电力电子技术课程设计

电力电子技术 课程设计 题    目:单相全控桥式整流电路的设计(反电势，电阻负载）                               院系名称：            电气工程学院                          专业班级：          电气F1202                      学生姓名：             周旭东                      学    号：        201223910903                            指导教师：            臧义                      目录 前言 ............................................................2 1.题目要求 ......................................................3 1.1设计条件 .........................................................3 1.2主要任务 .........................................................3 2.主电路设计 ....................................................3 2.1主电路原理图 ......................................................3 2.2主电路工作原理 ....................................................4 2.3整流参数计算 ......................................................4 2.4晶闸管元件的选取 ..................................................5 3.驱动电路设计 ..................................................7 3.1TCA785芯片介绍 ....................................................7 3.2相控触发工作原理及电路原理图 ......................................11 4.保护电路设计 ..................................................12 4.1过电压保护电路设计 ................................................12 4.2过电流保护电路设计.................................................12 4.3电流上升率、电压上升率的抑制保护 ..................................13 5.MATLAB 仿真 ....................................................14 5.1系统建模与参数设置 ................................................14 5.2仿真结果 ..........................................................18 设计心得 .........................................................23 参考文献 .........................................................23 附图 .............................................................24 前言 电力电子学，又称功率电子学（Power Electronics）。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电（高电压、大电流）或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电（低电压、小电流）或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新学科。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 本次课程设计主要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先是对单相全控桥式晶闸管整流电路的整体设计，包括主电路，触发电路，保护电路。主电路中包括电路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件的选择，参数设计；保护电路包括过电压保护，过电流保护，电压上升率抑制，电流上升率抑制。之后对整体电路进行Matlab仿真，最后对仿真结果进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与总结。 1.题目要求 1.1设计条件： 1）电源电压：交流100V/50Hz 2）输出功率：500W 3）移相范围30°~ 150° 4）反电势：E=70V 1.2主要任务： 1）主电路设计（包括整理元件定额的选择和计算等），讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。 2）触发电路设计：触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的产生等。 3）晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计，计算保护元件参数并选择保护元件型号。 4）提供系统电路图纸不少于一张。 5）利用仿真软件分析电路的工作过程。 2.主电路设计 2.1主电路原理图 图2.1 单相全控桥式晶闸管整流电路 2.2主电路工作原理 在单相桥式全控整流电路中（忽略主电路各部分电感），晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，由于反电动势的存在，ud = E，VT1、VT4串联承受电压u2-E，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2-E的一半。若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，且u2 > E时，VT1和VT4承受正压导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端，此时ud = u2。当u2 = E时，流经晶闸管的电流下降到零，VT1和VT4关断。 在u2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3（VT2和VT3的α= 0处为    ωt=π），VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2 = E时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环地工作下去，整流电压ud和晶闸管VT1、VT4两端电压波形分别如图2.2所示。 图2.2 输出电压电流波形 如图，只有在u2瞬时值的绝对值大于反电动势即|u2| > E时，才有晶闸管承受正电压，才有导通的可能。晶闸管导通后，， ，直至      |u2| = E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud = E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，如图2.2所示，δ称为停止导电角。 。 2.3整流参数计算 2.3.1最大输出电压平均值UdM 由 得，停止导电角为 。所以满足移相范围30°~  150°的要求。 当晶闸管导通时，输出电压ud = u2，当ud < E时，晶闸管阻断，此时ud =E。因此，最大输出电流平均值为：Idmax=P/Udm=500/101.34=4.933A 2.3.2负载电阻R 在一个周期内，瞬时功率分为两部分。一部分是当晶闸管阻断时，电流为零，瞬时功率为零；另一部分是当晶闸管导通时 由最大输出功率P=500W得 R=(Udm-E)/Idmax=(101.34-70)/4.933=6.35 。 2.3.3最大输出电流平均值 =(UdM-E)/R=(101.34-70)/6.35=4.935A 2.3.4最大输出电流有效值 2.3.5流过晶闸管的电流有效值 2.3.6流过晶闸管的电流平均值 2.4晶闸管元件的选取 2.4.1额定电压UN 断态重复峰值电压UDRM：断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 反向重复峰值电压URRM：反向重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。 通态峰值电压UTM：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态电压峰值。 通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留一定裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。 不考虑晶闸管通态峰值电压UTM和电路中电感引起的换相重叠角。晶闸管承受的最大反向电压为： 故晶闸管的额定电压为： ，取424.2V。 2.4.2额定电流IN 通态平均电流IT（AV）：国际规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40℃和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。这也是额定电流的参数。在选取时按照实际波形的电流与晶闸管所允许的最大正弦半波电流（其平均值即通态平均电流IT（AV））所造成的发热效应相等（及有效值相等）的原则来选取晶闸管的此项定额，并留一定的裕量。 同样不考虑晶闸管通态峰值电压UTM和电路中电感引起的换相重叠角。晶闸管流过的电流有效值最大为： Idmax=4.933A    晶闸管额定电流为： IN=（1.5 ~ 2）Idmax=（7.4 ~ 9.866）A,所以取10A