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1、电力电子变流技术课程设计报告课题一单相桥式可控整流电路的设计姓 名 学 号 年 级 专 业 学 院 2105年 12 月15日目录一、设计目的3二、设计任务31.设计的任务32.设计指标内容及要求3三、设计方案选择及论证3四、总体电路设计41.总体电路的功能框图42.电路组成43.工作原理54.主要参数关系5五、各功能模块电路设计51.各功能模块的设计51.1 驱动电路的设计51.2 电力电子器件的保护62、整流电路参数的计算73.元器件的选择83.1晶闸管（SCR）的介绍83.2晶闸管的工作原理83.3晶闸管基本工作特性归纳93.4晶闸管的主要参数如下93.5晶闸管的选取10六、总体电路10
2、1.总体电路原理图101.2 工作原理11七、总结111.系统调试及结果111.1建模111.2模型参数设置122.仿真结果与分析141.3小结163、收获与体会16八、参考文献16一、设计目的单相桥式整流电路是整流电路中的一种，由于其优点明显，实用性强，在大、中、小型各种实际电路中都有十分广泛的应用。二、设计任务1.设计的任务（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.设计指标内容及要求（1）电网供电电压为单相220V； （2）变压器二次侧电压为110V；（
3、3）输出电压连续可调，为0100V；（4）带阻感性负载：L=1000mH，R=100.三、设计方案选择及论证单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，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
4、减小一半；且功率因数提高了一半。 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（负载为阻感性负载）。四、总体电路设计保护电路1.总体电路的功能框图直流负载电路220v交流电源整流电路驱动电路控制电路 2.电路组成该电路为单相桥式全控整流电路，由变压器四个晶闸管电感及电阻组成。 图1 阻感性负载电路（）工作波形（b）3.工作原理假设电路已经工作在稳定状态，假设 ，负载电流连续，近似为一平直的直线。电源电压的正半周，在=时，触发晶闸管VT1、VT4导通，负载上的电压和电源电压相同。但由于电感的平波作用，电流不能突变，因此电流波形平稳近似一条直线。当交流电压正半周过零开始変负时，由于L的作
5、用，产生感应电动势UL,阻止电流下降，极性为下负上正，只要UL在数值上大于电源负电压，已导通的VT1、VT4管仍受正压而继续导通，此时负载两端出现负电压。直到电源负半周时刻触发VT2、VT3管导通，VT1、VT4才会受反压关断，负载电流改由VT2、VT3导通回路供应。因此每个晶闸管始终导通180，晶闸管电流为180底宽、高度为Id的矩形波，在晶闸管的触发时刻换流。变压器二次电流为正负对称的矩形波，无直流分量。4.主要参数关系 输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id 晶闸管的电流平均值和有效值 （输出电流有效值I和变压器二次电流有效值 晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为五、各功能模块电路设
6、计1.各功能模块的设计1.1 驱动电路的设计GTO是电流驱动型器件。它的导通控制与普通晶闸管相似，但对触发前沿的幅值和陡度要求较高，且一般需要在整个导通期间施加正向门极电流。要使GTO关断则需施加反向门极电流，对其幅值和陡度的要求则更高，幅值需达到阳极电流的1/3左右，陡度需达50A/s，其中强负脉冲宽度约30s，负脉冲总宽度100s，关断后还需在门极-阴极间施加约5V的负偏压，以提高器件的抗干扰能力。GTO一般用于大容量电流的场合，其驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直流耦合式两种类型。直流耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡
7、，可以得到较陡的脉冲前沿，因此目前应用较为广泛，其缺点是功耗大，效率低。直流耦合式GTO驱动电路的电源由高频电源经二极管整流后得到，二极管VD1和电容C1提供+5V电压，VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路，提供+15V电压，VD4和电容C4提供-15V电压。场效应晶体管V1开通时，输出正强脉冲；V2开通时，输出正脉冲平顶部分；V2关断而V3开通时输出负脉冲；V3关断后电阻R3和R4提供门极负偏压。1.2 电力电子器件的保护在电力电子器件电路中，除了电力电子器件参数要选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护，过电流保护，du/dt保护和di/dt保护也是必不可少的。1.2.1
8、过电压的产生及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因过电压两类。(1)外因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：操作过电压：由分闸，合闸等开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压会由供电变压器电磁感应耦合，或由变压器绕组之间的存在的分布电容静电感应耦合过来。雷击过电压：由雷击引起的过电压。(2)内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括以下几个部分。换相过电压：由于晶闸管或者与全控型器件反并联的续流二极管在换相结束后不能恢复阻断能力时，因而有较大的反向电流通过，使残存的载流子恢复，而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
9、电感而在晶闸管阴阳极这间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。关断过电压：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而线路电感在器件两端感应出的过电压。各电压保护措施及配置位置，各电力电子装置可视具体情况只来用采用其中的几种。其中RC3和RCD为抑制内因过电压的装置，其功能属于缓冲电路的范畴。在抑制外因过电压的措施中，采用RS过电压抑制电路是最为常见的。RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（通常供电电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧）或电力电子电路的直侧流。对于大容量的电力电子装置，可采用图139所示的反向阻断式RC电路。有关保护电路的参数计算可参考相关的
10、工程手册。采用雪崩二极管，金属氧化物压敏电阻，硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件来限制或吸收过电压也是较为常用的手段。1.2.2 过电流保护电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。过电流分载和短路两种情况。一般电力电子均同时采用几种过电压保护措施，怪提高保护的可靠性和合理性。在选择各种保护措施时应注意相互协调。通常，电子电路作为第一保护措施，快速熔断器只作为短路时的部分区断的保护，直流快速断路器在电子电力动作之后实现保护，过电流继电器在过载时动作。在选择快熔时应考虑：(1)电压等级应根据快熔熔断后实际承受的电压来确定。(2)电流容量应按照其在主电路中的接入方式和主电路
11、连接形式确定。快熔一般与电力半导体体器件串联连接，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It值应小于被保护器件的允许It值。(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。快熔对器件的保护方式分为全保护和短保护两种。全保护是指无论过载还是短路均由快熔进行保护，此方式只适用于小功率装置或器件使用裕量较大的场合。短路保护方式是指快熔只要短路电流较大的区域内起保护作用，此方式需与其他过电流保护措施相配合。对一些重要的且易发生短路的晶闸管设备，或者工作频率较高，很难用快熔保护的全控型器件，需要采用电子电路进行过电流保护。除了对电动机起动时的冲击电流等变化较慢的过电
12、流可以用控制系统本身调节器进行对电流的限制之外，需设置专门的过电流保护电子电路，检测到过流之后直接调节触发，驱动电路，或者关断被保护器件。此外，常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，这种措施对器件过电流的2、整流电路参数的计算纯电阻负载时：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：=0时，Ud= Ud0=0.9U2。=180时，Ud=0。可见，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3.元器件的选择3.1晶闸管（SCR）的介绍晶闸管（
13、Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管的结构：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（控制端）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，平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。图1.4 晶闸管的
14、外形、结构和电气图形符号和模块外形a)晶闸管类型b)内部结构c)电气图形符号d)模块外形3.2晶闸管的工作原理在分析SCR的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。其工作过程如下：UGK0 产生IG V2通产生IC2 V1通 IC1 IC2 出现强烈的正反馈，G极失去控制作用，V1和V2完全饱和，SCR饱和导通。晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。图1.5 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 工作原理3.3晶闸管基本工作特性归纳承受反向电压时(UAK 0， IGK 0才能开通)； 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电
15、流降到接近于零的某一数值以下。3.4晶闸管的主要参数如下额定电压UTN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电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的23倍，以保证电路的工作安全。晶闸管的额定电压 UTN=（23）UTM UTM:工作电路中加在管子上的最大瞬时电压额定电流IT(AV) IT(AV) 又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。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。在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、
16、导通角多大，只要其最大电流有效值不大于额定电流的有效值,散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效值不大于额定电流的有效值,散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。3.5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 Ud0.9 U2 cosa0.9220cos0198V I2Id100(A)晶闸管承受的最大正反向电压为： U220 311（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 70.7（A）故晶闸管的额定电压为： UN(23)311622933
17、（V）晶闸管的额定电流为： IN(1.52)70.71.5767.590.1（A）其型号为KP100-6。六、总体电路1.总体电路原理图 该电路主要由六部分构成，分别为交流电源，保护电路，整流电路，控制电路，驱动电路和负载电路构成。输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。1.2 工作原理（1）在u2正半波的（0）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区间由于电感释放能量
18、，晶闸管VT2、VT3维持导通。（2）在u2正半波的t=时刻及以后：在t=处触发晶闸管VT1、VT4使其导通，电流沿aVT1LRVT4bTr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（+）区间：当t=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t=+时刻及以后：在t=+处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿bVT3LRVT2aTr的二次绕组b流通，电源电压沿正半周
19、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t=2+处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。从波形可以看出90输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是090。控制角在090之间变化时，晶闸管导通角，导通角与控制角无关。七、总结1.系统调试及结果1.1建模 单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的MATLAB仿真模型1.2模型参数设置 a.交流电源参数b.同步脉冲信号发生器参数Pulse Generator 的参数Pulse Generator1 的参数 c.电阻电
20、感参数d.示波器参数示波器五个通道信号依次是：通过晶闸管电流Ial；晶闸管电压Ual；电源电流i2通过负载电流Id；负载两端的电压Ud。2.仿真结果与分析a.触发角=0，MATLAB仿真波形如下：=0单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图)b. 触发角=30，MATLAB仿真波形如下：=30单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图)c.触发角=60，MATLAB仿真波形如下：=60单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图)d.触发角=90，MATLAB仿真波形如下：=90单相桥式全控整流电路仿真结果（阻-感性负载）(截图)1.3小结由于电感的作用，输出电压出现负
21、波形；当电感无限大时，控制角在090之间变化时，晶闸管导通角=，导通角与控制角无关。输出电流近似平直，流过晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。=120时的仿真波形，此时的电感为有限值，晶闸管均不通期间，承受二分之一的电源电压。3、收获与体会通过本次电力电子课程设计，让我们更进一步的了解到单项桥式全控整流电源的工作原理以及它的要求和性能指标。也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题，而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。在设计的过程中，我遇到了很多的困难，主要是对自己所学的知识不牢固，许多的知识没有学会和理解，对一些一般的设计问题没有掌握很好的解决方法。在以后
22、的学习中要不断的把自己的所学的与设计使用结合起来，学习上遇到的问题要脚踏实地解决。通过这次课程设计，我感觉自己提高了很多，在以后的学习中要尽快弥补自己薄弱环节。八、参考文献1王兆安，黄俊. 电力电子技木（第四版）M北京：机械工业出版社，2004.2 黄俊，秦祖荫.电力电子自关断器件及电路.北京：机械工业出版社，19913 林渭勋.现代电力电子技术. 北京：机械工业出版社，20064 王维平 电力电子技术及应用东南大学出版社2000年5 王兆安，杨君，刘进军，谐波抑制和无功补偿，北京：机械工业出版社，19896 陈治明.电力电子技术基础.北京：机械工业出版社，19927 郝万新，电力电子技术.北
23、京：化学工业出版社，20051. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技
24、术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究
25、和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单
26、片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统
27、 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实
28、现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集
29、系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85.
30、 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96
31、. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼
32、机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！17