单相可控变流器的设计-hp电力电子课设.doc

单相可控变流器的设计-hp电力电子课设 武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书 单相可控变流器的设计 1概述 电力变流器是由一个或多个电力电子装置连同变流变压器、滤波器、主要开关及其他辅助设备组成的变流设备，它应能独立运行并完成规定功能。常见的电力变流器有：整流器，用于交流到直流的变流；逆变器，用于直流到交流的变流；交流变流器，用于交流变流；直流变流器，用于直流变流。此次课设设计的为变流器中的整流器。 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀，电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。 整流电路通常由触发电路、主电路、滤波器和变压器组成。主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。 整流电路可以从各种角度进行分类，主要分类方法有：按组成的器件可以分为不可控，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；按变压器二次电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。 2 方案的选择 单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。 单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：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；而单相全控式整流电路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，变压器利用率高的优点。 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。 武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书 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）。 3方案设计 我的选题是单相可控变流器的设计，初始条件是单相半控桥式可控整流电路，电阻-电感性（大电感）负载，R＝1.5Ω，最大电流Id＝40A。需要运用的知识点有单相桥式全控整流电路的原理及参数计算。 整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，在此设计中采用单相桥式全控整流电路接电阻性负载。 图1 系统原理方框图 4系统设计 4.1 单相桥式全控整流电路阻感性负载 4.1.1 工作原理 假设电路已经工作在稳定状态：当整流电路带电感性负载时，整流工作的物理过程和电压、电流波形都与带电阻性负载时不同。因为电感对电流的变化有阻碍作用，即电感元件中的电流不能突变，当电流变化时电感要产生感应电动势而阻碍其变化，所以电路电流的变化总是滞后于电压的变化。 武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书 图 2 单相全控桥式整流电路电感性负载及其波形 (a)电路；(b)电源电压；(c)触发脉冲；(d)输出电压；(e)输出电流；(f)晶闸管VT1,VT4 上的电流；(g)晶闸管VT2 ,VT3上的电流；(h)变压器副边电流；(i)晶闸管VT1,VT4上的电压。 工作原理：在电源电压u2正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在?t??时触发， VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T二次侧形成回路，但由于电感的存在,u2过零 变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VT1、 VT2承受反相电压而截止，输出电压的波形出现了负值部分。 在电源电压u2负半周期间，晶闸管VT3、在?t????时触发，VT4承受正向电压，VT3、负载电流从VT1、在?t?2?VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，VT2中换流至VT3、VT4中；时，电压u2过零，VT3、VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT2导通时，VT3、VT4因加反向电压才截止。 值得注意的是，只有当???2时，负载电流Id才连续，当?＞?2时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是0～?2。 武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书 4.1.2整流电路参数计算 1）整流输出电压的平均值可按下式计算 1???220.9U2cos? Ud??2Usin?td?t2U2cos????? 由题意可知，Ud?IdR=1.5×40=60V 当α=0时，Ud取