单相桥式全控整流电路的设计剖析

目录

1设计方案及原理 (1)

1.1原理方框图 (1)

1.2主电路的设计 (1)

1.3主电路原理说明 (2)

1.4整流电路参数的计算 (2)

2元器件的选择 (3)

2.1晶闸管的选取 (3)

2.2变压器的选取 (4)

3触发电路的设计 (4)

3.1对触发电路的要求 (4)

3.2 KJ004集成触发器 (4)

4保护电路的设计 (5)

4.1 过电压保护 (6)

4.1.1过电压保护 (6)

4.1.2过电流保护 (7)

4.1.3电流上升率di/dt的抑制 (7)

4.1.4电压上升率du/dt的抑制 (7)

5仿真分析与调试 (8)

5.1建立仿真模型 (8)

5.2仿真结果分析 (9)

心得体会 (11)

参考文献 (12)

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单相桥式全控整流电路的设计

1设计方案及原理

1.1原理方框图

系统原理方框图如1-1所示：

图1-1 系统原理方框图

1.2主电路的设计

主电路原理图如下图1-2所示：

触发电路

驱动电路 整流主电路 负载

保护电路

图1-2 单相桥式全控整流电路原理图

1.3主电路原理说明

在电源电压u2正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在触发角α处给VT1、VT4加触发脉冲，VT1、VT4导通，电流从电源a 端经VT1、负载、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。

在电源电压u2负半周期间，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3， VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经过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。该电路的移向范围是0―π。

另外，由于该整流电路带的是反电动势负载，因而不是正半轴的任意时刻都能开通晶闸管的，要开通晶闸管必须在交流电瞬时值大于E 的时候去触发。提前触发的话，晶闸管会在E 的作用下承受反向电压，无法导通。

1.4整流电路参数的计算

当| 2u |>E 时，晶闸管可以开通。 1）整流输出电压的平均值可按下式计算

2

d 2U cos 0.9U cos ααπ

=

= （1-1）

当α=0时，d U 取得最大值90V 即d U = 0.9 2U =90V 从而得出2U =100V ，α=180o 时，

d U =0。α角的移相范围为90o 。

2）整流输出电压的有效值为

（2-2）

3）整流电流的平均值和有效值分别为

（2-3）

d 2d U U I =0.9

R R

cos E α

-=

U

I R

=

（2-4）

4)在一个周期内晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导通，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：

21

0.45cos 2dvT d U E I I R

α-== （2-5）

2元器件的选择

2.1晶闸管的选取

晶闸管的主要参数如下：

①额定电压U Tn 通常取DRM U 和RRM U

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2～3倍，以保证电路的工作安全。

晶闸管的额定电压 {}RRM DRM Tn U U U ,m in =

U Tn =（2～3）U TM （2-7） U TM :工作电路中加在管子上的最大瞬时电压 ②额定电流I T(A V)

I T(A V) 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、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。

将变压器副边电压有效值U2定为200V ，则停止导电角δ=8.15° 此时可达到的最大输出电压为0.9U2*cos8.15°= 178V >90V ，满足要求。

2282.8V ==

考虑到安全裕量，故晶闸管额定电压为：()2~3282.8565.6~848.4V Tn U V =⨯= 由式2-6知，流过晶闸管电流有效值最大为：

晶闸管额定电流为：

通过以上计算得知，可以取晶闸管额定电压为800V ，额定电流为30A 。

2.2变压器的选取

变压器是一种静止的装置，它是依靠磁耦合的作用，将一种等级的电压与电流转换为另一种等级的电压与电流，起着传递电能的作用。

单相桥式全控整流电路带反电动势负载，变压器二次电流有效值I2与输出电流有效值I 相等。由式2-4可知，二次侧电流最大为50A ，故变压器容量至少为10000 V ·A 。

3触发电路的设计

3.1对触发电路的要求

晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求:

1）、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。

2）、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。

3）、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极

电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。

4）、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。

3.2 KJ004集成触发器

KJ004 可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。KJ004 器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。KJ004 电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、

max VT I 28.28A

=

==()()

max

T AV I 1.5~227~36A

1.57

VT I ==