中南大学电力电子课程设计晶闸管整流.docx

电力电子技术 课程设计报告 任课老师： 杨建老师 课题名称：单相双半波晶闸管整流电路的设计(反电势、电阻负载) 设 计 者： 程壹涛 班 级： 电气试验1301 学 号： 0303130115 时 间： 2015-12-05 目录 一、课题选择 1.1?课题名称 1.2?设计条件 1.3?任务要求 二、方案设计 2.1?原理框图 三、主电路原理设计 3.1主电路中各元件参数的计算 3.2变压器的参数计算 3.3闸管电路对电网及系统功率因数的影响 四、整流电路原理及设计 4.1整流元件的选择 4.2电流定额（I?NVT）的计算 五、触发电路的选择、原理及设计 5.1相控触发芯片的选择 5.2相控触发工作原理及电路原理图 六、保护电路的工作原理及元器件的选择 6．1保护电路的工作原理 6. 2保护电路元器件的选择 七、MATLAB仿真实验 7.1模型的建立 7.2模型电路参数的设置 7.3模型电路参数对系统的影响 7.4模型电路的波形显示 7.5波形分析 八、本次设计总结 九、参考文献 十、附录 课题选择 1.1课题名称 单相双半波晶闸管整流电路的设计（反电势、电阻负载） 1.2设计条件： （1）电源电压：交流100V/50Hz （2）输出功率：5000W （3）移相范围30°~150° （4）反电势：E=70V 1.3任务要求： （1）主电路设计（包括整流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。 二、具体方案设计 2.1?原理框图 过电保护触发电路 过电保护 触发电路 反电动势负载整流电路变压器单相电源 反电动势负载 整流电路 变压器 单相电源 在MATLAB仿真中直接用幅值为140V的两个交流电压源代替 在MATLAB仿真中直接用幅值为140V的两个交流电压源代替 该电路主要由四部分构成，分别为电源，过电保护电路，整流电路和触发电路 构成。输入的信号经变压器变压后通过过电保护电路，保证电路出现过载或短路故 障时，不至于伤害到晶闸管和负载。在电路中还加了防雷击的保护电路。然后将经 变压和保护后的信号输入整流电路中。 在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护,而过压保护则 采用?RC?电路。整流部分电路则是根据题目的要求，我们选择学过的单相全波整流 电路。该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功 能。单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电路它的 结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号。 主电路原理及设计 3.1主电路中各元件参数的计算 单相全波整流带反电动势电阻负载电路如图?所示。 波形图如下图所示 根据图中可知，单相全波整流电路的输出电压与桥式整流电路的输出电压相同， 其中β=π/6。设电阻值的大小为R 由条件可以得到： （1）U?2?的幅值为： √2 U?2 ?sin（π-β）=E √2 U?2=E/sin(π-β)=140V U?2=99 （2）在一个周期内，任意?t时刻所求的瞬时功率分为两部分： 3.2变压器的参数计算 （1）变压器二次侧电压的计算： 在变压器一次侧接入100V/50Hz的电源电压，输出功率5000W，移相范围：30°-150°。经过计算，R=0.766Ω,变压器二次侧的电压值有效值为：2U2=198V。 其频率为50Hz。 （2）变压器一二次侧电流的计算： N1 根据条件有，?N2 ? U1 2U?2 ? 1 2?，当变压器二次侧绕组的一半有电流通过时，且二 次侧电流的有效值?I2???53.8A?，此时变压器一次侧电流的有效值为： I1???I2???53.8A （3）变压器容量的计算： S???U1I1???100V???53.8A???5.38kVA （4）变压器型号的选择： N1?:?N2???1:?2 S???5.38kVA 3.3闸管电路对电网及系统功率因数的影响 功率因数是供电系统的一个非常垂要的运行指标。功率因数提高可降低