功率晶闸管，常常在触发脉冲的前沿叠加上一个触发脉冲。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