1、酒泉職業技術學院課程設計2012級電力系統繼電保護與自動化專業目:單相橋式整流電路t=r.號:121782009王文勇學生姓名:級:12電力班2013年6月28日技術要求方案選擇 原理說明 電路參數計算和元件選取 性能指標分析 保護電路工作原理 參考文獻15單相整流電路設計任務書1 設計任務進行設計方案的比較，并選定設計方案2)完成單元電路的設計和主要元器件說明3)完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇4)驅動電路的設計，保護電路的設計2 設計要求負載為感性負載， L=700mH,R=500 歐姆電網供電電壓為單相 220V3)電網波動電壓為 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，它們所連接的負載性質就會有不同的特點，下面分析各種單相相控整流電路在阻性負載、感性負 載時的工作情況。單相半控整流電路的優點：線路簡單、調整方便。弱點是：輸出電壓脈沖大，負載 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，功率因數高，變壓器二次電 流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化的問題，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，在相同的負載下流 過晶閘管的平均電流減小一半，且功率因數提高一半。原理說明（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載實驗原理路圖如下：cUTUld12單相半波整流電路工作原理變壓器的次級繞組與負載相接，中間串聯一個整流二極管，就是半波整流。利用 二極管的單向導電性，只有半個周期內有電流流過負載，另半個周期被二極管所阻, 沒有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流 的脈動成分太大，對濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。電路工作過程是：在u2正半周（3 t=0 n）,二極管加正向偏壓而導通，有電流iL 通過負載電阻RL。因為將二極管看作理想器件 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，但用四個二極

4、管組成橋式電 路，將次級線圈的正、負半周都用起來；二是變壓器的次級繞組圈數加倍，中間抽 頭，實際上由兩個次級線圈構成。中間抽頭接負載一端，另兩個端子各串聯一個二 極管后接負載的另一端。它由電源變壓器Tr整流二極管D和負載電阻RL組成，變壓器的初級接交流電源, 次級所感應的交流電壓為其中 U2m為次級電壓的峰值，U2為有效值。電路的工作過程是：在u2的正半周(3 t=0 n)，二極管因加正向偏壓而導通，有 電流iL流過負載電阻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載實驗電路圖如下/rm2單相半波整流電路感性負載工作原理(1)

5、 當交流電壓過零為負的時候，由于負載電感反電勢大于電源負電壓，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、大小不變的導通;(2) 但加在負載兩端確實是電源負電壓，而不是正向電壓，所以破壞了整流的性質 和目的，使得負載的正向電壓因之而減小；(3) 隨著交流電源負壓增大，增大到大于反電勢時，加在可控硅兩端的電壓為零、 電流為零，可控硅截止，此時負載的電壓因可控硅截止，電壓由負壓到零；(4) 整流電路的目的就是，要給負載以直流電壓，但是由于交流電過零時可控硅不 能及時關斷，使得負載兩端出現負壓，就減小了負載兩端所需要的直流電壓;(5) 如果在感性負載的兩端加上阻尼二極管(或者叫續流二

6、極管)，反電勢被短接, 這樣在交流電過零為負時，可控硅就能及時關斷截止，負載兩端就不會出現負壓;(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;阻感性負載電路，要加續流二極管，否則輸出直流電壓會下降；單相橋式整流電路阻性負載實驗原理路圖如下：I(tiTr?+-/WWTV、¥ ? i單相橋式整流電路阻性負載工作原理:(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，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電 性。根據圖10.1.2(a)的電路圖可知:

7、當正半周時二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相 橋式整流電路的波形圖見圖10.1.2(b)。(3)參數計算根據圖10.1.2 (b)可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電 壓等效。流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里 葉分析。此時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 稱為脈動系數S。(4)單相橋式整流電路感性負載工作原理+V+ D4DiD2 %”壯-kQI TJ/ V-t-/3

8、4滬”一的 li- «彳2鳥,%rj AVVi在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導 電性。根據圖10.1.2(a)的電路圖可知：當正半周時二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正負半周合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。四電路參數計算和元件選取1參數計算加樞Y；KwS電FHtiSiaX數 it ttfgft.負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m 屁(灼亦E丄 靜性物忑： ftMr 口It沖童；f-rWlso* 思乜 品即H?甫愛勒農止U網 電出出Em燦,n'*J%知誠払®ttffi呱MJd盈弱槪狀ffl以1/再k祓節®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A1'*無蟻訛：«餐時.斗=O.9acosacm&|：4皿2、元件選取樣圖路 f J -*-尸*八¥ /T/T " 蘆 5 * t f-Fr /十產期 fif 滬底 .1 '* -L.illI ft*;a/ 1-五性能指標分析整流電路的性能常用兩個技術指標來衡量：一個是反映轉換關系的，用整流輸

11、出電壓的平均值來表示；另一個是反映輸出直流電壓平滑程度的，稱為紋波系數。(1 )整流輸出電壓的平均值(即負載電阻上的直流電壓VL)VL定義為整流輸出電壓vL在一個周期內的平均值，即J J j'異山的水創）-J J 7t cost?/acosfz/f'設變壓器副邊線圈的輸出電壓為 V，整流二極管是理想的。則根據橋式整流電路的工 作波形，在Vi的正半周，vL = v2，且vL的重復周期為兀，所以上式也可用其它方 法得到，如用傅里葉級數對圖1中vL的波形進行分解后可得中恒定分為負載電壓 vL 的平均值。(2)紋波系數由vL的傅里葉級數表達式可以看出，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 量總稱為紋波，它疊加于直流分量之上。常用紋波系數K來表示直流輸出電壓中相 對紋波電壓的大小，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。由于vL中存在一定的紋波，故需用濾波電路來濾除紋波電壓。六保護電路工作原理1保護電路設計VacRV2EMI 濾 :ft 収 器R* 1R 201FU2保護電路工作原理（1）過壓保護電路：過電壓保護了是免因工人誤接高電壓電源等原損壞機器而設置 的，它預防開機浪涌結合在一起當因誤接高壓（把 220VAC輸入接到380VAC電源） 或因其他原因高壓加入時，

13、高壓電流頓時把壓敏電阻 R3擊穿（壓敏電阻耐壓值是根R1、D1、UA、R2據電路耐壓要求而設定的），形成回路。高壓電流在 RT和R3間流過，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 阻一溫特性見圖4.2）,相當于把電路斷開，阻值無窮大，而且, 和D2形成回路，當電壓達到一定值（設定值）時，高壓把壓敏電阻 R2和D2擊穿 形成電流，電流使UA發光，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耐高壓的T、R3回路及R1、D1、UA、R2和D2組成的回路，而不會損壞后面的電路，從而保護了電路。而此保護是可恢復的,

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 R的整流濾波，輸入輔助電源，使輔助電源工作，輸出 24V穩壓直流電，24V直流電使場管Q1導通，從而使J2運作，J2A合，短路T,電 源電壓直接輸入整流管，電路正常工作。（2）過流保護：過流保護是為了避免因元件損壞、干擾、異常而引起過大電流對逆 變器產生損壞而設置的。它通過電流互感器時刻對主回路中的電流進行采樣，一但 發現是流超過允許值，便通過控制電路中保護控制電路動作，停止主回路的工作過流保護電路原理圖電路采用1： 300的電流互感器對主回路進行采樣（電流互感器是 一種電流

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