1、郑州航空工业管理学院电力电子变流技术课程设计2011 级 电气工程及其自动化 专业 1106972 班级 题 目 单相桥式全控整流电路电阻性负载 姓 名 时 菲 学 号 110697219 指导教师 孙 标 教师职称 副教授 二 一二 年 六 月 十五 日2目录绪论 .3一、 电路图设计 .41.1 主电路图及其工作波形 .41.2 晶闸管的工作原理 .41.3 电路工作原理 .51.4 单结晶体管自振荡电路分析 .5二、数值计算 .62.1 输出电压平均值 和输出电流平均值 .6dUdI2.2 晶闸管的移相范围 .62.3 输出电流有效值 I 和变压器相关值的计算 .62.4 晶闸管的电流平
2、均值 和有效值 为： .6dTTI2.5 电容的值为： .72.6 稳压二极管的选择: .7三、主电路、触发电路相结合的完整电路图 .8设计总结 .9参考文献 .103绪论整流电路技术在工业生产上应用极广，如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就是把交流电转换为直流电的电路。大多数直流电路是由变压器、整流主电路和滤波器等组成。整流电路技术在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程成为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上，为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加
3、接整流变压器，把一次电压变成二次电压。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究的是纯电阻性负载、电阻电感负载等，以上负载往往要求整流输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲时间，就能改变晶闸管在交流电压一周期内导通的时间，这样就可以得到负载上直流平均值。4一、电路图设计1.1 主电路图及其工作波形单相桥式全控整流电路如图 1(a)所示。电路由四个晶闸管和负载电阻 Rd组成。晶闸管 V1 和 V4 组成一对桥臂，V2 和 V3 组成另一对桥臂。图 1 单相全控桥式整流电路电阻性负载及其波形(a)电路； (b) 电源电压； (c) 触发脉冲； (d)
4、输出电压；(e) 晶闸管上的电压； (f) 变压器副边电流1.2 晶闸管的工作原理通过理论分析和实验验证表明：1） 只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶闸管才能导通，两者不可缺一。2） 晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电压不必是一个持续的直流电压，只要是一个具有一定宽度的正向脉冲电压即可，脉冲的宽度与晶闸管的开通特性及负载性质有关。这个脉冲常称之为触发脉冲。3） 要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数值之下（约几十毫安） 。这可以通过增大负载电阻，降低阳极电压至接近于零或施加反向阳Tu2u1i2 V2a
5、V1V4V3budidRd(a)0 u2t (b)ug0 t1 t2 t (c)ud0 tt0uV1,4i20 t(d)(e)(f)5极电压来实现。这个能保持晶闸管导通的最小电流称为维持电流，是晶闸管的一个重要参数。1.3 电路工作原理单相桥式全控整流电路如图所示。晶闸管 V1 和 V4 组成一对桥臂，V2 和 V3组成另一对桥臂。当变压器二次电压 U2 为正半周时（a 端为正，b 端为负） ，相当于控制角 a 的瞬间给 V1 和 V4 以触发脉冲，V1 和 V4 即导通，这时电流从先经过 VT1、 、VT4 流回到电源。这期间 VT2 和 VT3 均承受反压而截止。当电dR源电压过零时，电流
6、也降到零，VT1 和 VT4 即关断。在电源电压的负半周期，仍在控制角为 a 处触发晶闸管 VT2 和 VT3，则 VT2和 VT3 导通。电流从电源 b 端经 VT3、 、VT2 流回电源 a 端。到一周期结束dR时电压过零，电流亦降至零，VT2 和 VT3 关断。在电源电压的负半周期，VT1和 VT4 均承受反向电压而截止。上述两组触发脉冲在相位上相差 180。以后又是 VT1 和 VT4 导通，如此循环工作下去。1.4.单结晶体管自振荡电路分析利用单结晶体管的负阻特性可构成自激振荡电路，产生控制脉冲，用以触发晶闸管。电源未接通， =0。cu电源接通，C 充电， 升高。 当 时，单结管导通
7、，C 经 e,b1 向 R1 放电，输出一个脉冲电压。pcu当 时 ,单结管截止， R1 上的脉冲电压接束。vC 从 值又开始充电，充电到 时，又输出一个脉冲电压.pu温度补偿ReCub1R1R2EctpuuVub1 t6二、数值计算2.1 输出电压平均值 和输出电流平均值 dUdI2cos19.02cos1sin21d UtRId2.2 晶闸管的移相范围当 =150V 时，不计控制角余量，即按 =0 计算dU由 =0.9 得2Vd67.19.052取 （3）VU1802此时，把（3）式及 代入（1）式可得， ，即d50852.0cos1，然后取 。57.1321又把（3）式及 代入（1）式可
8、得， 然后可取 。VU43.762 762所以控制角的移相范围是（ ） 。76322.3 输出电流有效值 I 和变压器二次电流有效值 2I2sin12RUI可求得，当 时， 有最大值，且为32I AI5.922.4 晶闸管的电流平均值 dT和有效值 TI为：ARUId5.7Id75.321I71.62晶闸管所承受的最大正向电压 和最大反向电压为 ，2U2U7故晶闸管的额定电压 为TU（4）VUT 760182)3(2)3( 又因为要考虑晶闸管的额定电流为:（ 5）AIT)(由（4） （5）知晶闸管的额定电压为 TU和额定电流 TI为：VT760I15变压器的参数：变压器的容量为： VAIS80
9、2变压器的变比为： 18032Un变压器的 2 次侧电压有效值为：2.5电路取单结晶体管 BT33F，参数表如下：分压比 ：0.65-0.9，基极间电阻：5-12K，谷点电压： 3.5V，饱和电压降：5V，峰点电流：2mA ，谷点电流：1.5mA，耗散功率：400mW。但是并未给出峰点电压，这也是由于元件参数的离散型导致并不能提供准确的数值，一般都是用峰点电压 计算得到。dbpUE式中 ; 为单晶管 PN 结正向压降（一般取值0.7V） 分压比VEb20d 取0.7 ，谷点电压1.5V ，峰点电流取0.5mA ，谷点电流取3mA则可得 ,由公式 得 Up7.14vepIERIKRe14电路自震
10、荡频率 f=50Hz，由公式 )1ln(fCe得 FC422.6 稳压二极管的选择:8根据题意稳压二极管的能达到的稳压应该稍微大于所选单结晶体管的二基极间的电压 Ebb。经查询，这里选择型号为 MA2220 的稳压二极管,所能提供稳压值为 22V。三、主电路、触发电路相结合的完整电路图只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极触发电压时晶闸管才能导通，两者不可缺一。振荡的电路的输出作为触发脉冲必须使它与主电路同步，以保证在每个周期内整流电路的控制角相等。晶闸管由第一个触发脉冲触发导通，后面脉冲不起作用。9设计总结通过学习电力电子技术这门课，我掌握了有关近现代的电力电子器件的基本原理和功能。随着
11、科技的不断发展，电力电子在我们日常生活中越来越重要。在这次的课程设计中，我对电力电子的相关知识有了更全面，更深刻的了解和掌握。设计过程中有许多地方都很困难，经过翻书问同学以及上网查阅相关资料使我增长了知识，开阔了视野，最终发现动手设计是一种可以把理论与知识结合的很好的学习方法。这次单相全控桥式整流电路的设计使我加深了对整流电路的理解，也对电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不同的电路。其中单相全控桥式整流电路其负载我们用的多的主要是电阻型、带大电感型，接反电动势型。它们各有自己的优缺点。在孙老师的悉心指导和同学的帮助下，我加以自己不懈的努力、执着的追求顺利完成了这次课程设计。由于水平有限，设计过程设计步骤比较简单，希望老师能批评指正，谢谢老师。10参考文献1.黄俊、王兆安 电力电子技术 机械出版社2.王维平 电力电子技术及应用东南大学出版社 2000 年3.曾方主编电力电子技术西安电子科技大学出版社4.苏玉刚、陈渝光主编电力电子技术重庆大学出版社5.马建国 电子系统设计北京 高等教育出版社 2004 年
