Lastupdatedat10:00amon25thDecember2020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：0903指导教师：臧义目录前言............................................................21.题目要求......................................................3设计条件.........................................................3主要任务.........................................................32.主电路设计....................................................3主电路原理图......................................................3主电路工作原理....................................................4整流参数计算......................................................4晶闸管元件的选取..................................................53.驱动电路设计..................................................7芯片介绍....................................................7相控触发工作原理及电路原理图......................................114.保护电路设计..................................................12过电压保护电路设计................................................12过电流保护电路设计.................................................12电流上升率、电压上升率的抑制保护..................................13仿真....................................................14系统建模与参数设置................................................14仿真结果..........................................................18设计
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.........................................................23参考文献.........................................................23附图.............................................................24前言电力电子学，又称功率电子学（PowerElectronics）。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
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与
总结
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。1.题目要求设计条件：1）电源电压：交流100V/50Hz2）输出功率：500W3）移相范围30°~150°4）反电势：E=70V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.主电路设计主电路原理图图单相全控桥式晶闸管整流电路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所示。图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，如图所示，δ称为停止导电角。。整流参数计算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
表
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确定阻容参数值。晶闸管额定电流/A102050电容/uF电阻/Ω1008040过电流保护电路设计电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。过电流分载和短路两种情况。一般电力电子均同时采用几种过电压保护措施，怪提高保护的可靠性和合理性。在选择各种保护措施时应注意相互协调。通常，电子电路作为第一保护措施，快速熔断器只作为短路时的部分区断的保护，直流快速断路器在电子电力动作之后实现保护，过电流继电器在过载时动作。在选择快熔时应考虑：1）电压等级应根据快熔熔断后实际承受的电压来确定。2）电流容量应按照其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。快熔一般与电力半导体体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。3）快熔的It值应小于被保护器件的允许It值。4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。快熔对器件的保护方式分为全保护和短保护两种。全保护是指无论过载还是短路均由快熔进行保护，此方式只适用于小功率装置或器件使用裕量较大的场合。短路保护方式是指快熔只要短路电流较大的区域内起保护作用，此方式需与其他过电流保护措施相配合。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以对元件的保护作用最好。电流上升率、电压上升率的抑制保护电流上升率di/dt的抑制晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如下图所示:图串联电感抑制回路电压上升率dv/dt的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图所示：图并联R-C阻容吸收回路仿真系统建模与参数设置单相全控桥式整流电路模型主要由交流电源、同步触发器、晶闸管全桥、电阻-反电动势负载、测量等部分组成。Matlab仿真模型如下图所示：图单相全控桥式晶闸管整流电路仿真模型各个参数设置如下：触发电路参数：图触发电路参数Phasedelay：晶闸管1、4，参数设为（360）*α，α为触发角；晶闸管2、3，参数设为+（360）*α。交流电源参数：图交流电源参数反电动势参数：图反电动势参数晶闸管参数：图晶闸管参数仿真结果1）α=30°图α=30°2）α=60°图α=60°3）α=90°图α=90°α=120°图α=120°α=150°图α=150°设计心得：通过这次课程设计，我加深了对整流电路的理解，进一步熟悉了触发电路与保护电路的设计，学会了将课本上的理论知识应用到实践中，提高了实践能力。同时在设计时借助MATLAB软件进行系统模型仿真，进一步熟悉了MATLAB语言及其应用，用该软件对该电路进行分析，大大简化了计算和绘图步骤。同时该次课程设计，还用到了protel软件进行原理图的绘制，使我熟练地掌握了protel绘图的技巧。总之，这次课程设计不仅增加了我的知识积累，让我有机会将课堂所学的电力电子理论知识运用到实际中，了解了这些知识在实践中丰富而强大的用途，还让我懂得自主学习的重要性，以及小组成员合作的必要性。参考文献：[1]王云亮.电力电子技术[M].北京：电子工业出版社，2004.190-196[2]赵慧敏，张宪.电力电子技术[M].北京：化学工业出版社，2012.52-71[3]王兆安,刘进军.电力电子技术[M](第5版).北京：机械工业出版社，2009.[4]颜世钢，张承慧.电力电子技术问答[M].北京：机械工业出版社，2007[5]黄忠霖，黄京.电力电子技术的MATLAB实践[M].北京：国防工业出版社，2009.133-229附图：主电路图：驱动电路图：
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