單相橋式整流電路

8/8引言整流電路是電力電子電路中的一種，它的作用是將交流電力變?yōu)橹绷麟娏┙o直流用電設(shè)備，如直流電動(dòng)機(jī),電鍍、電解電源,同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，通信系統(tǒng)等，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛。整流電路在不同角度有不同的分類方法，按組成電路的器件分：不可空、半空、全控和高功率PＷM四種，按電路結(jié)構(gòu)可分為:半波、全波、橋式三種，按交流輸入相數(shù)分：單相、三相、多相多重三種，按控制方式分：相控式、ＰWM控制式兩種，按變壓器二次測電流方向分:單拍、雙拍電路兩種。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。單相橋式全控整流電路是單相整流電路中應(yīng)用較為廣泛的整流電路。1整流電路單相整流器的電路形式是多種多樣的，整流的結(jié)構(gòu)也是比較多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在做設(shè)計(jì)之前我們主要考慮了以下幾種方案：單相半波可控整流電路，單相全波可控整流電路，單相橋式半控整流電路，單相橋式全控整流電路。1.1單相半波可控整流電路圖1—1單相半波可控整流電路如圖1—1所示為單相半波可控整流電路，此電路結(jié)構(gòu)簡單,只用了1個(gè)晶閘管,在一個(gè)通電周期內(nèi)，輸出電壓為直流電壓，輸出電流為直流電流，電壓電流均不連續(xù),脈動(dòng)較大,且含有諧波分量。１.2單相全波可控整流電路如圖１—２單相全波可控整流電路如圖1-2所示為單相全波可控整流電路，變壓器T帶中心抽頭，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,只用兩個(gè)可控器件，單相全波只用2個(gè)晶閘管,比單相全控橋少2個(gè),因此少了一個(gè)管壓降,相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)，但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。不存在直流磁化的問題，適用于輸出低壓的場合作電流脈沖大（電阻性負(fù)載時(shí)），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波,沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn).相同的負(fù)載下流過晶閘管的平單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半;且功率因數(shù)提高了一半。1.3單相橋式半控整流電路圖１—3單相橋式半控整流電路如圖1－３所示為單相橋式半控整流電路，對每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制,相對于全控橋而言少了一個(gè)控制器件,用二極管代替，有利于降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當(dāng)α突然增大至１8０°或出發(fā)脈沖丟失時(shí),由于電感儲(chǔ)能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負(fù)載電阻上，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波,即半周期ud為正弦，另外半周期為uｄ為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時(shí)的波形，即為失控.所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。1.4單相橋式全控整流電路圖1-4單相橋式全控整流電路如圖1-4所示為單相橋式全控整流電路，此電路對每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管,也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣,整流效果好，波形平穩(wěn),應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中,正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零,不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。經(jīng)比較與分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn),本設(shè)計(jì)采用方案四，即單相橋式全控整流電路。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)原理方框圖圖２—1系統(tǒng)原理方框圖2．２主電路設(shè)計(jì)2．2．1工作原理分析在生產(chǎn)實(shí)踐中，除了電阻性負(fù)載外，最常見的負(fù)載還有電感性負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，整流電路中串入的濾波電抗器等。負(fù)載中電感量的大小會(huì)影響整流電路的工作情況，負(fù)載電感量L較小時(shí)，負(fù)載上的電流不連續(xù)；當(dāng)電感Ｌ較大時(shí)，電感對電流的抗拒作用較大,負(fù)載上的電流幾乎連續(xù)，近似一條水平線。在u2正半周,VT1、VＴ4受正向陽極電壓，在時(shí)刻α給VT1、VT４加觸發(fā)脈沖,VT１、VＴ４導(dǎo)通，u２過零變負(fù)時(shí)，L產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢eｌ使VT１、VＴ4繼續(xù)導(dǎo)通，ｕｄ=u2，VT2、VＴ3受正向電壓但無觸發(fā)脈沖,不導(dǎo)通，在ｕ2負(fù)半周期，在α?xí)r刻同時(shí)給ＶT３、VT２加觸發(fā)脈沖，VＴ3、VＴ2導(dǎo)通。由于電路中有大電感Ｌ，電路中的電流的變化總是滯后與電壓的變化,平波效果好，輸出波形呈一條水平線。兩組晶閘管輪流導(dǎo)通,一個(gè)周期個(gè)導(dǎo)通1８0度，且與α無關(guān)，變壓器二次測繞組中的電流ｉ2是正負(fù)對稱的方波，無直流磁化現(xiàn)象。圖2－2電路圖圖2-3波形圖２。２。2參數(shù)計(jì)算整流元件的計(jì)算晶閘管平均值：晶閘管有效值:b．整流輸出的計(jì)算整流輸出電壓：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，，移相范圍為9０°。晶閘管承受的最大正、反向電壓都是。整流輸出電流：變壓器二次測電流:3驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路又稱觸發(fā)電路,作用是產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，使阻斷的晶閘管由阻斷到導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。圖３—1驅(qū)動(dòng)電路3。1晶閘管觸發(fā)電路工作原理由V1、V２構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器ＴＭ和附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成.當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。VD1和Ｒ3是為了Ｖ１、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它電路環(huán)節(jié)。3。2晶閘管對觸發(fā)電路的要求a。觸發(fā)脈沖要有一定的寬度(維持晶閘管導(dǎo)通），前沿要陡（以實(shí)現(xiàn)精確觸發(fā)）；b．觸發(fā)信號要有足夠的功率;c。觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓同步，以保證電路品質(zhì)、可靠性；d。要有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性、與主回路電器隔離４保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可能會(huì)發(fā)生過流、過壓,造成開關(guān)器件的永久性損壞.過流、過壓保護(hù)包括器件保護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)兩個(gè)方面。檢測開關(guān)器件的電流、電壓,保護(hù)主電路中的開關(guān)器件,防止過流、過壓損壞開關(guān)器件。檢測系統(tǒng)電源輸入、輸出及負(fù)載的電流、電壓，實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，防止系統(tǒng)崩潰而造成事故。例如，R－C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值.4.1過流保護(hù)當(dāng)電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路；驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過載；直流側(cè)短路;可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生逆變失??；以及交流電源電壓過高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過電流。因此，必須對電力電子裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^電流保護(hù)。采用快速熔斷器作過電流保護(hù),熔斷器是最簡單的過電流保護(hù)元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適,很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過電流可及時(shí)熔斷起到保護(hù)作用.最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔,因流過快熔電流和晶閘管的電流相同,所以對元件的保護(hù)作用最好,這里就應(yīng)用這一方法快熔抑制過電流，常見電路接法如圖4—1：圖4－1過電流保護(hù)4.2過壓保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行過程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過電壓出現(xiàn)。常見的過電壓保護(hù)原理圖如圖4-2所示:圖４－2過壓保護(hù)５結(jié)論單相橋式全控整流電路是單相整流電路中應(yīng)用較為廣泛的整流電路.本設(shè)計(jì)利用晶閘管來控制單相橋式全控帶阻感負(fù)載的整流電路，利用大電感對電流的抗拒作用,使輸出電流、電壓連續(xù)平穩(wěn)，為使避免電路過壓、過流,本設(shè)計(jì)還設(shè)計(jì)了過壓過流保護(hù)電路。心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì),使我對整流電路特別是單相橋式全控整流電路有了更深一步的了解。整流電路廣泛應(yīng)用日常生產(chǎn)生活中,在設(shè)計(jì)的過程中，我明白了整流電路的重要性以及整流電路設(shè)計(jì)方法的多樣性，對于一個(gè)完整的電力電子電路，除了主電路和觸發(fā)電路外,還要有必要地保護(hù)電路.在這次課程設(shè)計(jì)中，雖然遇到很多難題,但在解決難題的過程中，我學(xué)到了很多課堂上沒學(xué)到的東西.我覺得課堂上學(xué)到理論知識還是的得會(huì)用,這才是真正的學(xué)明白.參考文獻(xiàn)[1]王兆安，劉進(jìn)軍．電力電子技術(shù)。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,２0０9［2］黃俊，秦祖蔭。電力電子