電力電子課設(shè)報告-單相雙半波晶閘管整流電路的設(shè)計

1、 Beijing Jiaotong University 電力電子課程設(shè)計實驗報告單相雙半波晶閘管整流電路的設(shè)計（純電阻負(fù)載）一、課程設(shè)計性質(zhì)和目的性質(zhì)：是電氣信息專業(yè)的必修實踐性環(huán)節(jié)。目的：1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力與實際動手能力；2、加深理解電力電子技術(shù)課程的基本理論；3、初步掌握電力電子電路的設(shè)計方法。二、課程設(shè)計的要求1、電源電壓：交流100V/50Hz2、輸出功率：500W3、移相范圍0º180º三、主電路1.原理圖如下主電路仿真圖如下2.工作原理分析1）工作原理根據(jù)上圖中變壓器所標(biāo)的同名端，當(dāng)變壓器原邊輸入的交流電壓極性為上正下負(fù)時，副邊標(biāo)有同名端的

2、極性為正，由此可知晶閘管T1承受正向電壓，若在控制角為時觸發(fā)T1，T1滿足觸發(fā)條件立即導(dǎo)通，這期間T2因承受反向電壓而截止。電流通過副邊上半繞組、T1、Rd和中性抽頭流通，將電源電壓的正半波加到負(fù)載Rd上。在電源電壓的負(fù)半周期，副邊的非同名端極性為正，同樣仍在角處觸發(fā)T2，T2由于承受正向電壓而導(dǎo)通，由于加在T1上為負(fù)壓而使其截止。此時通路為由副邊下半繞組、T2、Rd和中性抽頭構(gòu)成，電源電壓負(fù)半波反向后加到負(fù)載Rd上。另外，當(dāng)電源電壓U2過零點時，之前導(dǎo)通的晶閘管會自然關(guān)斷。由上面敘述的工作原理，易知在不同的觸發(fā)角處產(chǎn)生如下的輸出電壓波形。2）不同觸發(fā)角下的輸出電壓波形（1）=30°

3、（2）觸發(fā)角=90°（3）=150°四、控制系統(tǒng)1.原理框圖2電路原理圖（如下頁所示）3.控制電路各部分工作原理及波形1）同步電路及移相 原理：220V的交流電源經(jīng)過220/9的變壓器后，9V的交流輸入一路經(jīng)過由LM339構(gòu)成的過零比較器后輸出與之同步的方波。9V電源極性互換后接到另一個過零比較器，產(chǎn)生一個與前面方波相比移相了180°的同步方波。方波上下限幅值為正負(fù)直流電源電壓。2）鋸齒波產(chǎn)生電路原理：當(dāng)1）中輸出為負(fù)電平時，三極管截止。由放大器虛地的概念，LM324的負(fù)輸入端接近為零。負(fù)電平通過電阻R1對電容C1反向充電，使b點電壓從零電位隨時間按斜率線性上升，

4、一直充到低電平結(jié)束為止。因為積分器輸出電壓，在此處，由此式理論計算得到。經(jīng)過實驗的不斷調(diào)試，最后得出了來的結(jié)果是，可知與理論計算的結(jié)果非常接近。當(dāng)1）中輸出為高電平時，驅(qū)動三極管導(dǎo)通，由于三極管導(dǎo)通壓降很小，電容C1通過并聯(lián)在其上的三極管迅速放電，直至下降到0電位為止。然后一直維持為低電平，直到下個負(fù)電平又使其反向充電。于是形成了上圖中所示的鋸齒波。 3）比較電路下頁圖1為觸發(fā)角較小時矩形波相對于鋸齒波出現(xiàn)的位置圖2為觸發(fā)角較大時矩形波相對于鋸齒波出現(xiàn)的位置，以與圖1作比較。圖1圖2圖3上面的圖3是將兩路中產(chǎn)生的鋸齒波和比較后的矩形波同時示于圖中，可知兩路鋸齒波和矩形波分別都移相了180

5、76;。原理：在兩個比較器的正輸入端接2）中輸出的兩路鋸齒波，負(fù)輸入端同時接上由5V直流電源和電位器構(gòu)成的在05V之間連續(xù)可調(diào)的直流電源，形成一個兩個比較，產(chǎn)生兩路觸發(fā)電平。改變電位器的位置時，可改變比較器負(fù)輸入的直流電位。從而改變比較器輸出上升沿出現(xiàn)的時刻。當(dāng)R3對地電阻為0時，輸入直流電位為0，就相當(dāng)于在0°觸發(fā)晶閘管；當(dāng)R3對地電阻為其最大值時，輸入直流電壓是5V，即為在180°觸發(fā)晶閘管。從而可實現(xiàn)在0º180º之間移相。4）555構(gòu)成的多謝振蕩器 原理：此電路由555和其周圍的電阻、電容構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)生一些列的高頻脈沖列。接通電源瞬間，電

6、容3上沒有電荷，此時，所以，T管截止，經(jīng)R1、R2對C充電，隨著時間的推移，逐漸升高，當(dāng)該電位達(dá)到時，由H變?yōu)長，T管由截止變?yōu)閷?dǎo)通。此后C經(jīng)過T管放電，（為T管導(dǎo)通電阻），逐漸下降，當(dāng)該電位下降到時，有L突變?yōu)镠，T管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。此后C又充電，電路重復(fù)上述過程，進(jìn)入下一個周期，如此周而復(fù)始，電路便處于振蕩狀態(tài)，輸出周期性的矩形脈沖。工作波形如上圖所示。如果忽略T管的導(dǎo)通電阻則可以求得，。所以輸出脈沖列的頻率，在要求的的范圍內(nèi)。5)脈沖形成電路原理：將3）中輸出的兩路脈沖和4）中的高頻脈沖相與形成和4）中脈沖寬度一樣的梳狀脈沖列，如上頁第一幅圖所示。上頁第二幅圖為兩路觸發(fā)脈沖相對于正弦波出

7、現(xiàn)的時刻，顯然在一個輸入信號的周波中觸發(fā)兩次，兩次的觸發(fā)角分別為和+。五、主電路設(shè)計該電路（電阻性負(fù)載）輸出的Ud與Id波形和其計算式和單相全控橋式整流電路相同。所以輸出平均電壓 Ud移相范圍 0 º180º輸出平均電流 IdSCR平均電流 IdT=Id/2負(fù)載電壓有效值 U變壓器副邊繞組電流有效值 I2流過晶閘管的電流有效值功率因數(shù) SCR承受的最大正、反向電壓 由設(shè)計要求：1、電源電壓：交流100V/50Hz2、輸出功率：500W所以負(fù)載R的最小由于，當(dāng)=0°時，為最大值，所以晶閘管可能承受的最大電流有效值為A晶閘管的額定平均電流，可選取晶閘管的額定通態(tài)平均電

8、流為4A。晶閘管承受的最大正反向電壓為?？紤]到（23）倍的余量后，可取晶閘管的 額定電壓為400V。六、遇到的問題及解決方案1.在同步電路的調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)輸出的波形畸變很大，并且中間含有很多高頻信號，正負(fù)幅值很小。解決辦法：經(jīng)過查線發(fā)現(xiàn)無誤后，換了一片LM339，結(jié)果出來的方波很標(biāo)準(zhǔn)，并且正負(fù)幅值接近電源電壓。2. 一開始鋸齒波發(fā)生器輸出的一直是0至5V的方波。解決辦法：首先檢查此部分的連線，發(fā)現(xiàn)正確。然后檢查芯片是否良好，結(jié)果也是好的。然后立即想到可能是積分的電阻電容參數(shù)不合適。將電阻電容的值逐漸增大后，發(fā)現(xiàn)效果明顯。3. 產(chǎn)生的鋸齒波幅值不夠大，小于5V。解決辦法：調(diào)整鋸齒波發(fā)生電路中的電阻、電容，使鋸齒波輸出的正向幅值達(dá)到5V。4.兩路輸出的鋸齒波幅值大小不相等。解決辦法：改變其中一路鋸齒波電路的積