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1、 电力电子技术 课程设计（论文）题目：单相全波可控整流电路（）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目单相全波可控整流电路（）课程设计（论文）任务将单相220V交流电转换为连续可调的直流电，为1台直流电动机供电。设计的主要任务包括：1、 方案的经济技术论证。2、 主电路设计。3、 通过计算选择整流器件的具体型号。4、 确定变压器变比及容量。5、 确定平波电抗器。6、 设计或选择合适的触发电路。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章 课程设计目的与要求11.1 课程设计目的11.2 课程设计的预备知识11.
2、3 课程设计要求1第2章 课程设计内容221基本原理介绍222电路设计的经济性论证323主电路设计42. 4触发电路设计或选择6第3章 课程设计的考核103.1 课程设计的考核要求103.2 课程性质与学分10第4章 设计总结11参考文献11第1章 课程设计目的与要求1.1 课程设计目的“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上，对课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计出具有电压可调功能的直流电源系统，能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌整流电路设计的基本方法。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报
3、告的能力。1.2 课程设计的预备知识熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。1.3 课程设计要求按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：1、 方案的经济技术论证。2、 主电路设计。3、 通过计算选择整流器件的具体型号。4、 确定变压器变比及容量。5、 确定平波电抗器。7、触发电路设计或选择。8、课程设计总结。9、完成4000字左右说明书，有系统电气原理图，内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。设计技术参数工作量工作计划1、 单相交流220V电源。2、 整流输出电压Ud在0110V连续可调。3、 整流输出电流最大值A。4、
4、反电势负载，Em=100V。5、要求工作电流连续。1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、确定变压器变比及容量。5、确定平波电抗器6、触发电路设计或选择。7、绘制主电路图。第一周：周一：收集资料。周二：方案论证周三：主电路设计。周四：理论计算。周五：选择器件的具体型号。第二周：周一：触发电路设计或选择周二：确定变压器变比及容量周三：确定平波电抗器。周四五：总结并撰写说明书。第2章 课程设计内容2.1基本原理介绍单相全波整流电路如图所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压VI变成整流电路要求的交流电压 ，RL是要求直流供电的负载电阻。 单相全波
5、整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，晶闸管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过VT1流向RL，在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过VT2流向RL，电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图中虚线箭头所示。综上所述，三相全波整流电路巧妙地利用了晶闸管的单向导电性，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉
6、动电压。根据上述分析，可得单相全波整流电路的工作波形如下图。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。单相全波整流电路的优点是纹波电压较小，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高2.2电路设计的经济性论证2.2.1单相全波可控整流电路中变压器的二次绕组带中心抽头，结构较复杂。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资源有限的情况下，这是不利的。2.2.2单相全波可控整流电路中只用两个晶闸管，比单相全控桥式可控整流电路少2个，相应的，晶闸管的门极驱动电路也少两个，但是在单相全波可控整流电路中
7、，晶闸管承受的最大电压为2*20.5U2，是单相全控桥式整流电路的2倍。2.2.3单相全波可控整流电路中，导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少一个，因而也少了一次管压降。从上述2，3考虑，同时其纹波电压较小，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高，所以单相全波电路适宜于在低输出电压的场合。2.3 主电路设计主电路如图所示：平波电抗器LKP6400-1-12电路波形图如下所示：2.3.1具体计算如下：单相全波整流电路波形与单相全控桥波形一样，所以有：=0.9cosa 其中0a90度，=(-E)/R 当a=0度时，最大，=0.9U2=110v 所以有=1
8、22V =/R =(110-100)/R=10 所以有 R=1=10A =2=345V故晶闸管选用KP6400-1-12即可满足要求。2.3.2变压器变比k=U/=220/122=110/61=12210=1.22103.考虑到安全性问题以及损耗，取变压器S=3104 W，2.3.3平波电抗器的确定如图2（b）所示，id波形在一个周期内有部分时间为零的情况，称为电流断续。与此对应，若波形不出现为0的情况，称为电流连续。当a-E1(-15V),V5又重新导通.这时uc5又立即降到-E1,使V7,V8截止,输出脉冲终止.可见,脉冲前沿由V4导通时刻确定,V5(或V6)截止持续时间即为脉冲宽度.所以
9、脉冲宽度与凡响充电回路时间常数R11、C13有关.2.4.2锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波电压形成的方案较多,如采用自举式电路,恒流 电路等.图1所示为恒流电路方案.由V1,V2,V3和C2等元件组成,其中V1,Vs,RP2和R3为一恒流电路.当 V2接着时,恒流源电流I1c对电容C2充电,所以C2两端电压为 = 1/c(I1cdt)=I1ct/c图1 同步信号为锯齿波的触发电路按线性增长,即V3的基极电位按线性增长.调节电位器RP2,即改变C2的恒定充电电流I1c,可见RP2是用来调节锯齿波斜率的.当V2导通时,由于R4阻值很小,所以C2迅速放电,使ub3电位迅速降到零伏附近.当V2周期性
10、地导通和关断时,ub3便形成一锯齿波,同样ue3也是一个锯齿波电压,如图1所示.射极跟随器V3的作用是见效控制回路的电流对锯齿波电压ub3的影响.V4管的基极电位由锯齿波电压,直流控制电压,直流偏移电压up三个电压作用的叠加值所确定,它们分别通过电阻R6,R7和R8与基极相接.设uh为锯齿波电压ue3单独作用在V4基极b4时的电压,其值为 uh=ue3(R7/R8)/R6+(R7/R8)可见uh仍为一锯齿波,但斜率比ue3底.同理偏移电压up单独作用时b4的电压up为 up=up(R6/R7)/R8+(R6/R7)可见up仍为一条与up平行的直线,但绝对值比up小.直流控制电压单独作用时b4的
11、电压为 =(R6/R8)/R7+(R6/R8)可见仍为与平行的一直线,但绝对值比小.如果=0,up为负值时,b4点的波形有+ 确定,如图2所示.当为正值时,b4点的波形由+确定.由于V4的存在,上述电压波形与实际波形有出入,当b4点电压等于0.7V后,V4导通.之后ub4一直被钳位在0.7V.所以实际波形如图2所示.图中M点是V4由截止到导通的转折点.由前面分析可知V4经过M点时使电路输出脉冲.因此当up为固定值时,改变便可改变M点的时间坐标,即改变了脉冲产生的时刻,脉冲被移相.可见,加up的目的是为了确定控制电压=0时脉冲的初始相位.当接阻感负载电流连续时,三相全控桥的脉冲初始相位应在=90
12、度;如果是可逆系统,需要在整流和逆变状态下工作,这时要求脉冲的移相范围理论上为180度(由于考虑min和min,实际一般为120度),由于锯齿波波形两端的非线性,因而要求锯齿波的宽度大于180度,例如240度,此时,令=0,调节Up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240度的中央(120度处),对应于=90度的位置.这时,如为正值,M点就向前移,控制角90度,晶闸管电路处于逆变状态.2.4.3同步环节在锯齿波同步的触发电路中,触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且和相位关系确定.从图1可知,锯齿波是由开关V2管来控制的.V2由导通变截止期间产生锯齿波,V2截止状态持续
13、的时间就是锯齿波的宽度,V2开关的频率就是锯齿波的频率.要使触发脉冲与主电源同步,使V2开关的频率与主电路电源频率同步就可达到.图1中的同步环节,是由同步变压器TS和作同步开关用的晶体管V2组成的.同步变压器和整流变压器接在同一电源上,用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用,这就保证了触发脉冲与主电路电源同步.同步变压器Ts二次电压UTS 经二极管VD1间接加在V2的基极上.当二次电压波形在负半周的下降段时,VD1导通,电容C1 被迅速充电.因O点接地为零电位,R点为负电位,Q点电位与R点相近,故在这一阶段V2基极为反向偏置,V2截止.在负半周的上升段,+E1电源通过R1给电容C1反向充电
14、, 为电容反向充电波形,其上升速度比波形慢,故VD1截止,如图2所示.当Q点电位达1.4V时,V2导通,Q点电位被钳位在1.4V.直到TS二次电压的下一个负 半周到来时,VD1重新道统,C1迅速放电后又被充电,V2截止.如此周而复始.在一个正弦波周期内,V2包括截止与导通两个状态,对应锯齿波波形恰好是一个周期,与主电路电源频率和相位完全同步,达到同步的目的.可以看出,Q点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达1.4V的时间越长,锯齿波就越宽.可知锯齿波的宽度是又充电时间常数R1C1决定的.2.4.4双窄脉冲形成环节本方案是采用性能价格比优越的,每个触发单元的一个周期内输出两个间隔60度的脉冲的
15、电路,称内双脉冲电路.图1中V5,V6两个晶体管构成一个”或”门.当V5,V6都导通时,uc5约为-15V,使V7,V8都截止,没有脉冲输出.但只要V5,V6中有一个截止,都会使uc5变为正电压,使V7,V8导通,就有脉冲输出.所以只要用适当的信号来控制V5或V6的截止(前后间隔60度),就可以产生符合要求的双脉冲.其中,第一个脉冲由本相触发单元的对应的控制角所产生,使V4由截止变为导通造成V5瞬时截止,于是V8输出脉冲.相隔60度的第二个脉冲是有滞后60度相位的后一相触发单元产生,在其生成第一个脉冲时刻将其信号引至本触发单元V6的基极,使V6瞬时截止,于是本相触发单元的V8管又导通,第二次输
16、出一个脉冲,因而得到间隔60度的双脉冲.其中Vd4和R17的作用,主要是防止双脉冲信号互相干扰. 第3章 课程设计的考核3.1 课程设计的考核要求课程设计采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占20%。3.2 课程性质与学分电力电子技术课程设计的课程性质：考查学分：2第4章 设计总结这次课程设计，我掌握了电力电子设计的技巧，在查阅资料的过程中，学会了许多书本上学不到的东西，并且使自己的动手能力得到了加强，这次课程设计是我们学习完电力电子技术之后一次较为综合的设计，毫无疑问，每个人理论与实践的能力都得到了前所未有的锻炼，经过为期10余
17、天的查阅资料、自己总结、与同学探讨等渠道，发现了自己在平时学习时的不足，以及出现的问题都得到了有效的解决，大学生课程设计对每个在校大学生都有很大意义，不但锻炼了我们运用知识的能力，并且为我们以后的毕业设计提供了基础，这次课程设计我更加清楚了以往学习过单相全波整流的现实意义，详细的了解了它的用途，学以致用是每一个学者学习的最终目的，尤其对我们理科生来讲，通过这次课程设计更加坚定了我学其他专业课的信心，并增强了兴趣，激发了自己学习的动力，对以后的工作、研究有很大的帮助。参考文献1王兆安.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社,2003 2黄俊，秦祖荫编。 电力电子自关断器件及电路 。北京：机械
18、工业出版社3陈治明。电力电子器件基础。北京：机械工业出版社4王兆安。电力电子技术的发展动向。电力电子技术，1995，（4）5 张明勋主编。电力电子设备设计和应用手册。北京：机械工业出版社,19926天津电气传动设计研究所。电气传动自动化技术手册。北京：机械工业出版社,19926丁道宏.电力电子技术M.北京:航天工业出版社,19957张志涌,徐彦等.MATLAB教程-基于6.x版本M.北京:北京航空航天大学出版社,20018姚俊,马松辉.基于MATLAB6.X 建模与仿真M.西安:西安电子科技大学出版社,2002 9吕砚山主编.常用电工电子技术手册.北京:化工出版社,1995.110黄俊主编.半
19、导体交流技术.北京:机械工业出版社,1980.711赵良炳编著.现代电力电子技术基础.北京:清华大学出版社,1995.512郑忠杰主编.晶痼管变流技术.北京:机械工业出版社,1995.1013陈少华主编.实用电工手册(下一册).南昌:江西科技出版社,1997.1114龚秋声.桥全可控整流电路ZL87100504.X.北京:国家知识产权出版社,1990.115龚秋声.桥全可控整流电路的研究.中国电工技术学会电力电子学会四届年会论文集.1990.7第3章 课程设计的考核3.1 课程设计的考核要求课程设计采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定，其中平时考核成绩占20%。3.2 课程性质与学分电力电子技术课程设计的课程性质：考查学分：2参考文献1 王兆安.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社,2003 2345 20