单项桥式可控整流电路设计-智能电网信息工程电子电力技术课程设计.doc

1、 课 程 设 计课程名称： 电力电子技术设计题目： 单项桥式可控整流电路 院 系： 电力学院 班 级： 智能电网信息工程设 计 者： 高赞钧 学 号： 1410240330 指导教师： 张小燕 设计时间： 2016 年 12 月 519 日 电力电子技术 单相桥式可控整流电路银川能源学院课 程 设 计 评 定 意 见设计题目： 单项桥式可控整流电路 主要指标：输入电压单相 220VAC；变压器二次侧电压为 110V；输出电压 0100VDC；院（部）: 电力学院 专业班级： 智能电网信息工程 1401 班 学生姓名： 高赞钧 学生学号： 1410240330 评定意见： 优 良 中 及格 不及

2、格序号 评价项目 满分值 实际得分1 选题难易度及工作量 102 设计步骤的完整性 103 应用理论的正确性及对知识掌握的程度 504 书写的规范性 105 创造性及综合应用能力(结合实际) 106 课程设计答辩成绩 10合计 100备注90100为优； 8089为良；7079为中；6069为及格；59及以下为不及格。指导教师评语 指导老师（签名）： 2016年 月 日电力电子技术 单相桥式可控整流电路银川能源学院课程设计任务书姓 名： 高赞钧 院（系）：电力学院学 号：1410240330 班 级：智能电网信息工程 1401 任务起至日期 2016 年 12 月 5 日至 2016 年 12

3、 月 19 日课程设计题目:单相桥式可控整流电路的设计 已知技术参数和设计要求： 输入电压单相 220VAC；变压器二次侧电压为 110V;输出电压 0100VDC。负载自拟，其他参数自己设定。用 MATLAB 仿真软件进行验证。工作量及参考文献：每 4 人组成 1 个设计小组，通过共同讨论，确定每个题目的设计思路、方法，各自独立完成上述设计任务。设计的成果应包括：主电路的设计；器件的选型；驱动电路、保护电路的概念（如侧重该部分的设计则详细描述） ；用MATLAB 仿真软件中的 Simulink 绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的详细说明书及进行的仿真和记录。正文 4000 字以上

4、,即 A4 打印页数不少于 10 页。1 王兆安，刘进军. 电力电子技术. 5 版. 北京：机械工业出版社，2009.52 王兴贵，陈伟，张巍. 现代电力电子技术. 北京：中国电力出版社，2010.83 裴云庆，卓放，王兆安.电力电子技术学习指导、习题集及仿真.北京：机械工业出版社，2012.104 潘湘高. 基于 Matlab 的电力电子电路建模仿真方法的研究. 计算机仿真，第 20卷 第 5 期. 5 薛定宇，陈阳泉.基于 MatlabSimulink 的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2002.电力电子技术 单相桥式可控整流电路工作计划安排：学时安排为 2 周。第 1 周：全体

5、开会，布置任务，组成设计小组，每小组 36 人（每班 4042 人分四大组，每大组 1011 人） ，鼓励同学们互相讨论和启发。每小组题目各有所侧重，不得完全重复；会后开始设计工作。答疑，审查设计方案。完成主电路的设计、所用元器件的选择工作。第 2 周撰写并完成设计说明书（必要时进行仿真和记录） 、设计小结等。同组设计者及分工： 由虎兴花丶梁文倩丶高赞钧丶张翔组成一个设计小组；题目准备期间，虎兴花丶梁文倩负责熟悉 MATLAB 仿真软件；高赞钧负责借阅查找有关资料；张翔负责应用 WORD 以及计算有关数据。课程设计期间，虎兴花和梁文倩指导其他组员 MATLAB 仿真软件的使用；高赞钧为其他组员

6、提供已借阅查找到的有关资料；张翔指导其他组员 WORD 以及计算公式的使用。课程设计撰写期间，虎兴花和梁文倩检查其他组员用 MATLAB 仿真软件验证主电路设计的正确性。要求每个人必须独立完成所有设计任务，即要求每个学生从审题、主电路设计等环节独立自主进行。指导教师签字 教研室主任意见：签字_ 年 月 日电力电子技术 单相桥式可控整流电路摘 要整流在现实生活中非常普遍。本课设介绍的是单相桥式整流电路，将单相 220V交流电整流成 0110V 电压。本次课设分为三大模块，分别为主电路、触发电路、保护电路。主电路分为电阻性负载、阻感性负载、反电动势负载；触发电路分为晶闸管触发电路、锯齿波触发电路、

7、集成化晶闸管移相触发电路；保护电路分别设计了晶闸管的过压保护及过流保护，最后用 MATLAB 仿真软件对电路进行仿真。关键词：单相桥式；整流电路； MATLAB；仿真验证 电力电子技术 单相桥式可控整流电路目 录第一章 设计方案选择及论证 .11.1 设计任务和要求 .11.1.1 设计任务 .11.1.2 设计要求 .11.2 总体方案的选择与确定 .11.3 整流电路方案的确定 .2第二章 系统总体设计 .32.1 系统原理方框图 .32.2 主电路设计 .42.2.1 工作原理 .42.2.2 单相全控桥式整流电路 .5第三章 驱动电路和保护电路的设计 .63.1 触发电路设计 .63.

8、1.1 单结晶体管触发电路 .63.1.2 单结晶体管自激震荡电路 .73.1.3 同步电源 .83.1.4 移相控制 .83.1.5 脉冲输出 .83.2 保护电路的设计 .83.2.1 过电流保护 .9电力电子技术 单相桥式可控整流电路3.2.3 过压保护 .10第四章 元器件和电路参数计算 .114.1 元件选取-晶闸管（SCR） .114.1.1 晶闸管的基本特性 .114.1.2 晶闸管的主要参数 .134.2 整流变压器额定参数计算 .154.2.1 一次与二次额定电流及容量计算 .154.3 设计结果分析 .16第五章 系统调试与仿真 .17六设计总结 .22七致 谢 .23八.

9、参 考 文 献 .24电力电子技术 单相桥式可控整流电路0第一章 设计方案选择及论证1.1 设计任务和要求1.1.1 设计任务本次设计的任务是设计一个单相桥式全控整流电路。确定设计总体方案，通过总体方案来设计各个单元电路，如触发电路、保护电路等；根据要求计算参数，包括触发角的选择，输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算；输出波形分析，器件额定参数确定等；完成这些后，将各个单元电路衔接起来，并完成主电路的设计；然后再用 MATLAB 软件仿真调试。1.1.2 设计要求输入电压单相 220VAC；变压器二次侧电压为 110V;输出电压 0100VDC。负载自拟，其他参数自己设定。用 MATL

10、AB 仿真软件进行验证。1.2 总体方案的选择与确定 单相桥式带阻感负载整流电路可分为单相桥式带阻感负载相控整流电路和单相桥式带阻感负载半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。 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。 电力电子技术 单相桥式可控整流电路1单相全控式整流

11、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。单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。 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） 。1.3 整流电路方案的确定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：图 1.1 单相桥式半控整流电路图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

12、 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 ud 成为正弦半波，即半周期 ud为正弦，另外半周期为 ud 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：电力电子技术 单相桥式可控整流电路2图 1.2 单相桥式全控整流电路电路图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

13、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：单相全波可控整流电路电路简图如下：图 1.3 单相全波可控整流电路图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。相同的负载下流过晶闸管的平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，在均电流减小一半；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）。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。第二章 系统总体设计