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1、本科毕业设计 . 单相桥式相控整流电路的设计摘 要工业供电电源种类繁多，包括交流不间断电源、通讯电源、直流电源及各类高频开关电源。其中大功率直流电源在现代工业中具有十分重要的地位。目前我国的的直流电源大多数是采用单相桥式整流电路来获得，它具有电路结构简单、输出直流电压高但不可调等特点，然而直流电源能否在一定范围连续可调，直接影响了直流负载的正常工作，限制了其使用范围。该设计是针对桥式整流电路加以改进主要用晶闸管来代替普通二极管构成单相桥式半控整流电路，使输出直流电在0198V之间连续可调。因为晶闸管除了具有单向导电的整流作用外，还可以作为可控开关使用且能用微小的功率去控制较大的功率。主要从主电
2、路、触发电路、保护电路三个部分来设计，核心是通过触发电压去控制晶闸管的相位角来实现输出直流电连续可调。具有电路结构简单、工作稳定、成本低、实用性强的特点。 关键词：相控整流；触发；过流；过压AbstractCurrently, there are a variety of industrial power supplies, including Alternating Current Uninterrupted Power, communication power, Direct Current power and all kinds of high frequency switching p
3、ower. Among them the high-power Direct Current power plays a very important role in modern industry, like the Direct Current power using in electrolysis, arc furnace, electroplating and so on. But whether the Direct Current power can be continuously adjusted directly affects the sphere of applicatio
4、n and value of the Direct Current load. This design takes the advantage of power electronic technology to design an adjustable output Direct Current circuit, namely single-phase bridge type phased rectifier. It applies unijunction transistor trigger circuit and changes the charging and discharging t
5、ime of capacitance by adjusting variable resistance in order to control the conduction angle of unidirectional thyristor to achieve adjustable Direct Current output. There are many kinds of phased rectifier circuit but this design is based on the single-phase bridge type phased rectifier. It has the
6、 advantages of simple circuit organization and high reliability, etc. For design, it mainly focuses on three circuits: the main circuit, the trigger circuit and the protecting circuit.Key Words：Phase control rectifier; Trigger; Over current; Over tension 引言目前我国的家用电器的直流电源大多数是采用单相桥式整流电路1来获得，它具有电路简单、输出
7、直流电压高等特点，但它存在着输入功率因数低，输出电压不可调等缺点，而在实际生活有的电器则需要输入电压可调，如对直流电动机的调速、电解、电镀等。这就限制了其使用范围，随着现代电力电子技术的不断发展，对单相桥式整流电路输出不可调这一缺点在不断改进。目前已经实现用晶闸管2来代替二极管，通过触发电路来控制晶闸管的导通角完成输出直流可调。典型的电路有单相半波可控整流3，单相全波可控整流和单相桥式全控整流电路。由于晶闸管与二极特性有所差异，在替换后又出现了一些新问题，如半波可控整流存在着输出电流脉动大、波纹系数大的缺点；全波可控整流电路需要中心抽头变压器，又导致电源利用率偏低；桥式全控整流电路要求桥臂上晶
8、闸管同时被触发导通，因此选择晶闸管时要求具有相同的导通时间，这个实现起来比较难，且脉冲变压器二次绕组之间要承受二次电压，所以绝缘要求高。针对以上问题我怀着对电力电子技术的喜爱，结合我所学的知识设计一个改进的单相桥式半控整流电路4。此电路能够将220V 50HZ的正弦交流电转化成在0-198v可调的直流电并能克服以上电路出现的问题，且具有电路结构简单、成本低、工作可靠的特点。一、设计任务（一）设计目的 1.进一步掌握晶闸管相控整流电路的组成、结构、工作原理； 2.重点理解触发电路和保护电路的功能、结构、工作原理；3.对所学专业知识综合性运用。（二）设计要求 1.根据课题正确选择电路形式；2.绘制
9、完整电气原理图； 3.详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元器件值； 4.编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项。（三）设计内容1.电路方案说明； 2.主电路方案论证；3.触发电路及保护电路的选择；4.完整电路图分析。(四)设计参数1.单相桥式半控整流电路接电阻性负载；2.要求输出电压在0-198V连续可调；3.输出电流在2A以上；4.采用220V变压器降压供电。二、设计方案的论证与选择因为单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。所以在做设计之前对于主电路设计中主要考虑了以下几种方案：（一）单相半波可控整流电路电路简图如下： 图3.1 单相半波可控整流电路此电路只
10、需要一个可控器件，电路比较简单，晶闸管VT的移相角移相范围为180。但输出脉动大，变压器二次绕组中存在直流电流分量，造成变压器铁心磁化5。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。实际上很少应用此种电路。（二）单相全波可控整流电路电路简图如下：图3.2 单相全波相控整流电路此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，单相全波只需用2个可控器件，即只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一个管压降，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倍且绕组和铁心对铜、铁等材料的消耗比单相全控桥多6，在当今世界上有色金属有限的情况下，这是很不利的，所以我也放弃
11、了这个方案。（三）单相桥式全控整流电路电路简图如下：图3.3 单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会出现失控现象，负载形式多样。但是它要求桥臂上的晶闸管同时被触发导通7。因此，选择晶闸管时要求具有相同的导通时间，需选用同步变压器。电路复杂，且脉冲变压器二次绕组之间要承受二次电压U2，绝缘要求太高。（四）单相桥式半控整流电路电路简图如下：图3.4 单相桥式半控整流电路此电路对每个导电回路进行控制用的是一只晶闸管和一只二极管结合，相对于全控桥而言每个回路少了一个控制器件，有利于降低损耗、降低成本且还不需同步变压器，只是在带感性负载时当触发角突然增大至180或触发
12、脉冲丢失时，晶闸管会出现失控现象。但只要在输出端加一个续流二极管，就可以避免发生失控现象8。综上所述，通过认真比较，我采用方案四，即单相桥式半控整流电路（负载为阻感性负载）。三、具体设计（一）主电路的设计带阻感负载的单相桥式相控整流电路如图4.1所示：为了方便分析，假设电路已工作在稳态。图4.1 单相桥式半控整流电路的主电路1.工作原理在u2正半周期，触发角为时给晶闸管VT1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，假设负载电感很大，负载电流 id 连续且波形近似为一水平线，其波形如图4.2所示。u2 过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1
13、中仍流过电流 id 并不关断。至t 时刻，给 VT2 加触发脉冲，因VT2和VD3本已承受正电压，故导通。VT2和VD3导通后，u2通过 VT2 和 VD3 向 VT1 和 VD4 施加反压使VT1 关断，流过 VT1 和 VD4 的电流迅速转移到 VT2 和 VD3 上，此过程称为换相，亦称换流9。至下一周期重复上述过程，如此循环下去。ud波形如图4.2所示，其平均值为 式（4-1）图4.2 单相桥式半控整流电路的主电路当=0时，Ud=0.9U2。当=90时，Ud = 0。角的移相范围为90。单相桥式半控整流电路带阻感负载时，晶闸管VT1两端的电压波形如图4.2所示，晶闸管承受的最大正反向电
14、压均为。晶闸管导通角与无关，均为180，其电流波形如图4.2所示，平均值和有效值分别为：和 式（4-2）变压器二次电流 i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由角决定，有效值I2=Id。2.原理图分析在单相桥式半控整流电路中，晶闸管VT1和VD4组成一对桥臂，VT2和VD3组成另一对桥臂。在U2正半周，若2个晶闸管均不导通，负载电流Id为零，VT1和VD4串联承受电压U2。若在触发角处给VT1加触发脉冲，VT1和VD4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VD4流回电源b端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1关断10。 在u2负半周，仍在触发角处触发VT2和VD3，VT2和VD3导通，电流从电源b端流出，经VD3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2关断。此后又是VT1和VD4导通，如此循环的工作下去，晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和。整流电压平均值12为U2sintd(t)= 2 U2 式（4-3）=0时， 。= 时， 。可见，角的移相范围为 。向负载输出的直流电流平均值为 = =0.9 U2 式（4-4） 晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导电，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： 式（4-5） 为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热问题，
