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1、湖南工学院电力电子技术课程设计课题名称：单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路系别:电气与信息工程系专业班级：电气0505班姓名：胡功伟学号：指引教师：肖文英教师同组人员：胡功伟 鲁浪 吴海平 马泓龙 刘小军设计时间：6月前言电力电子技术无论对改造老式工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）和高效运用能源均至关重要。国内目前仍旧是一种发展中的国家，尚处在前工业化阶段，老式产业仍然是国内国民经济的主力军，因此在近期或在较长一段时期内，老式产业的改造和发展将在很大限度上决定着国内经济的发展。而电力、机械、冶金、石油、化工、交通运送是老式产业的
2、重要支柱，这些产业技术水平的高下直接关系到国内工业基本的强弱。毫无疑问，电力电子技术是提高这些产业技术水平的重要手段，它是对国内老式产业实现技术改造、建立自动化工业体系的核心应用技术。 工业供电电源种类繁多，中小功率电源涉及交流不间断电源、通讯电源及各类高频开关电源。众所周知，它们在远距离通讯.、数据通讯、计算机和办公自动化、工业和仪表、新型先进医疗和实验室设备、工业过程控制机、操作控制台、测试和测量仪器中均有广泛的应用。而大功率直流电源及低频交流电源则在现代工业中具有十分重要的地位。大功率直流电源涉及电解、电弧炉、电镀用的直流电源等。电机调速传动、工业供电电源、电力输配电和照明四大方面的各类
3、电力电子装置与系统的重要理论基本是电力电子学，并和其他许多有关的学科基本密切有关，如基本理论（固体物理、电磁学、电路理论、热力学、光学、化学）、专业理论（电力系统、系统与控制理论、电机学及电力传动、通信理论、信号解决、电子学、微电子学、金属学）以及多种专门技术（材料、元件制造、半导体及集成电路制造、电磁及电磁兼容测量、计算机仿真和辅助设计）等。因此电力电子技术是门应用性很强的交叉学科，要彻底变化国内目前电力电子技术及其应用的落后状况，一方面必须加大对电力电子技术应用基本研究的投资强度和加强对电力电子技术应用基本研究的项目跟踪管理，采用有效措施加强对国际学术交流活动的支持。特别是必须采用有效措施
4、;提高国内电力电子公司的技术水平，同步结合国内国民经济发展的重大工程项目，以电力电子技术应用为核心，切实组织好跨学科、跨行业、跨部门的对诸多核心共性技术和工程技术的研究和攻关，彻底克服过去专业分工过细、“单打一”（如只搞器件，不搞装置;只搞装置，不搞应用;只搞电，不搞机;只搞弱电，不搞强电等）及基本理论研究与应用脱节的种种弊端，务求实效，一抓究竟。并采用扶植和鼓励采用国产电力电子产品的政策，迅速形成国内自己的强大的电力电子产业，为人类做出更大奉献。目录第一章 设计任务书1.1 设计目的21.2 设计规定21.3 设计内容21.4设计题目2第二章 设计内容2.1 方案的论证与选择3 2.1.1主
5、电路的方案论证32.2 主电路的设计52.2.1带阻感负载的单相桥式全控整流电路52.2.2 原理图分析62.3 电路方案阐明7第三章 触发电路3.1 同步触发电路 73. 2 晶闸管的触发条件73.3 晶闸管的分类133.4 同步环节133.5 脉冲形成环节143.6双窄脉冲形成环节143.7 同步变压器15第四章 保护电路的设计4.1 过电流保护164.2 过电压保护17第五章 元器件的选用18第六章 参数的计算22第七章 心得体会23第八章 参照文献23第一章 设计任务书1.1 设计目的：电力电子课程设计是电气自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是走向工作岗位、从事专业技术
6、之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相称重要的意义。重要目的在于： 1：进一步掌握晶闸管相控整流电路的构成、构造、工作原理； 2：重点理解移相电路的功能、构造、工作原理； 3：理解同步变压器的功能。1.2 设计规定： 1：根据课题对的选择电路形式； 2：绘制完整电气原理图（涉及重要电气控制部分）； 3：具体简介整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值； 4：编制使用阐明书，简介合用范畴和使用注意事项；阐明：负载形式及参数可自行选择1.3设计内容：单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路的设计。 1：主电路方案论证 2：电路方框图 3：整流电路方框图 4：电路方案
7、阐明 单相整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。单相桥式全控整流电路应用广泛，只用四只晶闸管，一种电阻，一种电感，投资比较少，在交流电源的正负半周均有整流输出电流流过负载，整流电压波形脉动次数多于半波整流电路。变压器而次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的运用率高。单相桥式全控桥整流电路与半波整流电路相比较： （1） 的移相范畴相等，均为0180 。 （2）输出电压平均值Ud是半波整流电路的2倍。 （3）相似的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半。 （4）功率因数提高了1
8、.414倍。单相桥式全控整流电路与单相全波整流电路相比较：1.4设计题目：单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路1单相桥式整流器的设计1.41、设计参数：（1）单相桥式全控整流电路接电阻性负载；（2）规定输出电压在0100V持续可调；（3）输出电流在20A以上；（4）采用220V变压器降压供电；1.42、设计规定：（1）根据课题对的选择电路形式；（2）绘制完整电气原理图（涉及重要电气控制部分）；（3）具体简介整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值；（4）编制使用阐明书，简介合用范畴和使用注意事项；阐明：负载形式及参数可自行选择（例如：输入的为市电，即相电压为220V，输出电压在0200
9、V可调，负载RL=5）第二章 设计内容2、1方案的论证与选择2.1.1主电路的方案论证：我们懂得，单相整流器的电路形式是多种各样的，整流的构造也是比较多的。因此在做设计之前我们重要考虑了如下几种方案：方案一：单相桥式半控整流电路电路简图如下：对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一种控制器件，用二极管替代，有助于减少损耗！如果不加续流二极管，当忽然增大至180或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一种晶闸管导通而两个二极管轮流导通的状况，这使成为正弦半波，即半周期为正弦，此外半周期为零，其平均值保持稳定，相称于单相半波不可控整流电路时的波形，即
10、为失控。因此必须加续流二极管，以免发生失控现象。方案二：单相桥式全控整流电路电路简图如下：此电路对每个导电回路进行控制，不必用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的运用率也高。方案三：单相半波可控整流电路：电路简图如下：此电路只需要一种可控器件，电路比较简朴，VT的a 移相范畴为180。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，导致变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。事实上很少应用此种电路。方案四：单
11、相全波可控整流电路：电路简图如下： 此电路变压器是带中心抽头的，构造比较复杂，只要用2个可控器件，单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一种管压降，相应地，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。不存在直流磁化的问题，合用于输出低压的场合伙用。但是绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗比单相全控桥多，在当今世界上有色金属有限的状况下，这是很不利的，因此我们也放弃了这个方案。单相半控整流电路的长处是：线路简朴、调节以便。弱点是：输出电压脉冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充足运用。而单相全控式整流电路具
12、有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器运用率高的长处。单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相似的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。 综上所述，针对她们的优缺陷，我们采用方案二，即单相桥式全控整流电路（负载为阻感性负载）。2、2主电路的设计2.2.1带阻感负载的单相桥式全控整流电路 电路如图2 a) 所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。 (1) 工作原理 在u2正半周期，触发角处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud = u2负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设
13、负载电感很大，负载电流id持续且波形近似为一水平线，其波形如图2 b) 所示。u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id并不关断。至t时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。至下一周期反复上述过程，如此循环下去。带阻感负载的单相桥式全控整流电路图(2) ud波形如 图2（b)所示，其平均值为当= 0时，Ud0= 0.9 U2。= 90o时，Ud = 0。角的移相范畴为90o。 单相桥式全控整流电路带阻感负载时，晶闸管VT1、VT4两端的电压波形如图2 b)所示，晶闸管承受的最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角与无关，均为180o，其电流波形如图2 b)所示，平均值
