單相橋式可控整流電路設(shè)計(jì)單相橋式可控整流電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告TOC\o"1-5"\h\z院（系、部） ：姓 名：學(xué) 號(hào)：年 級(jí)：專 業(yè)：指導(dǎo)教師：年月目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章緒論 3.設(shè)計(jì)任務(wù)和要求： 3設(shè)計(jì)任務(wù)： 3設(shè)計(jì)基本要求： 3第二章總體設(shè)計(jì)方案 3設(shè)計(jì)思路及流程圖 3\o"CurrentDocument"主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇 4方案一：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐?4方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?5方案三：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐罚?5方案四：?jiǎn)蜗嗳煽卣麟娐罚?6\o"CurrentDocument"第三章觸發(fā)電路 7\o"CurrentDocument"單結(jié)晶體管的特性 8\o"CurrentDocument"單結(jié)晶體管自激震蕩電路 9\o"CurrentDocument"同步電源 10\o"CurrentDocument"移相控制 10\o"CurrentDocument"第四章保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"過(guò)電流保護(hù) 10\o"CurrentDocument"過(guò)壓保護(hù) 11\o"CurrentDocument"電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù) 12電流上升率 di/dt的抑制 12電壓上升率 dv/dt的抑制 12\o"CurrentDocument"第五章功率器件的計(jì)算與選擇 13\o"CurrentDocument"晶閘管 13\o"CurrentDocument"變壓器 14熔斷器 15過(guò)壓保護(hù)電容、電阻 15關(guān)斷緩沖電路電容、電阻 15\o"CurrentDocument"元器件清單： 16\o"CurrentDocument"第六章設(shè)計(jì)總結(jié) 17\o"CurrentDocument"第七章參考文獻(xiàn) 18摘要電能在各種形式的能源中有著不可取代的地位。 如何使電能高效合理的被利用， 在電力電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域是一個(gè)永恒不變的話題。 整流在現(xiàn)實(shí)生活中非常普遍， 本課題介紹的是單相橋式可控整流電路。電網(wǎng)電壓 AC220V，50Hz，50Ω阻性負(fù)載，要求輸出 0~500W可調(diào)。本次課設(shè)分為五大部分： 確定主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)， 主要元件的計(jì)算與選擇， 整流變壓器的容量選擇， 電路保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。 電路保護(hù)環(huán)節(jié)分為： 主干路過(guò)電流保護(hù)， 晶閘管過(guò)電壓保護(hù)，緩沖電路。最后，通過(guò) multisim仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，以確定電路的正確性。關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗鄻蚴?；可控整流；觸發(fā)；電路保護(hù)；仿真。第一章緒論設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：設(shè)計(jì)任務(wù)：1、確定電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（要求對(duì) 2-3個(gè)方案進(jìn)行比較、論證，并確定最后選擇的方案。 ）2、功率器件的計(jì)算和選擇（集體包括主電路中的主要元器件、如整流晶閘管、吸收阻容、整流變壓器的計(jì)算選擇）3、整流變壓器的容量選擇電路保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) （主要是對(duì)變壓器、 整流晶閘管的保護(hù)， 需要考慮過(guò)流、 過(guò)壓、短路、電流上升率、電壓上升率等方面的保護(hù)。 ）設(shè)計(jì)基本要求：1、負(fù)載為電阻性負(fù)載 ,R=500ohm;2、電網(wǎng)電壓 AC220V;3、輸出功率： 0-500W;第二章總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)思路及流程圖

220v交流電直流負(fù)載電路220v交流電直流負(fù)載電路控制電路2.2主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇我們知道， 單相整流器的電路形式是各種各樣的， 整流的結(jié)構(gòu)也是比較多的。 因此在做圖2.2.1對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制， 相對(duì)于全控橋而言少了一個(gè)控制器件， 用二極管代替， 有利在電阻性負(fù)載時(shí)此電路與全控電路的工作情況相同。 但是在阻感負(fù)載時(shí)須加續(xù)α突然增大至 180°或出發(fā)脈沖丟失時(shí)，由于電感儲(chǔ)能只是消耗在負(fù)載電阻上， 會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪ud成為正弦半波，即半周期 ud為正弦，另外半周期為 ud為零，其平

即為失控。 所以必須加續(xù)流二極均值保持穩(wěn)定， 相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時(shí)的波形，即為失控。 所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐穲D2.2.2此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制， 無(wú)須用續(xù)流二極管， 也不會(huì)失控現(xiàn)象， 負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)， 應(yīng)用廣泛。 變壓器二次繞組中， 正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。方案三：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐罚簣D2.2.3此電路只需要一個(gè)可控器件， 電路比較簡(jiǎn)單， VT的a移相范圍為 180。但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量， 造成變壓器鐵芯直流磁化。 為使變壓器鐵心不飽和， 需增大鐵心截面積，增大了設(shè)備的容量。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。

電路簡(jiǎn)圖如下：圖2.2.4此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只要用 2個(gè)可控器件，單相全波只用 22個(gè)，因此少了一個(gè)管壓降，相應(yīng)地，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路也少 2個(gè)，2倍。不存在直流磁化的問(wèn)題， 適用于輸出低壓,使鐵心變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小， 功率因數(shù)高，變沒(méi)有直流磁化問(wèn)題， 變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。 相同的2倍，在均電流所選電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐肪чl管VT1和VT4，VT2和VT3分別組成一對(duì)臂橋。在正半周，若 4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流 id為零，ud也為零， VT1，VT4串聯(lián)承受電壓 u2的一半。若在觸發(fā)角施加脈沖，VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源經(jīng) VT1、R、VT4流回電源。當(dāng) u2過(guò)零時(shí)，經(jīng)晶閘管的電流也降到零， VT1和VT4關(guān)斷。波形圖：第三章觸發(fā)電路單結(jié)晶體管原理單結(jié)晶體管（簡(jiǎn)稱 UJT）又稱基極二極管，它是一種只有 PN結(jié)和兩個(gè)

電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻 N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個(gè)基極 b1和 b2。在硅片中間略偏 b2一側(cè)用合金法制作一個(gè) P區(qū)作為發(fā)射極 e。其結(jié)構(gòu)，符號(hào)和等效電如圖 3.1.1.1所示。13.1單結(jié)晶體管的特性從圖1可以看出，兩基極 b1和 b2之間的電阻稱為基極電阻。Rbb=rb1+rb2式中： Rb1—— 第一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流 ie而變化， rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值與 ie無(wú)關(guān)；發(fā)射結(jié)是 PN結(jié)，與二極管等效。若在兩面三刀基極 b2，b1間加上正電壓 Vbb，則 A點(diǎn)電壓為：VA=[rb1/（rb1+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=ηVbb式中：η——稱為分壓比，其值一般在 0.3—0。9之間，如果發(fā)射極電壓 VE由零逐漸增加，TOC\o"1-5"\h\z就可測(cè)得單結(jié)晶體管的伏安特性，見(jiàn)圖 2：圖2（1）當(dāng) Ve〈ηVbb時(shí)，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流 Iceo。（2）當(dāng)Ve≥ηVbb+VDVD為二極管正向壓降 （約為 0.7V），PN結(jié)正向?qū)ǎ?Ie顯著增加，rb1阻值迅速減小， Ve相應(yīng)下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負(fù)阻特性。管子由截止區(qū)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)的臨界 P稱為峰點(diǎn)，與其對(duì)應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點(diǎn)電壓Ip和峰點(diǎn)電流 Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流，顯然 Vp=ηVbb。（3）隨著發(fā)射極電流 Ie的不斷上升， Ve不斷下降，降到 V點(diǎn)后， Ve不再下降了，這點(diǎn) V

Vv和谷點(diǎn)電流 Iv。過(guò)了V后，發(fā)射極與第一基極間半導(dǎo)體內(nèi)的載流子達(dá)到了飽和狀態(tài)， 所以 uc繼續(xù)增加ie便緩慢的上升，顯然 Vv是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓，如果 Ve〈Vv，管單結(jié)晶體管自激震蕩電路利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性與 RC電路的充放電可組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變從圖 3（a）可知，經(jīng) D1-D2整流后的直流電源 UZ一路徑 R2、R1加在單結(jié)晶體管兩個(gè)b1、b2之間，另一路通過(guò) R4對(duì)電容C充電，發(fā)射極電壓 ue=uc按指數(shù)規(guī)律上升。 Uc剛Up的瞬間，管子 e-b1間的電阻突然變小，開(kāi)始導(dǎo)通。電容 C開(kāi)始e-b1迅速向 R1放電， 由于放電回路電阻很小， 故放電時(shí)間很短。 隨著電容 C放電，Ue小于一定值，管子 BT又由導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止，然后電源又重新對(duì)電容 C充電，上述過(guò)在電容上形成鋸齒波震蕩電壓， 在R1上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖 us，3（b）所示，其震蕩頻率為f=1/T=1/R4CLn（1/1-η）η=0.3～0.9是單結(jié)晶體管的分壓比。即調(diào)節(jié) Re，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。同步電源同步電壓由變壓器 TB獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓于主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓管 DZ削波為梯形波 uDZ,而削波后的最大值UZ既是同步信號(hào) ,又是觸發(fā)電路電源 .當(dāng) UDZ過(guò)零時(shí) ,電容C經(jīng) e-b1、R1迅速放電到零電壓 .這就是說(shuō),每半周開(kāi)始 ,電容 C都從零開(kāi)始充電 ,進(jìn)而保證每周期觸發(fā)電路送出第一個(gè)脈沖距離過(guò)零的時(shí)刻 （即控制角 α）一致 ,實(shí)現(xiàn)同步 .移相控制當(dāng)Re增大時(shí)，單結(jié)晶體管發(fā)射極充電到峰點(diǎn)電壓 Up的時(shí)間增大，第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻推遲，即控制角 α增大，實(shí)現(xiàn)了移相。本課設(shè)選用 TCA785觸發(fā)芯片。第四章保護(hù)電路的設(shè)計(jì)過(guò)電流保護(hù)當(dāng)電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路； 驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過(guò)載； 直流側(cè)短路； 可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生逆變失?。?以及交流電源電壓過(guò)高或過(guò)低；均能引起裝置或其他元件的電流超過(guò)正常工作電流， 即出現(xiàn)過(guò)電流。因此，必須對(duì)電力電子裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電流保護(hù)。采用快速熔斷器作過(guò)電流保護(hù)，其接線圖（見(jiàn)圖 4）。熔斷器是最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適， 很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒(méi)有熔斷， 快速熔

斷器有較好的快速熔斷特性， 一旦發(fā)生過(guò)電流可及時(shí)熔斷起到保護(hù)作用。 最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔，因流過(guò)快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對(duì)元件的保護(hù)作用最好，這里就應(yīng)用這一方法快熔抑制過(guò)電流電路圖如下圖所示：44快熔的額定電壓 URN不小于線路正常工作電壓的均方根值； 快熔的額定電流 IRN應(yīng)按它所保護(hù)的原件實(shí)際流過(guò)的電流的方均根值來(lái)選擇，而不是根據(jù)元件型號(hào)上標(biāo)出的額定電流IT來(lái)選擇，一般小于被保護(hù)晶閘管的額定有效值 1.57IT，即1.57??????≥??????≥????.所以快速熔斷器的額定電流選為 7A.過(guò)壓保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中， 會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲。 同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)，如換相過(guò)電壓、關(guān)斷過(guò)電壓等等。過(guò)電壓保護(hù)的第一種方法是并接 R-C阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。

電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)電流上升率 di/dt的抑制晶閘管初開(kāi)通時(shí)電流集中在靠近門(mén)極的陰極表面較小的區(qū)域， 局部電流密度很大， 然后以 0.1mm/μs的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面，若晶閘管開(kāi)通時(shí)電流上升率 di/dt過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。 在每個(gè)橋臂上與晶閘管串聯(lián)一個(gè)約幾到幾十微亨的小電感。在這取值 10微亨。如下圖 5所示:5串聯(lián)電感抑制回路電壓上升率 dv/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率 dv/dt也應(yīng)有所限制 ,如果 dv/dt過(guò)大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制 dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián) R-C阻容吸收回路。如圖 6所示：6并聯(lián)R-C阻容吸收回

第五章功率器件的計(jì)算與選擇5.1晶閘管1 ?????=1??????2??2????????第五章功率器件的計(jì)算與選擇5.1晶閘管1 ?????=1??????2??2????????????,?α?∈ 0,π;5402??2??cos???????=0.45??21+cos??????0.45????=??=50??21+cos??α=0時(shí)，?????????, ??????????????????=?0.9??2,?????????=?0.018??2根據(jù)后面變壓器的選擇，我們可以得到 ??2=220V，所以，

????????=?0.9??2=198??,?????????=?0.018??2=3.96??1?? ??2I= ????(2????????)2???(????)?,α∈ 0,π??2??1??1-cos??2????(???)????? 2 (???)???2sin2????-???? 2??+ ??α=0時(shí)，?????,α=0時(shí)，?????,????????U=IR=??2sin2????-??2??+ ??????????=??2????????=??2,????????=??250????????=??2=220??,????????=??2502=4.4??P=UI,所以，α=0P=UI,所以，α=0時(shí)，P??????=UI??22520=968??α=π時(shí)，P??????=UIα=π時(shí)，50???????? 4.4 ???????????? 4.4??????????=?? 2=2≈3.1??,?????(????)???????≥ 1.57=1.57×2≈2.0??????=2??2= 2×220≈311V????????≥ 1.5~2?????=(1.5~2)×311≈622V,?????(????)?≥(1.5~2)×?????(????)???????綜上所述，取晶閘管的 ???????=800??,?????(????)?≥4??,所以，選擇晶閘管型號(hào)： BTA06(???????=800??，?????(????)?=6??)，由于仿真軟件里無(wú)此元件，選擇 2N6399晶閘管替代????????=800??，?????(????)?=12??)。選取 1000W，50Ω大功率瓷管電阻。5.2變壓器P??????=968??， 2~3???????=1936~2904??,選3000W所以選變壓器型號(hào)：BK-3000VA，參數(shù)： 220/220V，??額=3000??。

5.3熔斷器1.57??????≥??????≥????.所以快速熔斷器的額定電流選為 7A.5.4過(guò)壓保護(hù)電容、電阻C≥6?0C≥6?0?%????22R≥2.3??22??????%

?0?%S:變壓器每相平均計(jì)算容量（??2S:變壓器每相平均計(jì)算容量（??2:變壓器復(fù)變相電壓有效值（?0?%：變壓器勵(lì)磁電流半分值，????%：變壓器的短路電壓半分值，V）TOC\o"1-5"\h\z10~1000KVA的變壓器取 10~410~1000KVA的變壓器取 5~10C的交流耐壓 ≥1.5????,????為正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓的有效值。晶閘管額定電（ A）102050100200電容μF0.10.150.20.250.5電阻Ω10080402010R、C的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)TOC\o"1-5"\h\z所以選用電容 C=0.1μF，耐壓值 ≥1.5U=1.5×220=330??，取 400V。電阻 ???100Ω。???≥ 3~4??2????????=2????????×10-6????、????為正常工作時(shí)阻容兩端的交流電壓、電流的有效值。由計(jì)算得 ???=1.44??。5.5關(guān)斷緩沖電路電容、電阻??1=2.5~5????×10-3=2.5~5×3.1×10-3=7.75×10-3~0.0155???取?0.02μF電容 ?1?的耐壓值 ≥1.5??????=1.5×311=466.5??取 500V??3=(2~4)????????=2~4×198=127.74~255.48??取 255Ω3.1???=???1??12×10-6=50×0.02×2202×10-6=0.0484??

5.6元器件清單：名稱型號(hào)參數(shù)數(shù)量廠家變壓器BK-3000VA220/220V,3000W1帝雅電器設(shè)備制造有限公司晶閘管BTA06800V,6A4