电力电子课程设计单相桥式整流文档格式.doc
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第4章元器件参数计算选取与总电路图…………………………………11
4.1整流电路参数计算………………………………………………………11
4.2元件型号的选择…………………………………………………………11
4.3电路总接线图：
…………………………………………………………12
第5章心得与体会……………………………………………………………13
参考文献………………………………………………………………………15
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。
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）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）
i
d
O
E
u
w
t
I
a
q
第二章触发器的选择与设计
2.1晶闸管的触发电路
（1）由V1、V2构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）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3—5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
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100~200ms，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25~30ms，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100~200ms。
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：
α=0时，Ud=Ud0=0.9U2。
α=180°
时，Ud=0。
可见，α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°
晶闸管移相范围为90°
晶闸管承受的最大正反向电压均为。
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：
（见下）
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
Ud＝0.9U2cosa＝0.9×
220×
cos0°
＝198V
I2＝Id＝100（A）
晶闸管承受的最大正反向电压为：
U＝220＝311（V）
流过每个晶闸管的电流的有效值为：
IVT＝Id∕＝70.7（A）
故晶闸管的额定电压为：
UN＝（2~3）×
311＝622~933（V）
晶闸管的额定电流为：
IN＝（1.5~2）×
70.7∕1.57＝67.5~90.1（A）
其型号为KP100-4。
3、快速熔断器的选择
IRN=70.7A
可选用RSF-1500/80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1.3U。
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=20Ω,C2=0.25μf。
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
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后的一个实践教学环节，它训练了我们的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。
电力电子技术课程设计是配合变流电路理论教学，为我们自动化和电气工程及其自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对我们是一个非常重要的实践教学环节。
通过设计，使我们巩固和加深了对变流电路基本理论的理解，提高了运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养了我们的创新精神和创新能力。
并且这次电子课程设计不但巩固和加深了我们所学的专业基础课知识，还将所学的知识融会贯通，并且将课本与实际相结合，真正实现了学有所用。
还使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，能够通过查阅相关书籍得以解决，同时在设计的过程中我也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
通过这次课程设计，我一定要把以前所学过的知识重新温故。
此次课程设计，我学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，以后相信自己也能扛的起并高质量的完成项目了。
总之这次设计大大的提高了我的综合的学习能力，让我能将所学的知识融会贯通，并在学习技能上渐渐成熟。
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，2004年1月
2．王云亮主编．电力电子技术．第一版．北京：
电子工业出版社，2004年8月
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，2002年
2月
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，2006年8月
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，2008年7月
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，2008年4月
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