单相桥式整流电路__课程设计

电力电子课程设计

课题: 单相半控式晶闸管整流电路的设计

专业: 电气工程及其自动化

班级: 电气0802班

姓名: 秦露露彭仁魁

学号：2008011203 2008011202

指导老师：张磊老师

日期：2011-01-03——2011-01-09

目录

1.概述 (3)

2. 设计目的和要求 (3)

.

3. 方案选择 (4)

4. 辅助电路的设计 (6)

4.1 驱动电路的设计

4.2 保护电路的设计

4.4 电流上升率、电压上升率的抑制保护

5. 主体电路的设计 (13)

5.1单相半控式晶闸管整流电路图

5.2主电路设计和原理分析

6. 设计总结 (15)

7. 参考文献 (15)

一．概述

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,得到了广泛使用。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，它具有广泛的使用前景

由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法和电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路使用非常广泛，而三相晶闸管半控整流电路又有利于夯实基础，故我们单结晶体管触发的单相晶闸管半控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。

二．设计目的和要求

2.1设计目的

“电力电子技术”课程设计时在教学及实验的基础上，对课程所学理论知识的深化高。因此，要求学生能综合使用所学知识，设计出符合条件的电路，能够全面地巩固和使用本课程所学基本理论和基本方法，并初步掌握电路设计的基本方法。培养学生独立思考，独立收集资料，独立设计的能力。

2.2 变压器二次侧电压的计算

根据设计要求：电源电压：交流100V/50Hz ；输出功率：500W ；移相范围：0°-180°。设R=5Ω，α=30o

由R U P 2

0= 得 U 0=50V i 0= U 0/R=50/5=10A,

2.3 变压器一，二侧电流的计算

变压器二次侧电流:i 2= i 0=10A 由π

απαπωωππα-+==⎰2sin 21)(t)sin U 2（1U 2220U t d 得:变压器二次侧电压：U 2=62V

由62

100212112===U U N N i i 得：i 1=6.2A

2.4 变压器容量的计算

变压器容量:S=U 1*i 1=100*6.2=620V A

2.5 变压器型号的选择

选择匝数比N 1/N 2=50/31，容量S=620V A 的变压器。

三 . 电路元件的选择

3.1晶闸管的选择

由于单相交流调压主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。

3.1.1晶闸管电压、电流最大值的计算

1).晶闸管的主要参数如下：

①额定电压U NVT

通常取U DRM 和U RRM 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 NVT U U U ,min =

U NVT ≥（2～3）2U 2

U NVT ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压

U NVT =(2～3)2U 2=263V

②额定电流I NVT

通过晶闸管的电流的平均值I dvT

I dvt =i 2/2=5A

Im=πI dVt =15.7A

3.1.2晶闸管型号的选择

晶闸管的选择原则：

Ⅰ所选晶闸管电流有效值I VT 大于元件 在电路中可能流过的最大电流有效值。 Ⅱ、 选择时考虑（1.5～2）倍的安全余量。即

VT NVT I I )2~5.1( /1.57

I NVT =10A

则晶闸管的额定电流为I NVT =10A(输出电流的有效值为最小值，所以该额定电流也为最小考虑到2倍裕量,取20A.即晶闸管的额定电流至应大于20A. 在本次设计中选用2个KP20-4的晶闸管.

四 . 驱动电路的设计

4.1驱动电路的设计

4.1.1触发电路的论证和选择

4.1.1.1单结晶体管的工作原理

单结晶体管原理单结晶体管（简称UJT ）又称基极二极管，它是一种只有PN 结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N 型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b 1和b 2。在硅片中间略偏b 2一侧用合金法制作一个P 区作为发射极e 。其结构，符号和等效电如下图所示。

结晶体管的特性

从图一可以看出，两基极b 1和b 2之间的电阻称为基极电阻。

Rb b =rb 1+rb 2

式中：Rb1——第一基极和发射结之间的电阻，其数值随发射极电流i e而变化，rb2为第二基极和发射结之间的电阻，其数值和i e无关；发射结是PN结，和二极管等效。

若在两面三刀基极b2，b1间加上正电压Vb b，则A点电压为：

V A=[rb1/（rb1+rb2）]vb b=（rb1/rb b）vb b=ηVb b

式中：η——称为分压比，其值一般在0.3—0.85之间，如果发射极电压V E由零逐渐增加，就可测得单结晶体管的伏安特性，见图二：

（1）当V e〈ηVb b时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流I ceo。

（2）当V e≥ηVb b+VD VD为二极管正向压降（约为0.7V），PN结正向导通，I e显著增加，rb1阻值迅速减小，V e相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，和其对应的发射极电压和电流，分别称为峰点电压I p和峰点电流I p。I p是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然V p=ηVb b。

（3）随着发射极电流I e的不断上升，V e不断下降，降到V点后，V e不再下降了，这点V称为谷点，和其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压V v和谷点电流I v。

（4）过了V后，发射极和第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以u c继续增加时，i e便缓慢的上升，显然V v是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果V e〈V v，管子重新截止。

单结晶体管的主要参数

（1）基极间电阻Rb b发射极开路时，基极b1，b2之间的电阻，一般为2-10千欧，其数值随温度的上升而增大。