单相全波晶闸管整流电路(阻感负载).doc

皖西学院课程设计报告系 别：机电学院专 业：电气工程及其自动化学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：单相全波晶闸管整流电路（阻感负载）起 迄 日 期:01月4日 至 01月13日课程设计地点:教学实验楼B楼指 导 教 师:完成时间:2011 年 01 月13日 目录1、 设计思想1.1电路结构1.2设计要求2、 设计方案 3、 单元电路设计3.1主电路3.2阻感负载4、 调试5、 总结6、 致谢7、 参考文献单相双半波晶闸管整流电路摘要：单相双半波晶闸管整流电路的触发电路是单结晶体管直接触发电路，用了2个晶闸管，还有阻感负载。本次课程设计应达到的目的是综合运用相关课程中所学到的理论知识去独立完成单相双半波晶闸管整流电路的设计；和通过查阅相关手册和相关文献资料，培养我们的独立分析和解决问题的能力；以及进一步熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，并掌握合理选用器件的原则；还有学会电路的安装和调试；再进一步熟悉电子器件的正确使用。 关键字 晶闸管 整流电路 触发电路 单相双半波1、 设计思想 1.1电路结构 单相双半波可控整流电路系统结构如图1所示。 图1该电路主要由四部分构成。分别为电源、过电路保护电路、整流电路和触发电路。输入的信号经变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或者短路故障时，不至于伤害到晶闸管和负载。然后将经变压和保护后的信号输入整流电路中。整流电路中的晶闸管在触发信号的作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。1.2设计要求 电源电压：交流100v，频率50Hz；输出功率500W; 移相范围0到90。2、设计方案 根据题目的要求，主电路就是单相双半波晶闸管整流电路。触发电路可以有两种选择。现一一对其原理进行分析：方案一 单结晶体管直接触发电路的设计主要是利用单结晶体管发射极达到峰值点电压时晶体管由截止区进入负阻区转变为导通状态、以及达谷点电压后又由导通转变成截止状态的特性，加入适当的电阻电容组成驰张振荡电路。其电路如图2所示。电路接通后，电源经电阻R1向电容C充电，充电时间常数为R1C，当电容电压达到单结晶体管的峰点电压Up时，7结点导通，单结晶体管进入负阻区，电容C通过7结点经R1放电，在R1上产生脉冲电压Ur1。在放电过程过程中，Uo按指数曲线下降到谷点电压Ur，单结晶体管由导通迅速变为截止，R1上脉冲电压终止。此后C又充电放电重复上述过程。结果在电容两端长生锯齿波的电压，在电阻R1上获得脉冲电压。 图2方案二 利用两个V1、V2三极管构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的。通过控制三极管和TM的型号分别控制其放大倍数以及输出脉冲的的宽度和幅度，以达到设计所需要求。其原理图如图3所示。 图3 比较方案一和方案二，方案一采用的原理比较简单仅利用与单晶管相连的电容通过电容的充放电控制单晶管的导通与截止，产生触发信号。触发电路的电源通过变压器与主电路电源相接，能更好的实现信号的同步和控制。相反方案二的电路结构较复杂且不易于控制，且需要附加适当的电路环节才能正常使用，不适于本次课题要求。故选择方案一的电路作为触发电路。 3、单元电路设计 3.1 主电路：单相全波可控整流电路单相双半波可控整流电路是一种实用的单相可控整流电路，又称单相全波可控整流电路。其电路图如图4所示。 图4单相全波可控整流电路中，变压器T带抽头，在U2正半周，VT1工作,变压器二次绕组上半部分通过电流。U2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反向电流。由上波形图知,单相全波可控整流电路的Ud波形与单相全控桥的一样，交流输入端电流波形一样，变压器也不存在直流磁化的问题。当接其他负载时，也由相同的结论。因此，单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是一致的。二者区别在于：单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应的，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。单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而也少了一次管压降。3.2 阻感负载当负载由电阻和电感组成时称为阻感负载。例如各种电机的的励磁绕组，整流输出端接有平波电抗器的负载等等。单相全波可控整流电路带阻感性负载的电流如图所示。由于电感储能，而且储能不能突变因此在电感变化时，在电感两端将产生感应电动势，引起电压降UL。单相全波晶闸管整流电路带阻感负载如图5所示。 图5负载中电感量的大小不同，整流电路的工作情况及输出Ud、Id的波形具有不同的特点。当负载电感量L较小（即负载阻抗角，控制角a）时，负载上的电流不连续；当电感L增大时，负载上的电流不连续的可能性就会减小；当电感L很大，且LdRd时，这种负载称为大电感负载。此时大电感阻止负载中电流的变化，负载电流连续，可看做一条水平直线。 在电源电压Vin正半周期间，晶闸管T1承受正相电压，T2承受反相电压。若在t=a时触发，T1导通，电流经T1、阻感负载、和T二次侧中心抽头形成回路，但由于大电感的存在，Vin过零变负时，电感上的感应电动势使T1继续导通，知道T2被触发时，T1承受反向电压而截至。 在电源电压负半周期间，晶闸管T2承受正向电压，在t=a+时触发，T2导通，T1反向则截止，负载电流从T1中换流至T2中。在t=2时，电压Vin过零，T2因电感L中的感应电动势一直导通，直到下一个周期T1导通时。 只有当a/2时,负载电流才连续,当a/2时,负载电流不连续,而且输出电压的平均值接近于零,因此这种电路控制角的移相范围是0/2 .3.3 器件的选择 元器件备注数量电源变压器1个晶闸管MCR80-62个电阻若干电容0.5uF1个单晶管2N60271个滑线变阻器500欧1个直流电源70V1个二极管6个稳压管6V1个4、调试 在选好触发电路，准备好主电路和负载后，我们在相关软件上进行了仿真。在软件上摆出原件和连线都很简单，但调试的时候总是不能运行出比较好的效果。经过我们多次调试，并且向同学们请教都没有调试出来。仿真电路如图6所示。 图65、总结 本次电力电子技术课程设计，让我们有机会将课堂上所学的理论知识运用到实际中。并通过对知识的综合利用，进行必要的分析、比较，从而进一步验证了所学的理论知识。同时，本次课程设计也为我们以后的学习打下了良好的基础，知道我们在以后的学习中多动脑的同时，要善于自己发现并解决问题。这次的课程设计，还让我们知道了最重要的是心态，在你拿到题目时会觉得困难，但是只要有信心，就肯能能完成的。 通过本次电力电子技术课程设计，我们不仅加深了对课本专业知识的理解，同时增强了自己的自学能力。因为平时上课时至知道被动的学习理论知识，而在此次的设计过程中，我们更进一步的熟悉了单相全波可控电路的原理及其触发电路的设计。在这个过程中也不是一蹴而就的，我们也遇到了各种困难。但是通过查阅资料、和同学讨论，我们及时的发现自己的错误并纠正了。这也是本次电力电子课程设计地点一大收获，使我们的实践动手能力有了进一步的提高，同时也增强了我们对以后学习的信心。6、致谢 在这次课程设计中，我们首先要感谢张斌老师。是张老师给我们提供了很多的资料和设计软件。其次是在设计过程中，我们都遇到了各种各样的问题，张老师都细心的帮我们分析。这次课程设计能够顺利的完成，完全是张老师帮助我们的。其次我要感谢帮助过我的同学，我在这次课程设计中对很多软件的应用不是很熟悉我的同学在这里帮了我很大的忙，在这里对他们表示衷心的感谢！7、参考文献 1、电力电子技术 王兆安 第四版 2、数字电子技术基础阎石 高等教育出版社 20013、电子电路基础 童诗白 高等教育出版社 1995第二版4、电子技术课程设计指导 高等教育出版社 彭介华 20025、电力电子技术 周明保 1997 第一版6、电子电路精选 郑琼林 电子工业出版社 1996年 第一版 7、晶闸管变流技术 郑忠杰 机械工业出版社 19958、现代电力电子技术基础 赵良炳 清华大学出版社 1995指导教师评语： 指导教师评定等级 优秀指导教师签字：年 月 日