单相桥式半控整流器设计课题报告.docx
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单相桥式半控整流器设计课题报告
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摘要
本次电力电子技术课程设计的题目为单相桥式半控整流器设计。
整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。
整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀、电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。
整流电路可从各种角度进行分类，主要分类方法有：
按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路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。
本文所要设计的项目就是单相桥式半控整流器的设计，不同于单相桥式全控整流电路，为了对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管就可以了，另一个晶闸管可以用二极管代替，即成为单相桥式半控整流电路。
关键词：
整流器，器件选型，仿真，电力电子技术
信息与电气工程学院
课程设计任务书
2014—2015学年第2学期
专业：
班级：
学号：
姓名：
课程设计名称电力电子技术课程设计
设计题目：
单相桥式半控整流器设计（输出电压24V，电流3A）
完成期限：
设计依据、要求及主要内容
一、设计依据
设计参数：
输出电压24V、电流3A
二、要求及主要内容
1．主电路、保护电路、控制电路设计；
2．主电路元件的参数计算与选择；
3．计算整流变压器参数、选择其容量和规格；
4．主电路中过电压过电流保护电路的选择及相应电路元件的计算与选择；
5．绘制主电路、保护电路、控制电路设计电气系统原理图；
6．写出课程设计报告。
其中设计报告要包括有设计的目的，设计原理，设计参数的计算，元器件选型，器件表，电路图的设计说明以及设计的心得等；设计报告3000字以上；
指导教师（签字）：
批准日期：
2015年6月10日
1设计目的与意义………………………………………………………………3
2设计原理………………………………………………………………………3
3器件选型………………………………………………………………………4
4仿真……………………………………………………………………………6
仿真平台与过程…………………………………………………………6
仿真分析…………………………………………………………………7
5心得体会………………………………………………………………………7
6参考文献………………………………………………………………………8
7附录……………………………………………………………………………8
1．设计目的及意义
电力电子课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学电力电子基本理论知识。
使学生能综合运用相关关课程的基本知识，培养学生检索文献的能力，特别是利用网络检索需要的文献资料，培养学生灵活应用所学的电力电子技术知识并能创新。
通过本课程设计，培养学生独立思考能力，培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
了解专业工程设计的特点、思路、以及具体的方法和步骤，掌握专业课程设计中的设计计算、软件编制，硬件设计及整体调试，培养学生在电力电子技术领域的工程设计能力以及培养对电力电子装置各个参数的计算。
这次课程设计不仅可以增加我的知识积累，让我有机会将课堂上所学的电力电子理论知识运用到实际中，了解了这些知识在电源上丰富而强大的用途，为将来的毕业设计打下了基础。
在设计的过程中会遇到各式各样的问题，可以发现自己在哪个方面缺乏知识，从而加强这个方面的知识。
在课程设计过程中查阅资料，了解查阅资料的重要性，鼓励他们克服心理上的不良情绪，不断的学习和解决难题，不断磨练学生意志的过程。
2.设计原理
在单相桥式半控整流电路中，电网电压经变压器到整流电路，整流部分由两个晶闸管VT1、VT3和两个二极管VD2和VD4组成，如下主电路所示。
由于负载为阻感负载，因此在电路中加了续流二极管VDR，以免发生失控现象。
实际运行中如果没有徐i，则当α突然增大至180°或者触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续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Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。
主电路
在U2正半周，触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，U2经VT1和VT4向负载供电。
U2过零变负时，因电感作用使电流连续，VDR导通，Ud为零。
此时为负的U2通过VDR向VT1施加反压使其关断。
而此时由刚才L中储存的能量正好保证了电流在VDR-R-L回路中流通，此过程也就是续流的过程。
也就是说此时如果忽略VDR的管压降，则在续流期间Ud为零，就不会像全控桥电路那样出现Ud为负的现象了。
在U2负半周，当晶闸管在触发角α处给晶闸管VT3加触发脉冲，U2经过VT3和VD2向负载供电。
U2过零变正的时候，同样因电感作用使电流连续，VDR导通，Ud为零。
此时为负的U2通过VDR向VT3施加反压使其关断。
L中储存的能量保证电流在VDR-R-L回路中流通。
也就是说如果忽略VDR的管压降，则在续流期间Ud为零，Ud也就不会出现为负的现象了。
3.器件选型
由于单相桥式半空整流电路带电感性负载主电路主要原件是晶闸管，所以选取原件主要考虑晶闸管的参数及选取原则。
（1）额定电压TNU通常取断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。
在选用管子时，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压应为正常工作峰值电压UTM的2～3倍，以保证电路的工作安全。
因此晶闸管额定电压：
（2）额定电流I（AV）又称为额定通态平均电流，国标规定为晶闸管在环境温度为40°C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许留过的最大贡品正弦半波电流的平均值。
将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将非常大，可能要超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。
使用时应按十几电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管，而且应留有一定的裕量，一般取～2倍。
正弦半波电流平均值I（AV）电流有效值I和电流最大值Im三者的关系为：
各种有直流分量的电流波形，其电流波形的有效值I与I（AV）之比，称为这个电流的波形系数，用Kf表示。
因此在正弦半波情况下电流波形系数为：
本设计要求带阻感性负载，则有：
当α=0°时，Ud取最大值24V既而得出U2=，α=180°时，Ud=0，则α角的移相范围为0～180°。
晶闸管承受的最大电压为：
考虑到2～3倍的安全裕量，则晶闸管的额定电压为：
晶闸管承受的最大电流Id为：
那么单独流过一个晶闸管的电流有效值为：
考虑（～2）倍的安全裕量则晶闸管的额定电流为：
（3）变压器的选取
根据参数计算得出U2=又有电网电压U1=220V，那么可以计算出变压器变比K为
4.仿真
仿真平台与过程
（1）仿真平台：
Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NIUltiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。
是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。
Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE模拟。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
（2）仿真过程
第一步：
添加原器件
第二步：
根据已经设计好的图纸，在电路中将各个原器件连接好线，完成电路连接。
第三步：
启动仿真，观察运行状态，由仿真中出现的问题来排查线路错误，故障。
第四步：
观察输出波形，调整器件参数，从而使仿真运行在最佳状态。
仿真分析
（1）α=30°时，电路中输出电压的波形图。
（2）α=45°时，电路中输出电压的波形图。
（3）α=60°时，电路中输出电压的波形图。
（4）在调好电路参数后，成功完成整流，仿真成功，输出电压为24V,输出电流为3A.α为：
30°45°,60°时，电路中输出电压的波形图表明，主电路、控制电路设计正确。
5.心得体会
理论的学习使我们掌握了有关近现代的电力电子器件的原理和功能。
随着科技的不断发展进步电力电子器件也同我们的生活息息相关，在我们的生活中扮演的角色也越来越重要。
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。
在做电力电子课程设计的过程中我们更能认真和全面的对所学知识有一个全面和系统更深刻的了解和掌握。
在这个过程中我们认真的查阅了大量的资料和工具书增长了我们的知识，开阔了我们的视野，是一种让学生更加接近社会和生活的有效方法。
这就要求我们在学习和生活得过程中每个人都要学会应用资源和我们自身的优势，让自己有能面对任何苦难都不认输的豪情。
还要有过硬的技术水平，在走出大学的时候能让自己成为有用之人。
不要自己成为大学包装的绣花枕头。
通过课程设计让自己明白自己所差的还很多很多，在接下来的日子里一定要努力学习以备将来走入社会能不让人用轻飘飘的眼神看自己。
也用自己的所学来证明自己的尊严和人格。
在这次设计中，由于我们知识的欠缺，设计的并不详细，知识的衔接也不理想，错误应该是有的，但我们已经努力了，设计中错误的地方希望老师能谅解，加以指点。
6.参考文献
1．王兆安，黄俊主编．电力电子技木．第四版．北京：
机械工业出版社，
2．王云亮主编．电力电子技术．第一版．北京：
电子工业出版社，
3．梁廷贵主编．现代集成电路实用手册可控硅触发电路分册．北京：
科学技术
文献出版社，
4．刘雨棣主编．电力电子技木及应用．西安：
西安电子科技大学出版社，
5．张石安，张炜主编．电力电子技木基础．北京：
电子工业出版社，
6.曲学基，于明扬主编。
电力电子整流技术及应用。
北京：
电子工业出版社，
7附录
附录A:
主电路图
附录B:
控制电路图
附录C:
器件表
名称
数量
名称
数量
晶闸管
2
电容
5
变压器
1
变压器
1
电阻
15
放大器
6
二级管
3
电源
9
示波器
1
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