电力电子技术课程设计报告-单相桥式可控整型电路

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1、电力电子技术课程设计报告单相桥式可控整流电路姓名学号年级专业系（院）指导教师　2012年1月2日一、引言电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在电气自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。在电力电子技术中，可控整流电

2、路是非常重要的章节，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应用非常广泛。工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置；电气化铁道（电气机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术；各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。单相桥式整流电路的优点：输出电压高、变压器利用率高、脉动小。单相桥式整流电路的缺点：二极管的数量多，二极管的正向电阻不为零，整流电路内阻大，损耗也较大。

3、目前有不同性能指标的集成电路作为桥式整流电路，称之为“整流桥堆”。二、设计任务1.设计任务和要求：（1）设计任务：1、进行设计方案的比较，并选定设计方案；2、完成单元电路的设计和主要元器件说明；3、完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择；4、驱动电路的设计,保护电路的设计；（2）设计要求：1、单相桥式相控整流的设计要求为：1).负载为感性负载,L=700mH,R=500欧姆.2、技术要求:(1).电网供电电压为单相220V；(2).电网电压波动为+5%－-10%；(3).输出电压为0～100V. 三、设计方案选择及论证工作原理:假设电路已经工作在稳定状态，图

4、5.1阻感性负载电路（a）工作波形（b）假设，负载电流连续，近似为一平直的直线。（1）输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id（2）晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT（3）输出电流有效值I和变压器二次电流有效值I2（4）晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为3.1整流电路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，在相同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。单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。

5、电路简图如下：图3.1.2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，变压器的利用率也高。3.2.元器件的选择晶闸管的选型该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。Ud=100V时，不计控制角余量按=0º计算由Ud=0.9U2得U2==111V取150VU=（2~3）U=（2~3）U2=（2~3）150V=735~1102V取U为1000V当=1时，晶闸管额定电流===0.64A考虑

6、2倍裕量：取1.28A3.2.1晶闸管的工作原理图晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极，如图3.2.1.2(左)所示。由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图3.2.1.2（右）所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。图3.2.1.2晶闸管的内部结构和等效电路晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流ＩＧ的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控

7、制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。　其他几种可能导通的情况：1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应2）阳极电压上升率du/dt过高3）结温较高4）光直接照射硅片，即光触发：光控晶闸管只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。3.2.2可关断晶闸管的结构GTO的内部结构与普通晶闸管相同，都是PNPN四层结构，外部引出阳极Ａ、阴极Ｋ和门极Ｇ如图1.3。和普通晶闸管不同，GTO是一种多元胞的功率集成器件，内部包含十个甚至数百个共阳极的小GTO元胞，这些GTO元胞的阴极和门极在器件内部并联在一起，使器件的功率可以到达相当大的数值。3.2.3可关断晶闸管的工作原

8、理GTO的导通机理与SCR是完全一样的