《单相半控桥式整流电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相半控桥式整流电路设计（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要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。整流 的基础是整流电路。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。整流电路的应用十分广泛。广泛的应用于直流电动机、 电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源灯。本设计研究了单相半控桥式整流电路，对整流电路的原理及特点进行了分析， 对整流元件进行了参数计算并选择出了合适的器件。本设计选择 KJ004 集成触发器 做为晶闸管的触发电路，详细的介
2、绍了 KJ004的工作原理。本设计还设计了合理的 保护电路。最后利用 simulink 搭建仿真模型。 关键词：半控整流，驱动电路，保护电路， simulink 仿真单相半控桥式整流电路设计1主电路的设计1.1设计目的(1) 、把从电力电子技术课程中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全综 合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识及实践技能密切结 合起来。(2) 、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能， 培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。(3) 、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、
3、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技 能和基本素质训练。1.2整流电路的选择 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，整流电路是把交流电能转换为 直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。20世纪 70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路及负载之 间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置及否视具体情况而定。变压 器的作用是实现交流输入电压及直流输出电压间的匹配以及交流电网及整流电路 之间的电隔离。可以从各种角度对整流电路进行分类。按组成的器件可分为不可控、 半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电
4、路。按交流输入相数分为单 相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双 拍电路。单相桥式整流电路可分为单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电 路，它们有不同的工作特点。下面分析两种单相桥式整流电路的优缺点。1.2.1 单相全控桥式整流电路 单相桥式全控整流电路带阻感负载电路图如图1所示：A2旁2KSy !Z亍孑2士匸2土匸图 1 单相全控桥式整流电路优点：具有输出电流脉动小，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，变压器利用率高。缺点：每次都要同时触发两只晶闸管，线路较为复杂，器件损耗比较大。1.2.2 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整
5、流电路带阻感负载电路图如图 2 所示：pZ&图 2 单相桥式半控整流电路优点：线路简单、调整方便，器件损耗比单相全控桥式整流电路小。 弱点：输出电压脉动冲大，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，变压器不能充分利用。在本设计中，需要设计的是单纯的整流电路，没有要求逆变等功能，为了简化 电路，减少开关器件损耗，我选择用单相桥式半控整流电路。1.3 主电路原理说明单相桥式半控整流电路带反电势电阻负载电路图如 3 所示：图 3 不带续流二极管的单相桥式半控整流电路原理分析：如图 3，每一个导电回路由 1 个晶闸管和 1 个二极管构成。电路带反电动势负 载工
6、作，|u2lE时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。晶闸管导通之后， ud=u2， 直至山2|二E, id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=Eo及电阻负载时 相比，晶闸管提前了电角度d停止导电，d称为停止导电角。当a30) 处给晶闸管VT1加触发脉冲，VT1导通后，电流从u2正端fVTlfRfEfVD4u2 负端向负载供电。当u2减小到E，晶闸管截止导通。在u2负半周st =n + a时刻 触发VT3使其导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3fRfEfVD2u2端向负 载供电|U2|E时，晶闸管截止导通。整流输出电压及电流波形如图4所示图 4 输出波形实际情况下，若无续流二极管，则当a
7、突然增大至180或触发脉冲丢失时， 会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波, 即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不 可控整流电路时的波形，称为失控。有续流二极管 VDR 时，续流过程由 VDR 完成， 避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利 于降低损耗。单相桥式半控整流电路带续流二极管电路简图如图 5 所示：图 5 带续流二极管的单相桥式半控整流电路加入续流二极管后输出的电压及电流波形都跟不带续流二极管一样，如图 4所示。14 器件的选择1.4.1 变压器的选择根据题意，输入100V/50
8、Hz交流电，移相范围30150,反电势E=70V,可知5 = 30,由得到U =100V2变压器二次侧的电压即为给定的输入电压，所以本设计不需要加变压器。1.4.2 整流器件的选择 整流电路输出电压U = 1( fa Ed (wt) + fK-.2U sin wtd (wt) +Ed (wt)d 兀0a2兀6U =丄(E (a + ) + 6 U +2U cos a)d 兀6222当a = 30。时，可以得到U最大有效值为dU =101VdMAX由输出最大功率为 500W 得到最大的电流为I =P /U=5 Admax dmax晶闸管及二极管承受的最大反向电压为U=；2u = 141VRM2晶
9、闸管及二极管的额定电压为U = (23) X141 二 282 423VN晶闸管及二极管的额定电流求出I二5A，流过晶闸管及二极管电流的有效值为d max晶闸管及二极管的额定电流为I 二(1.52)x3.5/1.57 二 3.4 4.5A N根据上述参数，选择两个型号为KP10-6的晶闸管和两个型号为P600K的二极管。2触发电路的设计2.1晶闸管的触发电路的作用触发电路产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路。2.2 触发电路要求触发电路应该满足以下几点要求：1、触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，比如对感性
10、和反电动势负载的变 流器应采用宽脉冲或脉冲列触发。2、触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的35倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达l2A/ms。3、触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特 性的可靠触发区域之内。4、应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及及主电路的电气隔离。2.3触发电路的选择2.3.1可供选择的触发电路1单结晶体管触发电路2正弦波同步触发电路3锯齿波同步触发电路4集成触发电路2.3.2方案选择的论证1单结晶体管触发电路：脉冲宽度窄，输出功率小，控制线性度差；移相范围 一般小于180度，电路参数差异大，在多相电路中
11、使用不易一致，不付加放大环节。 适用范围：可触发50A以下的晶闸管，常用于要求不高的小功率单相或三相半波电 路中，但在大电感负载中不易采用。2 正弦波同步触发电路：由于同步信号为正弦波，故受电网电压的波动及干 扰影响大，实际移相范围只有 150 度左右。适用范围：不适用于电网电 压波动较 大的晶闸管装置中。3 锯齿波同步触发电路：它不受电网电压波动及波形畸变的直接影响，抗干 扰能力强，移相范围宽，具有强触发，双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发 200A 的 晶闸管。适用范围：在大众中容量晶闸管装置中得到广泛的应用。4 集成触发电路：移相范围小于180度，为保证触发脉冲的对称度，要求交 流电网波形畸
12、变率小于5%。适用范围：应用于各种晶闸管。本设计主电路为单相半控整流电路，选择的触发电路最好是能产生双脉冲的 触发电路，所以我选择集成触发电路KJ004做为主电路的触发电路。集成电路可靠 性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代分立式电路。2.4 KJ004集成触发器工作原理触发电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电 压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。KJ004电路具有输出负载能力大、 移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低，有脉 冲列调制输出端等功能及特点。电路原理图如图6所示：16+ 15VHaVD立12RP.l
13、L IIS i-t-二立p17空VSVE=23+盯 一-L5V图6 KJ004电路原理图工作原理：如图4所示KJ004的电路原理图，点划框内为KJ004的集成电路部分，它及分 立元件的同步信号为锯齿波的触发电路相似。VIV4等组成同步环节，同步电压 uS经限流电阻R20加到VI、V2基极。在uS的正半周，VI导通，电流途径为(+15V R3VD1V1地)；在uS负半周，V2、V3导通，电流途径为(+15V R3VD2 V3 R5 R21( 15V)。因此，在正、负半周期间。V4基本上处于截止状态。只 有在同步电压|uS|V0.7V时，V1V3截止，V4从电源十15V经R3、R4取得基极电 流才
14、能导通。电容C1接在V5的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。在V4 导通时，C1经V4、VD3迅速放电。当V4截止时，电流经(+15VR6 C1 R22 RP1 ( 15V)对门充电，形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于流过R22、RP1 的充电电流和电容C1的大小。根据V4导通的情况可知，在同步电压正、负半周均 有相同的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系。V6及外接元件组成移相环节。锯齿波电压uC5、偏移电压Ub、移相控制电压 UC分别经R24、R23、R26在V6基极上叠加。当ube6+0.7V时，V6导通。设uC5、 Ub为定值，改变UC，则改变了 V6导通的时刻，从
15、而调节脉冲的相位。V7等组成了脉冲形成环节。V7经电阻R25获得基极电流而导通，电容C2由电 源+15V经电阻R7、VD5、V7基射结充电。当V6由截止转为导通时，C2所充电压通 过V6成为V7基极反向偏压，使V7截止。此后C2经（+15VR25V6 地）放 电并反向充电，当其充电电压uC22+1.4V时，V7又恢复导通。这样，在V7集电极 就得到固定宽度的移相脉冲，其宽度由充电时间常数R25和C2决定。V8、V12为脉冲分选环节。在同步电压一周期内，V7集电极输出两个相位差为 180的脉冲。脉冲分选通过同步电压的正负半周进行。如在us正半周VI导通， V8截止，V12导通，V12把来自V7的正脉冲箝位在零电位。同时，V7正脉冲又通 过二极管VD7,经V9VI1放大后输出脉冲。在同步电压负半周，情况刚好相反， V8导通，V12截止，V7正脉冲经V13V15放大后输出负相脉冲。2.4.1
