单相全波整流电路的设计(1)
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单相全波整流电路的设计摘要电力电子技术是一门诞生和发展于20世纪的崭新技术,在21世纪仍将以迅猛的速度发展。
以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一。
电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。
因它本身是大功率的电技术,又大多是为应用强电的工业服务的,故常将它归属于电工类。
电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。
电力电子器件以半导体为基本材料,最常用的材料为单晶硅;它的理论基础为半导体物理学;它的工艺技术为半导体器件工艺。
近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。
电力电子电路吸收了电子学的理论基础,根据器件的特点和电能转换的要求,又开发出许多电能转换电路。
这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。
利用这些电路,根据应用对象的不同,组成了各种用途的整机,称为电力电子装置。
这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。
电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。
整流电路(Rectifier)是电力电子技术中最为重要的电路,应用十分广泛,对单相全波可控整流电路的相关参数和不同性质负载的子电路理论学习的重要一环,在对单相全波可控整流电路工作原理理解的基础上,设计单相全波可控整流电路带负载时的电路原理图,并建立基于PSIM的仿真模型,对工程实践中的实际应用具有预测和指导作用。
关键词:电力电子单相全波可控整流电路目录摘要 (1)1.设计任务书 (1)1.1 设计目的: (1)1.2 设计要求: (1)1.3 设计内容: (1)1.4 设计题目: (1)1.4.1 设计要求: (1)1.4.2 方案的选择 (2)2.设计内容 (3)2.1 触发电路的设计 (3)2.1.1晶闸管的介绍 (3)2.2.2 晶闸管的基本特性 (4)2.2.3 晶闸管的主要参数 (5)2.2.4 晶闸管的触发条件 (6)2.2.5 晶闸管的分类 (6)3.电路总设计 (7)3.1 单相全波可控整流电路: (7)3.2 参数计算 (7)4. 设计总结 (13)参考文献 (14)1.设计任务书1.1 设计目的:《电力电子技术》课程设计是配合交流电路理论教学,为自动化和电气工程及自动化专业开设的专业基础技术技能设计,是自动化和电气工程及自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节,是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练,对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。
单相全波可控整流电路仿真设计首先,我们需要了解单相全波可控整流电路的基本结构和原理。
单相全波可控整流电路由主变压器、整流电路和滤波电路组成。
主变压器将外部交流电源的电压变换为适合整流电路工作的电压,整流电路将交流电转换成直流电,滤波电路用于平滑输出的直流电。
在Multisim中,我们可以利用模拟电源来模拟交流电源,该电源具有可调的频率和电压。
首先,在Multisim中选择一个恰当的电源模块,设置其频率为50Hz,电压为220V。
将该电源与单相全波可控整流电路的输入端相连。
在整流电路部分,我们采用双向可控硅器件(thyristor)作为开关元件。
在Multisim中,选择恰当的双向可控硅器件模块,设置其相关参数(如触发角等)。
将相应的双向可控硅器件添加到Multisim的工作区域,并将其与交流电源相连。
在滤波电路部分,我们可以采用电容滤波来平滑输出的直流电。
在Multisim中,选择恰当的电容模块,将其添加到双向可控硅器件的输出端,并与负载相连。
完成上述连接后,我们需要对整个电路进行仿真。
在Multisim中,点击“运行”按钮,通过模拟电路中的双向可控硅器件的触发角来控制整流电路的开关状态,从而实现交流电转换成直流电的功能。
同时,可以通过添加示波器测量电路中不同节点的电压和电流,并根据实际情况进行参数调整,以获得理想的电路效果。
在进行仿真过程中,我们还可以通过Multisim的仿真分析工具,对电路进行性能评估。
例如,可以使用电流表、电压表等工具实时监测电路的工作状态,同时进行电流和电压波形分析,以评估电路的稳定性和效率。
综上所述,单相全波可控整流电路的仿真设计包括电源模拟、添加双向可控硅器件、连接滤波电路以及进行仿真分析等步骤。
通过Multisim等仿真工具,我们可以直观地观察电路的工作状态,并对其进行优化和改进。
希望本文对你的学习和实践有所帮助。
第一题说明全控型整流电路的工作原理,并设计出一个单相全控整流电路及其控制电路(开环)1.单相全控型PWM整流电路的结构单相电压型桥式PWM整流电路最初出现在交流机车传动系统中,为间接式变频电源提供直流中间环节,电路结构如图1-1所示。
每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。
u s是正弦波电网电压,u d是整流器的直流侧输出电压,Ls为交流侧附加的电抗器,Ls包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感,是电路正常工作所必须的。
起平衡电压,支撑无功功率和储存能量的作用。
全桥电路直流侧电容只要一个就可以。
由图1-1所示,能量可以通过构成桥式整流的二极管VD1-VD4完成从滞留测到交流侧的传递,也可以经过全控型器件V1-V4从直流侧你变为交流,反馈给电网。
图1-1所以PWM整流器的能量变换是可逆的,而能量的传递趋势是整流还是逆变,主要视V1-V4的脉宽调制方式而定。
2.单相全控型PWM整流电路的工作原理用正弦信号波和三角波相比较的方法对图1-1中的V1-V4进行SPWM控制,就可以在桥的交流输入端AB产生一个SPWM波u AB。
u AB中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量,以及和三角波载波有关的频率很高的谐波,不含有低次谐波。
当正弦信号波频率和电源频率相同时,i s也为与电源频率相同的正弦波。
由于Ls的滤波作用,谐波电压只使i s产生很小的脉动。
u s一定时,i s 幅值和相位仅由u AB中基波u ABf的幅值及其与u s的相位差决定。
改变u ABf的幅值和相位,可使i s和u s同相或反相,i s比u s超前90°,或使i s与u s相位差为所需角度。
u s> 0时,(V2、VD4、VD1、Ls)和(V3、VD1、VD4、Ls)分别组成两个升压斩波电路,以(V2、VD4、VD1、Ls)为例。
V2通时,u s通过V2、VD4向Ls储能。
V2关断时,Ls中的储能通过VD1、VD4向C充电。
实验二 单相全波可控整流电路一.实验目的1.了解可控硅整流电路的组成、特性和计算方法。
2.了解不同负载类型的特性。
二.实验原理1.可控硅(又名晶闸管)不同于整流二极管,可控硅的导通是可控的。
可控整流电路的 作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。
图2-1所示为单相半波可控整流实验电路。
可控硅的特点是以弱控强,它只需功率很小的信号(几十到几百mA 的电流,2~3V 的电压)就可控制大电流、大电压的通断。
因而它是一个电力半导体器件,被应用于强电系统。
(a )主回路(b )控制回路图2-1 单相全波可控整流电路2. 如图2-1,设变压器次级电压为U=Usin ωt 则负载电压与电流的平均值以及有效值:在 控制角为α时,负载上直流电压的平均值U dA V =⎰παωωπ)(sin 1t td U =)cos 1.(απ+U直流电流平均值I dA V =d d R U =dR Uπ )cos 1(α+ 直流电压有效值:U dRMS =⎪⎭⎫ ⎝⎛+-22sin 22ααππU 直流电流有效值:I dRMS =⎪⎭⎫ ⎝⎛+-22sin 22ααππdR U三.实验器材名称 数量 型号 1.变压器45V/90V 3N 1 MC0101 2.保险丝 1 MC0401 3.可控硅 1 MC0309D 4.负载板 各1 MC0603 MC0604 5.2脉冲控制单元 1 MC0501 6.稳压电源(±15V ) 1 MC0201 7.电压/电流表 2 MC0701 8.输入单元 1 MC0202 10.隔离器 1 11.示波器 1 12.导线和短接桥 若干四.带电阻性负载的可控整流实验步骤1. 根据图2-1连接线路,注意:主回路和控制回路交流供电电源必须同步。
将各实验模块连接好,采用电阻负载,取U 1=U 2=45V 档的交流电为输入电压,负载R=50Ω(采用2只100Ω电阻并联)。
2. 用电压电流表实测输入电压U 2有效值= ______________V 。
单相全波整流电路波形单相全波整流电路是一种常用的电路配置,用于将交流电转换为直流电。
它通过将负半周的电压进行翻转,使其与正半周的电压方向一致,从而实现全波整流的目的。
在这篇文章中,我们将会详细介绍单相全波整流电路的原理和波形,并提供一些使用和设计上的指导意义。
单相全波整流电路的原理非常简单明了。
它主要由一个变压器、四个二极管和一个负载组成。
交流电源通过变压器进行降压,然后经过四个二极管进行整流。
四个二极管中的两个二极管连接到变压器的一侧,被称为正半波整流二极管;另外两个二极管连接到变压器的另一侧,被称为负半波整流二极管。
负载则直接连接在整流电路的输出端。
在正半周的周期内,正半波整流二极管导通,电流从负载流过。
在负半周的周期内,负半波整流二极管导通,电流同样从负载流过。
通过这样的翻转机制,整个交流电信号都被完全利用,从而实现了全波整流。
接下来我们来看一下单相全波整流电路的波形。
在正半周期内,电压为正,整流电路的输出电压与输入电压相同。
在负半周期内,电压为负,因此负半波整流二极管会将输入电压翻转,使得负半周期内的输出电压方向与输入电压一致。
总体而言,单相全波整流电路经过整流处理后,输出的波形为一段段的脉冲电压,其幅值等于输入电压的峰值,并且具有相同的频率。
这样的波形相对于单相半波整流电路来说更加平滑稳定。
对于单相全波整流电路的应用和设计,我们有一些指导意义要提供。
首先,根据负载的特性和电流要求,选择合适的变压器和二极管。
其次,考虑到输出电压的稳定性,可以采用滤波电容和稳压电路进行进一步处理。
此外,在设计中应该考虑到电路的安全性和可靠性,确保电路的耐电压等级和电流容量符合要求。
综上所述,单相全波整流电路是一种常见且实用的电路配置,可以将交流电转换为直流电。
通过对其原理和波形的了解,我们可以更好地应用和设计这种电路。
希望这篇文章能对大家有所指导和帮助。
单相PWM整流电路设计(电⼒电⼦课程设计)重庆⼤学电⽓⼯程学院电⼒电⼦技术课程设计设计题⽬:单相桥式可控整流电路设计年级专业:****级电⽓⼯程与⾃动化学⽣姓名: *****学号: ****成绩评定:完成⽇期:2013年6⽉23⽇指导教师签名:年⽉⽇重庆⼤学本科学⽣电⼒电⼦课程设计任务书单相桥式可控整流电路设计摘要:本⽂主要研究单相桥式PWM整流电路的原理,并运⽤IGBT去实现电路的设计。
概括地讲述了单相电压型PWM整流电路的⼯作原理,⽤双极性调制⽅式去控制IGBT的通断。
在元器件选型上,较为详细地介绍了IGBT的选型,分析了交流侧电感和直流侧电容的作⽤,以及它们的选型。
最后根据实际充电机的需求,选择元器件具体的参数,并⽤simulink进⾏仿真,以验证所设计的单相电压型PWM整流器的性能。
实现了单相电压型PWM整流器的⾼功率因数,低纹波输出等功能。
关键词:PWM整流simulink 双极性调制IGBT⽬录1.引⾔ ............................................ 错误!未定义书签。
1.1 PWM整流器产⽣的背景....................... 错误!未定义书签。
1.2 PWM整流器的发展状况?错误!未定义书签。
1.3 本⽂所研究的主要内容?错误!未定义书签。
2.单相电压型PWM整流电路的⼯作原理?错误!未定义书签。
2.1电路⼯作状态分析?错误!未定义书签。
2.2 PWM控制信号分析?错误!未定义书签。
2.3 交流测电压电流的⽮量关系?错误!未定义书签。
3.单相电压型PWM整流电路的设计?错误!未定义书签。
3.1 主电路系统设计?错误!未定义书签。
3.2 IGBT和⼆极管的选型设计?错误!未定义书签。
3.3交流侧电感的选型设计....................... 错误!未定义书签。
3.4 直流侧电容的选型设计...................... 错误!未定义书签。
单相全波桥式整流电路设计1. 引言单相全波桥式整流电路是一种常见的电力电子电路,用于将交流电转换为直流电。
本文将介绍单相全波桥式整流电路的设计原理和实现步骤。
2. 设计原理单相全波桥式整流电路由四个二极管和一个负载组成。
其原理是利用二极管的正向导通特性,将交流电信号的负半周和正半周分别转换为直流电信号。
在正半周,二极管D1和D2导通,而D3和D4截止;在负半周,D3和D4导通,而D1和D2截止。
这样,通过四个二极管的交替导通和截止,就能实现对交流电信号的整流。
3. 电路图下图是单相全波桥式整流电路的电路图示意图。
+----- RL -----+| |V1 |+---|>---+ || | +------|<--+| | D1| |+-----|>------ RL| D4 | |V_in --| +------|<--+| D3 || || |<-----|>-----+GND -|---|| | D2+---|>---+| |GND GND4. 设计步骤步骤1:确定负载电阻首先要确定负载电阻的大小,根据应用的需求和负载电流的要求,选择合适的负载电阻。
步骤2:选择二极管根据负载电流和电压要求,选择合适的二极管。
需要考虑二极管的额定电流、反向电压和导通压降。
步骤3:计算滤波电容为了实现更稳定的直流输出,通常需要在桥式整流电路的输出端添加一个滤波电容。
滤波电容的大小可以根据负载电流和纹波电压的要求来计算。
步骤4:确定输入电压根据应用的需求,确定输入电压的大小。
需要根据输入电压来选择适当的二次侧变压器,以及设计适合的电源适配器。
步骤5:进行电路布局和连线根据设计要求,进行电路布局和连线。
需要注意电路的隔离和保护,尽量减小电路中的干扰和损耗。
5. 总结单相全波桥式整流电路是一种常见的电力电子电路,用于将交流电转换为直流电。
本文介绍了单相全波桥式整流电路的设计原理和实现步骤。
医学影像设备学实验指导实验一单相全波整流电路的工作特性【实验目的】本实验模拟单相全波整流X线机的主电路。
1.了解单相全波整流X线机的基本结构与工作原理。
2.熟悉万用表和示波器的使用。
3.掌握单相全波整流电路的工作原理和X线管的特性。
通过接线,引导学生将电路符号与实物联系起来,将电路原理图与实际电路联系起来;通过测量该电路中各关键测试点电信号的数值和波形,加深对电路的理解。
通过接线,引导学生将电路符号与实物联系起来,将电路原理图与实际电路联系起来;通过测量该电路中各关键测试点电信号的数值和波形,加深对电路的理解。
【实验器材】自耦变压器(输入220V,输出0~250V)一台,X线机整流电路实验箱(单相全波整流实验电路)一台,数字万用表VC-97型一块,示波器一台,单相电源插头250V/5A一只,导线若干。
【实验原理】如图1-6所示,ZB1为管电压调节自耦变压器,H V为模拟高压变压器,ZB2为灯丝加热调节自耦变压器,T2为模拟灯丝加热变压器,XG为电子管模拟X线管,D1~D4为二极管模拟高压整流硅堆。
当X 线管正常加热时,调节自耦变压器Z B1,mA表指示正常电流值,管电流流向为交流电正半周,HV(A)为“+”,HV(B)为“-”时:HV(A)→D1→XG 阳极→XG阴极→D3→HV(B)→N→D8→mA(+)→mA(-)→D5→HV (N E)→HV(A)。
交流电负半周,H V(B)为“+”,HV(A)为“-”时:H V(B)→D4→XG 阳极→XG阴极→D2→HV(A)→N E→D6→mA(+)→mA(-)→D7→N→HV(B)。
【方法与步骤】1.接线根据下图接线。
接线完毕后,应反复检查接线是否正确。
最后经老师复查后,方可通电。
2.调零首先将自耦变压器ZB1、Z B2调到零位。
3.通电合上实验台220V电源空气开关,给单相自耦变压器、示波器和X线机整流电路实验箱通电。
接通实验箱上的电源开关,数字mA表读数为0mA。
单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路一.单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路(Single Phase Full Wave Controlled Rectifier),又称单相双半波可控整流电路。
图1 单相全波可控整流电路及波形单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。
变压器不存在直流磁化的问题。
单相全波与单相全控桥的区别是:单相全波中变压器结构较复杂,材料的消耗多。
单相全波只用2个晶闸管,比单相全控桥少2个,相应的,门极驱动电路也少2个;但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。
单相全波导电回路只含1个晶闸管,比单相桥少1个,因而管压降也少1个。
因此,单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用1.电路结构图2.单相桥式半控整流电路,有续流二极管,阻感负载时的电路及波形单相全控桥中,每个导电回路中有2个晶闸管,1个晶闸管可以用二极管代替,从而简化整个电路。
如此即成为单相桥式半控整流电路(先不考虑VDR)。
单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路图如2所示,四个晶间管组成整流桥,其中vTl、vT4组成一对桥臂,vT 2、vT3组成另一对桥臂,vTl和vT3两只晶闸管接成共阴极,VT2和VT 4两只品间管接成共阳极,变压器二次电压比接在a、b两点,u2=1.414U2sin(wt)2.电阻负载半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。
其工作过程如下:a)在u2正半周,u2经VT1和VD4向负载供电。
b) u2过零变负时,因电感作用电流不再流经变压器二次绕组,而是由VT1和VD2续流。
c)在u2负半周触发角a时刻触发VT3,VT3导通,u2经VT3和VD2向负载供电。
d)u2过零变正时,VD4导通,VD2关断。
VT3和VD4续流,u d又为零。
3.续流二极管的作用1)避免可能发生的失控现象。
2)若无续流二极管,则当a突然增大至180 或触发脉冲丢失时,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u d成为正弦半波,其平均值保持恒定,称为失控。
单相桥式全控整流电路设计首先,我们需要明确单相桥式全控整流电路的基本原理。
单相桥式全控整流电路主要由四个可控硅和一个储能电感组成。
可控硅是一种半导体器件,可以控制导通角度,从而实现对输出电流的调节。
储能电感则可以平滑输出电流,减小谐波噪声。
接下来,我们将介绍单相桥式全控整流电路的设计步骤:1.确定输出电压和电流要求:首先,需要确定所需的输出电压和电流。
这取决于具体的应用场景和负载要求。
2.计算储能电感参数:根据所需的输出电流和电压,可以计算出储能电感的参数。
储能电感需要能够平滑输出电流,并具有足够的电感值来减小谐波噪声。
3.选择可控硅参数:根据所需的输出电流和电压,选择合适的可控硅参数。
可控硅的主要参数包括最大耐压、最大电流和导通角度等。
4.设计触发电路:触发电路可以根据输入信号来控制可控硅的导通角度。
常见的触发电路有正弦升波触发电路和微处理器触发电路等。
在选择触发电路时,需要考虑其适用于具体的应用场景和控制要求。
5.选择滤波电路:为了进一步减小谐波噪声和提高输出电压质量,可以选择合适的滤波电路。
滤波电路可以根据具体需求,选择低通滤波器、电解电容器等。
6.完成电路连接:根据设计要求,将可控硅、储能电感、触发电路和滤波电路连接在一起。
确保连接正确、稳定可靠。
7.进行测试和调试:根据设计要求,对整个电路进行测试和调试。
通过实际测量,调整触发角度和控制信号,以实现所需的输出电流和电压。
最后,值得注意的是,在进行单相桥式全控整流电路设计时,需要遵循安全操作规范,并严格遵守相关的电气安全要求。
电力电子技术课程设计说明书单相全波晶闸管整流电路设计摘要为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力,扎实基础理论,我们现在初次进行电力电子课程设计。
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α的增大,电流中谐波分量相应增大,因此功率因素很低。
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。
电力电子器件是电力电子技术发展的基础。
正是大功率晶闸管的发明,使得半导体变流技术从电子学中分离出来,发展成为电力电子技术这一专门的学科。
而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明,进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。
电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门,包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。
功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电,小到一瓦的手机充电器,电力电子技术随处可见。
关键词:半导体、电力变换、整流电路ABSTRACTTo cultivate the use of basic knowledge of the ability of a simple circuit design, solid basic theory, we are now the first time the power electronics curriculum design.With the increasing development of science and technology, the circuit is also getting higher and higher, due to the need to size adjustable DC power supply in the actual production, and phase-controlled rectifier circuit structure is simple, easy to control, stable performance, easy to use it to get large and medium-sized, small-capacity DC, is currently the DC method has been widely applied. However, the grain hybrid tube of α increases with the firing angle of the phase-controlled rectifier circuits, harmonic component corresponding increase in the current, power factor is very low. SPWM control inverter circuit for the rectifier circuit, constitutes a PWM rectifier. Proper control of the PWM rectifier, so that the input current is very close to sine wave, and phase with the input voltage, power factor is approximately 1. This rectifier circuit is called a high power factor rectifier, which has broad application prospects.Power electronic devices is the basis for the development of power electronics technology. It is the invention of the power thyristor, semiconductor converter separated from the electronics, the development of the specialized disciplines of power electronics technology.Full-controlled power semiconductor devices invented in the 1990s, to further expand the areas and scope of the power electronics technology and coverage. The field of power electronics technology has gone deep into the sectors of national economies, including iron and steel, metallurgy, chemical industry, electric power, petroleum, automotive, transportation and people's daily life. The power range to thousands of megawatts of HVDC, as small as one-watt cell phone charger, power electronics technology can be seen everywhere.Key words semiconductor;power conversion;rectifier circuit目录1、设计任务书 (6)2、单相晶闸管整流电路供电方案的选择 (7)2.1单相桥式全控整流电路 (7)2.2单相双半波可控整流电路 (7)3、单相晶闸管整流电路主电路设计 (8)3.1主电路原理图 (8)3.2变压器参数的计算 (9)4、电路元件的选择 (10)4.1整流元件的选择 (10)5、保护元件的选择 (11)5.1变压器二次侧熔断器的选择 (11)5.2保护电路原理图及工作原理 (11)5.3晶闸管保护电路的选择 (11)6、单相整流电路的相控触发器电路 (13)6.1相控触发电路原理图及工作原理 (13)6.2相控触发芯片的选择 (13)7、单相整流电路设计总设计结果 (15)7.1 晶闸管工作原理 (15)7.2总电路的原理框图 (17)总结 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)1、《电力电子技术》课程设计任务书1.1设计课题目单相全波晶闸管整流电路设计(纯电阻负载)1.2设计要求1、单相全波晶闸管整流电路的设计要求为:负载为阻性负载.2、技术要求:(1) 电网供电电压:交流380V 10% f=50Hz;(2) 直流输出电压:0~220V/50~220V范围内;(3) 直流输出电流额定值100A,直流输出电流连续的最小值为10A;(4) 输出功率:500W;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。
1. 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)1.1单相桥式全控整流电路电路结构(阻-感性负载)单相桥式全控整流电路用四个晶闸管,两只晶闸管接成共阴极,两只晶闸管接成共阳极,每一只晶闸管是一个桥臂。
单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)电路图如图1所示图1. 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)1.2单相桥式全控整流电路工作原理(阻-感性负载)1)在u2正半波的(0~α)区间:晶闸管VT1、VT4承受正压,但无触发脉冲,处于关断状态。
假设电路已工作在稳定状态,则在0~α区间由于电感释放能量,晶闸管VT2、VT3维持导通。
2)在u2正半波的ωt=α时刻及以后:在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4使其导通,电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通,此时负载上有输出电压(ud=u2)和电流。
电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上,使其承受反压而处于关断状态。
3)在u2负半波的(π~π+α)区间:当ωt=π时,电源电压自然过零,感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。
在电压负半波,晶闸管VT2、VT3承受正压,因无触发脉冲,VT2、VT3处于关断状态。
4)在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后:在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通,电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通,电源电压沿正半周期的方向施加到负载上,负载上有输出电压(ud=-u2)和电流。
此时电源电压反向加到VT1、VT4上,使其承受反压而变为关断状态。
晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。
1.3单相桥式全控整流电路仿真模型(阻-感性负载)单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)仿真电路图如图2所示:图2 单相双半波可控整流电路仿真模型(阻-感性负载)电源参数,频率50hz,电压100v,如图3图3.单相桥式全控整流电路电源参数设置VT1,VT4脉冲参数,振幅3V,周期0.02,占空比10%,时相延迟α/360*0.02,如图4图4. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置VT2,VT3脉冲参数,振幅3V,周期0.02,占空比10%,时相延迟(α+180)/360*0.02,如图5图5. 单相桥式全控整流电路脉冲参数设置1.4单相桥式全控整流电路仿真参数设置(阻-感性负载)设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°。
《电力电子技术》课程设计之单相全波整流电路的设计姓名学号年级专业系(院)指导教师2012/8/21目录第一章设计任务书1.1 设计目的 (2)1.2 设计要求 (2)1.3 设计内容 (2)1.4设计题目 (2)第二章设计内容2.1 方案的论证与选择 (3)2.1.1主电路的方案论证 (3)2.2 主电路的设计 (5)2.2.1 带阻感负载的单相桥式全控整流电路 (5)2.2.2 原理图分析 (6)2.3 电路方案说明 (7)第三章触发电路3.1 同步触发电路 (7)3. 2 晶闸管的触发条件 (7)3.3 晶闸管的分类 (13)3.4 同步环节 (13)3.5 脉冲形成环节 (14)3.6双窄脉冲形成环节 (14)3.7 同步变压器 (15)第四章保护电路的设计4.1 过电流保护 (16)4.2 过电压保护 (17)第五章元器件的选用 (20)第六章参数的计算 (26)第七章心得体会 (27)第八章参考文献 (28)第一章设计任务书1.1 设计目的:《电力电子技术》课程设计是配合交流电路理论教学,为自动化和电气工程及自动化专业开设的专业基础技术技能设计,是自动化和电气工程及自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节,是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练,对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。
主要目的在于: 1:进一步掌握晶闸管相控整流电路的组成、结构、工作原理;2:重点理解移相电路的功能、结构、工作原理;3:理解同步变压器的功能。
1.2 设计要求:1:根据课题正确选择电路形式;2:绘制完整电气原理图(包括主要电气控制部分);3:详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值;4:编制使用说明书,介绍适用范围和使用注意事项;说明:负载形式及参数可自行选择1.3设计内容:单相全波整流电路的设计。
1:主电路方案论证2:电路方框图3:整流电路方框图4:电路方案说明单相整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路,它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。
单相桥式全控整流电路应用广泛,只用四只晶闸管,一个电阻,一个电感,投资比较少,在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载,整流电压波形脉动次数多于半波整流电路。
变压器而次绕组中,正负两个半周电流方向相反且波形对称,直流分量为零,不存在变压器直流磁化问题,变压器绕组的利用率高。
单相桥式全控桥整流电路与半波整流电路相比较:(1)a的移相范围相等,均为0~180。
(2)输出电压平均值Ud是半波整流电路的2倍。
(3)相同的负载功率下,流过晶闸管的平均电流减小一半。
(4)功率因数提高了1.414倍。
单相桥式全控整流电路与单相全波整流电路相比较:1.4设计题目:单相全波整流电路1.41单相单相全波整流电路的设计 1.42、设计参数:(1)单相桥式全控整流电路接电阻性负载; (2)要求输出电压在0~100V 连续可调; (3)输出电流在20A 以上; (4)采用220V 变压器降压供电; 1.43、设计要求:(1)根据课题正确选择电路形式;(2)绘制完整电气原理图(包括主要电气控制部分);(3)详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值; (4)编制使用说明书,介绍适用范围和使用注意事项;说明:负载形式及参数可自行选择(例如:输入的为市电,即相电压为220V ,输出电压在0—200V 可调,负载R L =5Ω)第二章 设计内容2、1方案的论证与选择2.1.1主电路的方案论证:我们知道,单相整流器的电路形式是各种各样的,整流的结构也是比较多的。
因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案: 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α突然增大至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,会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况,这使成为正弦半波,即半周期为正弦,另外半周期为零,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d U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。
方案三:单相半波可控整流电路: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 。
但输出脉动大,变压器二次侧电流中含直流分量,造成变压器铁芯直流磁化。
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。
方案四:单相全波可控整流电路:电路简图如下:此电路变压器是带中心抽头的,结构比较复杂,只要用2个可控器件,单相全波只用2个晶闸管,比单相全控桥少2个,因此少了一个管压降,相应地,门极驱动电路也少2个,但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。
不存在直流磁化的问题,适用于输出低压的场合作用。
但是绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗比单相全控桥多,在当今世界上有色金属有限的情况下,这是很不利的,所以我们也放弃了这个方案。
单相半控整流电路的优点是:线路简单、调整方便。
弱点是:输出电压脉冲大,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。
综上所述,针对他们的优缺点,我们采用方案二,即单相桥式全控整流电路(负载为阻感性负载)。
2、2主电路的设计2.2.1 带阻感负载的单相桥式全控整流电路图 2.1 单相全控桥式整流电路电感性负载及其波形(a)电路; (b) 电源电压; (c) 触发脉冲; (d) 输出电压; (e) 输出电流; (f) 晶闸管V -1 , V -4上的电流; (g) 晶闸管V -2 , V -3上的电流;(h) 变压器副边电流; (i) 晶闸管V -1 , V -4上的电压R(a)(b)(c)(d)(e)(f)L(g)(h)(i)电路如图2 a) 所示。
为便于讨论,假设电路已工作于稳态。
(1)工作原理:在u2正半周期,触发角 α 处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通,ud = u2负载中有电感存在使负载电流不能突变,电感对负载电流起平波作用,假设负载电感很大,负载电流 id 连续且波形近似为一水平线,其波形如图 2 e) 所示。
u2 过零变负时,由于电感的作用晶闸管VT1和VT4 中仍流过电流 id 并不关断。
至ωt =π+α 时刻,给 VT2 和 VT3 加触发脉冲,因VT2和VT3本已承受正电压,故两管导通。
VT2和VT3导通后,u2通过 VT2 和 VT3 分别向 VT1 和 VT4 施加反压使VT1 和VT4 关断,流过 VT1 和 VT4 的电流迅速转移到 VT2 和 VT3 上,此过程称为换相,亦称换流。
至下一周期重复上述过程,如此循环下去。
(2) u d 波形如 图2(d)所示,其平均值为:当α= 0时,Ud0= 0.9 U2。
α= 90o 时,Ud = 0。
α角的移相范围为90o 。
单相桥式全控整流电路带阻感负载时,晶闸管VT1、VT4两端的电压波形如图2 i)所示,晶闸管承受的最大正反向电压均为 。
晶闸管导通角θ与α无关,均为180o ,其电流波形如图2 b)所示,平均值和有效值分别为: 和变压器二次电流 i 2的波形为正负各180o 的矩形波,其相位由α角决定,有效值I 2= I d 。
2.2.2原理图分析:在单相桥式全控整流电路中,晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂,VT2和VT3组成另一对桥臂。
在U2正半周,若4个晶闸管均不导通,负载电流Id 为零,也为零,VT1和VT4串联承受电压U2。
若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲,VT1和VT4即导通,电流从电源a 端经VT1、R 、VT4流回电源b 端。
当u2过零时,流经晶闸管的电流也降到零,VT1和VT4关断。
在u2负半周,仍在触发角α处触发VT2和VT3,VT2和VT3导通,电流从电源b 端流出,经VT3、R 、VT2流回电源a 端。
到u2过零时,电流又降为零,VT2和VT3关断。
此后又是VT1和VT4导通,如此循环的工作下去,22U d U ααπωωπαπαcos 9.0cos 22)(sin 21222U U t td U U d ===⎰+晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和。
由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载,故该电路为全波整流。
在一个周期内,整流电压波形脉动2次,脉动次数多于半波整流电路,该电路属于双脉波整流电路。
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,如图2.2所示,不存在变压器直流磁化问题,变压器绕组的利用率也高。
整流电压平均值为: U 2sin ωtd(ωt)=2 U 2 α=0时,。
α=时,。
可见,α角的移相范围为。
向负载输出的直流电流平均值为:==0.9 U 2晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导电,流过晶闸管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半,即为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额,需考虑发热问题,为此需计算电流有效值。
流过晶闸管的电流有效值为== 变压器二次电流有效值与输出直流电流有效值I 相等,为由上面的公式可知 不考虑变压器的损耗时,要求变压器的容量为2.3 电路方案说明单相整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路,它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。
单相桥式全控整流电路应用广泛,只用四只晶闸管,一个电阻,一个电感,投资比较少,在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载,整流电压波形脉动次数多于半波整流电路。
变压器而次绕组中,正负两个半周电流方向相反且波形对称,直流222U 22U 2U ⎰=παπ21Uo U π229.02cos 1=+ α2cos 1 α+209.0U U U d d ==01800=d U 0180d I 2cos 1222απ+=R U R U d 2cos 11α+R 2cos 145.0212α+==R U I I d dVT VT I ⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛παωωπ)(sin U 22122t d R t πππa a R U -+2sin 21222I παππωωπα-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==⎰a R U t d R t U I I 2sin 21)(sin 2π12222I I VT 21=22I U S =分量为零,不存在变压器直流磁化问题,变压器绕组的利用率高。