1、酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)2012級(jí)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)目:單相橋式整流電路t=r.號(hào):121782009王文勇學(xué)生姓名:級(jí):12電力班2013年6月28日技術(shù)要求方案選擇 原理說(shuō)明 電路參數(shù)計(jì)算和元件選取 性能指標(biāo)分析 保護(hù)電路工作原理 參考文獻(xiàn)15單相整流電路設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1 設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案2)完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說(shuō)明3)完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇4)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)2 設(shè)計(jì)要求負(fù)載為感性負(fù)載， L=700mH,R=500 歐姆電網(wǎng)供電電壓為單相 220V3)電網(wǎng)波動(dòng)電壓為 5%10%4)輸出電壓為 0100V方案選擇單相

2、相控整流電路分為單相半波、單相全波和單相橋式相控電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)就會(huì)有不同的特點(diǎn)，下面分析各種單相相控整流電路在阻性負(fù)載、感性負(fù) 載時(shí)的工作情況。單相半控整流電路的優(yōu)點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈沖大，負(fù)載 電流脈沖大，且整流變壓器二次繞組中存在直流分量，使鐵芯磁化，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沖小，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(méi)有直流磁化的問(wèn)題，變壓器利用率高。單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路的 2 倍，在相同的負(fù)載下流 過(guò)晶閘管的平均電流減小一半，且功率因數(shù)提高一半。原理說(shuō)明（一）單相半波整流電路工作原理1

3、單相半波整流電路阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn)原理路圖如下：cUTUld12單相半波整流電路工作原理變壓器的次級(jí)繞組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管，就是半波整流。利用 二極管的單向?qū)щ娦裕挥邪雮€(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)負(fù)載，另半個(gè)周期被二極管所阻, 沒(méi)有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過(guò)，降低了變壓器的效率；整流電流 的脈動(dòng)成分太大，對(duì)濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。電路工作過(guò)程是：在u2正半周（3 t=0 n）,二極管加正向偏壓而導(dǎo)通，有電流iL 通過(guò)負(fù)載電阻RL。因?yàn)閷⒍O管看作理想器件 所有RL上的電壓uL與U2的正半 周電壓基本相同。全波整流可以用：一是變壓器與半流整流電路相同，但用四個(gè)二極

4、管組成橋式電 路，將次級(jí)線圈的正、負(fù)半周都用起來(lái)；二是變壓器的次級(jí)繞組圈數(shù)加倍，中間抽 頭，實(shí)際上由兩個(gè)次級(jí)線圈構(gòu)成。中間抽頭接負(fù)載一端，另兩個(gè)端子各串聯(lián)一個(gè)二 極管后接負(fù)載的另一端。它由電源變壓器Tr整流二極管D和負(fù)載電阻RL組成，變壓器的初級(jí)接交流電源, 次級(jí)所感應(yīng)的交流電壓為其中 U2m為次級(jí)電壓的峰值，U2為有效值。電路的工作過(guò)程是：在u2的正半周(3 t=0 n)，二極管因加正向偏壓而導(dǎo)通，有 電流iL流過(guò)負(fù)載電阻RL。由于把二極管看作理想器件，故RL上的電壓uL與u2正 半周電壓基本相同。(二) 1單相半波整流電路感性負(fù)載實(shí)驗(yàn)電路圖如下/rm2單相半波整流電路感性負(fù)載工作原理(1)

5、 當(dāng)交流電壓過(guò)零為負(fù)的時(shí)候，由于負(fù)載電感反電勢(shì)大于電源負(fù)電壓，加在可控 硅的電壓仍然是正向電壓，所以可控硅維持原電流方向、大小不變的導(dǎo)通;(2) 但加在負(fù)載兩端確實(shí)是電源負(fù)電壓，而不是正向電壓，所以破壞了整流的性質(zhì) 和目的，使得負(fù)載的正向電壓因之而減小；(3) 隨著交流電源負(fù)壓增大，增大到大于反電勢(shì)時(shí)，加在可控硅兩端的電壓為零、 電流為零，可控硅截止，此時(shí)負(fù)載的電壓因可控硅截止，電壓由負(fù)壓到零；(4) 整流電路的目的就是，要給負(fù)載以直流電壓，但是由于交流電過(guò)零時(shí)可控硅不 能及時(shí)關(guān)斷，使得負(fù)載兩端出現(xiàn)負(fù)壓，就減小了負(fù)載兩端所需要的直流電壓;(5) 如果在感性負(fù)載的兩端加上阻尼二極管(或者叫續(xù)流二

6、極管)，反電勢(shì)被短接, 這樣在交流電過(guò)零為負(fù)時(shí)，可控硅就能及時(shí)關(guān)斷截止，負(fù)載兩端就不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓;(6)(7)單相半波可控整流電路，輸出直流電壓 Uo=0.45U X( 1+cosa) /2;阻感性負(fù)載電路，要加續(xù)流二極管，否則輸出直流電壓會(huì)下降；單相橋式整流電路阻性負(fù)載實(shí)驗(yàn)原理路圖如下：I(tiTr?+-/WWTV、¥ ? i單相橋式整流電路阻性負(fù)載工作原理:(b)b)波形圖®L2.,2單相橋式g流電容濾波電路圖玻波形曲也電路圖(2)單相半波整流電路工作原理在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ?性。根據(jù)圖10.1.2(a)的電路圖可知:

7、當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相 橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖10.1.2(b)。(3)參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖10.1.2 (b)可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電 壓等效。流過(guò)負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里 葉分析。此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值 稱(chēng)為脈動(dòng)系數(shù)S。(4)單相橋式整流電路感性負(fù)載工作原理+V+ D4DiD2 %”壯-kQI TJ/ V-t-/3

8、4滬”一的 li- «彳2鳥(niǎo),%rj AVVi在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)?電性。根據(jù)圖10.1.2(a)的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。四電路參數(shù)計(jì)算和元件選取1參數(shù)計(jì)算加樞Y；KwS電FHtiSiaX數(shù) it ttfgft.負(fù)ffiEH甩恥h V (koW腳”1,卜-"甲:It It 4II；遷牛H.*禺阿前尿殳JB人I反何(itufm o<a<ra

9、o' vlvJ 斛訕d "«,Mff7n'2JSXj,l：fiA "嘰f怙叫滬"右V»相上#橋 啊穆fiAli1銅嚴(yán)m(xù) 屁(灼亦E丄 靜性物忑： ftMr 口It沖童；f-rWlso* 思乜 品即H?甫愛(ài)勒農(nóng)止U網(wǎng) 電出出Em燦,n'*J%知誠(chéng)払®ttffi呱MJd盈弱槪狀ffl以1/再k祓節(jié)®狀ffiW«耳巧仏T彳警 咗暨送 rm=甘9眩；普K# 斗r N fP 一 1-寸牯航+障C仍W 匸"2 Q 專(zhuān)體猙羅！腔綣喘二HW.|i*'C0Sf1卜09仏2,* 仏 l+t(K

10、«Xf色ii 0昭3詈7 心*»第贏+器Cd訊-姑S沁a+ ¥a內(nèi)前.出嶇宦菠打忙ifi“*籃M,S叭世畔2亠/ 巴 I+c« 心E可丁 L序jttfK JiR&t. 論訕仏寧 皿半"Z 丿廣傅A(chǔ)1'*無(wú)蟻訛：«餐時(shí).斗=O.9acosacm&|：4皿2、元件選取樣圖路 f J -*-尸*八¥ /T/T " 蘆 5 * t f-Fr /十產(chǎn)期 fif 滬底 .1 '* -L.illI ft*;a/ 1-五性能指標(biāo)分析整流電路的性能常用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量：一個(gè)是反映轉(zhuǎn)換關(guān)系的，用整流輸

11、出電壓的平均值來(lái)表示；另一個(gè)是反映輸出直流電壓平滑程度的，稱(chēng)為紋波系數(shù)。(1 )整流輸出電壓的平均值(即負(fù)載電阻上的直流電壓VL)VL定義為整流輸出電壓vL在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即J J j'異山的水創(chuàng)）-J J 7t cost?/acosfz/f'設(shè)變壓器副邊線圈的輸出電壓為 V，整流二極管是理想的。則根據(jù)橋式整流電路的工 作波形，在Vi的正半周，vL = v2，且vL的重復(fù)周期為兀，所以上式也可用其它方 法得到，如用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)圖1中vL的波形進(jìn)行分解后可得中恒定分為負(fù)載電壓 vL 的平均值。(2)紋波系數(shù)由vL的傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式可以看出，最低次諧波分量的幅值 0，角頻率為

12、電源頻率 的兩倍，即2尬。其他交流分量的角頻率為4、6迫等偶次諧波分量。這些諧波分 量總稱(chēng)為紋波，它疊加于直流分量之上。常用紋波系數(shù)K來(lái)表示直流輸出電壓中相 對(duì)紋波電壓的大小，式中VLY為諧波電壓總的有效值，它表示為所得出橋式整流電 路的紋波系數(shù)。由于vL中存在一定的紋波，故需用濾波電路來(lái)濾除紋波電壓。六保護(hù)電路工作原理1保護(hù)電路設(shè)計(jì)VacRV2EMI 濾 :ft 収 器R* 1R 201FU2保護(hù)電路工作原理（1）過(guò)壓保護(hù)電路：過(guò)電壓保護(hù)了是免因工人誤接高電壓電源等原損壞機(jī)器而設(shè)置 的，它預(yù)防開(kāi)機(jī)浪涌結(jié)合在一起當(dāng)因誤接高壓（把 220VAC輸入接到380VAC電源） 或因其他原因高壓加入時(shí)，

13、高壓電流頓時(shí)把壓敏電阻 R3擊穿（壓敏電阻耐壓值是根R1、D1、UA、R2據(jù)電路耐壓要求而設(shè)定的），形成回路。高壓電流在 RT和R3間流過(guò)，較大的電流 急劇地把消磁電阻（溫敏器件）的溫度抬高，而使消磁電阻的阻值隨之迅速上升 （其 阻一溫特性見(jiàn)圖4.2）,相當(dāng)于把電路斷開(kāi)，阻值無(wú)窮大，而且, 和D2形成回路，當(dāng)電壓達(dá)到一定值（設(shè)定值）時(shí)，高壓把壓敏電阻 R2和D2擊穿 形成電流，電流使UA發(fā)光，使得UB受光照Q1的柵極電位拉低，Q1截止，這樣，J2就不能吸合，高壓電流就只能通過(guò)耐高壓的T、R3回路及R1、D1、UA、R2和D2組成的回路，而不會(huì)損壞后面的電路，從而保護(hù)了電路。而此保護(hù)是可恢復(fù)的,

14、 降低了成本。等消磁電阻溫度降下，便又可正常工作。避免了因過(guò)壓而損壞的維修, 提高了工作效率。如果輸入電壓正常，電壓經(jīng) R的整流濾波，輸入輔助電源，使輔助電源工作，輸出 24V穩(wěn)壓直流電，24V直流電使場(chǎng)管Q1導(dǎo)通，從而使J2運(yùn)作，J2A合，短路T,電 源電壓直接輸入整流管，電路正常工作。（2）過(guò)流保護(hù)：過(guò)流保護(hù)是為了避免因元件損壞、干擾、異常而引起過(guò)大電流對(duì)逆 變器產(chǎn)生損壞而設(shè)置的。它通過(guò)電流互感器時(shí)刻對(duì)主回路中的電流進(jìn)行采樣，一但 發(fā)現(xiàn)是流超過(guò)允許值，便通過(guò)控制電路中保護(hù)控制電路動(dòng)作，停止主回路的工作過(guò)流保護(hù)電路原理圖電路采用1： 300的電流互感器對(duì)主回路進(jìn)行采樣（電流互感器是 一種電流

15、采樣器件，相當(dāng)于變壓器，由11/12=n2/n1可知，當(dāng)主回300A的電流時(shí), 保護(hù)電路能采樣到A的電流信號(hào)，該信號(hào)對(duì)控制電路中的電容充電，并形成壓降， 一但這壓降大于保護(hù)控制電路中給定的基準(zhǔn)電壓保護(hù)控制電路動(dòng)作，進(jìn)行封波，使 整個(gè)電路停止工作。（3）過(guò)熱保護(hù)：過(guò)熱保護(hù)電路的作用是避免機(jī)器因散熱不良，環(huán)境溫度過(guò)高或元器DC件工作異常而損壞電路。通常，把熱敏器件（熱敏開(kāi)關(guān)）置于散熱裝置上，一但散熱裝置溫度過(guò)高，熱敏器件便動(dòng)作，從而使保護(hù)控制電路動(dòng)作，進(jìn)行電路保護(hù) 輸入的開(kāi)關(guān)電源的輸入過(guò)欠壓保護(hù)原理大致相同。保護(hù)電路的取樣電壓均來(lái)自輸入 濾波后的電壓。 取樣電壓分為兩路，一路經(jīng) R1、R2、R3、R4分壓后輸入比較器3 腳，如取樣電壓高于2腳基準(zhǔn)電壓，比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)