课程设计（论文）小功率晶闸管整流电路设计.doc

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1、题目：小功率晶闸管整流电路设计我用的是单片机触发电路，一般是用集成芯片，额，这个可是得优的设计。嘿嘿设计技术数据及要求：1、交流供电电源；2、电路输出的直流电压和电流的技术指标满足系统要求。3、电路应具有一定的稳压功能，同时还具有较高的防治过压和过流的抗干扰能力。触发电路输出满足系统要求。4、负载为并励直流电动机，型号为，电机参数为：型号额定功率额定电压额定电流额定转速电枢回路电感一、 总体方案论证及选择1、 对电气控制系统的技术要求输出一定的直流电压和电流。输出电压的脉动指标在允许范围内。具有自动稳压功能和一定的稳压精度。 对调速系统应有静态技术指标和动态技术指标的要求。2、 主电路的选择一

2、般说来，对于晶闸管整流装置在整流器功率很小时( 以下)，用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。由于本设计方案的负载直流电机的额定功率为远大，故选择三相整流电路。方案一：三相零式整流电路优点：三相整流电路中，三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220V 电压的用电设备直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。缺点：要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大，往往需要从变压器单独敷设零线。方案二：三相桥式整流电路优点：在输出整流电压相同时，电源相电压可

3、较零式整流电路小一半，因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量。输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可小一些。缺点：整流器件用得多，全控桥需要六个触发电路，需要电压的设备也不能用电网直接供电，而要用整流变压器。综合比较可知，应用本此设计的电路应选择为三相桥式整流电路作为整流电路。显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量。输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可小一些。缺点：整流器件用得多，全控桥需要六个触发电路，需要电压的设备也不能用电网直接供电，而要用整流变压器。综合比较可知，应用本此设计的电路应选择为三相桥式整流电路作为整流

4、电路。3、 触发电路的选择晶闸管的门极电压又叫触发电压，产生触发信号的电路叫触发电路。触发电路性能的好坏，直接影响到系统工作的可靠性。因此触发电路必须保证迅速、准确、可靠地送出脉冲。为达到这个目的，正确选用或设计触发电路是非常重要的，一个触发电路性能的优劣常用下列几点来衡量：1触发脉冲必须保持与主电路的交流电源同步，以保证每个周期都在相同的延迟角处触发导通晶闸管。2触发脉冲应能在一定的范围内移相。对于不同的主电路要求的移相范围也不同。例如对于三相半波电路、电阻性负载，要求的移相范围为0 150；大电感负载(电流连续)，只要求整流，则移相范围为0 90；如既要求整流又要逆变，则为30 150；三

5、相全控桥式电路，电阻负载时为0 120，既要整流又要逆变时，其移相范围为30 150，为保证逆变可靠，对最小逆变角min 应加以限制；三相半控桥式电路，移相范围为0 180。3触发信号应有足够的功率（电压与电流）。为使所有合格的器件在各种可能的工作条件下都能可靠触发，触发电路送出的触发电压和电流，必须大于器件门极规定的触发电压Ug 与触发电流Ig 。例如 KP50 就要求触发电压不小于3.5V，电流不小于l00mA；KP200 则要求触发电压不小于4V，电流不小于200mA 。故触发电压在4V以上、1OV以下为宜，这样就能保证任何一个合格的器件换上去都能正常工作。在触发信号为脉冲形式时，只要触

6、发功率不超过规定值，触发电压、电流的幅值在短时间内可大大超过额定值。4不该触发时，触发电路的漏电压应小于0.150.2V，以防误触发。5触发脉冲的上升前沿要陡。否则，因温度、电源电压等因素变化时将造成晶闸管的触发时间不准确。设脉冲的幅值为Um， 脉冲前沿是指由0.1Um上升到0.9Um所需要的时间，一般要在10s以内为宜。6触发脉冲应有一定的宽度。一般晶闸管的开通时间为6s左右， 故触发脉冲的宽度至少应在6s以上，最好应有2050s。对于电感负载，触发脉冲的宽度应加大，否则在脉冲终止时主电路电流还上升不到晶闸管的擎住电流，则晶闸管又重新关断。4、 保护电路的设置晶闸管有许多优点，但是它承受过电

7、压和过电流的能力很差，短时间过压过流就会使器件损坏。晶闸管能承受电压和电流上升率是有一定限制的，当电流上升率过大时，会使器件局部烧穿而损坏。当电压上升率太大时，又会导致晶闸管误导通，使运行不正常。除了合理选择晶闸管外，还必须针对过电压和过电流采取恰当的保护措施。二、 主电路设计1、 系统框图稳压电路变压器负载电机三相全控桥整流阻容保护 2、 主电路图 图2 主电路图三、 单元电路的设计1、 整流变压器额定参数计算 变压器二次侧相电压的计算由指导书中第14页给出的计算过程可知：经查表：，带入计算得： ，取 二次侧相电流和一次侧相电流的计算首先求变比 由表可知：带入计算得： 变压器容量计算：2、

8、整流元件的选择 晶闸管额定电压： 系数取为 晶闸管的额定电流：由表可知： 计算得： 因此，选用晶闸管型号为3、 电抗器参数计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器Ld，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流，一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。（1）求输出电流连续的临界电感量查表2-7可得： 计算得： （2） 限制输出电流脉动的电感量 查表2-7可得： 计算得： （3） 电动机电感量LD和变压器漏电感量由所给负载参数： 取 带入计算得： 查表得： 带入计算得：（4） 实际串入电抗器电感量故选用作为串入半波电抗器的电感值。4、 晶闸管

9、保护环节的设计与计算（1）过电压保护：以过电压保护部位来分，有交流侧过电压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。（）交流侧过电压保护措施采用组容保护。即在变压器二次并联电阻R和电容C进行保护，接线方式为三相变压器二次侧 Y 联结，阻容保护 Y 联结。如图所示参数计算：由于 变压器对应所以取 变压器对应的，这里取 U 取 （） 直流侧过电压保护措施直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成 di/dt 加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护，如下图所示。压敏电阻的标称电压，一般用下面公式计算，

10、即：由于，则故选用（） 晶闸管两端过电压保护措施由于晶闸管型号为KP70-7，则采用的在晶闸管两端并联组容保护。由经验数据得,线路图如上图右所示。（2）过电流保护快速熔断器简称快熔，其断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。电路图如下。 四、 触发电路选择与设计本装置所用AT89C52单片机的定时计数器，采用12 M晶振定时器方式工作，同步信号产生电路用以将从电网获得的220 V交流电压转换成6个在相位上相差60的同步冲。AT89C52用作接收同步信号和角，并将角转换为脉冲延时，从而控制三相全控桥式整流电路的门级，控制输出电流

11、的大小；驱动电路用来将从单片机出来的脉冲信号进行功率放大；带阻容吸收装置的三相全控桥式整流电路实现对输出电流大小的控制并接收过电流、过电压。1 AT89C52主控制电路 主控制电路(图1)充分利用AT89C52内部资源，通过外接12 M晶振和电容来实现时钟电路。如图1所示，同步信号通过P00P02口输入，单片机通过内部软件实现计时和向P12P17口输出六路脉冲控制信号。若程序死循环，即可上电自动复位或人工复位。电路结构非常简单，易于实现。 2. 三相全控桥式整流电路经变压器出来的直流电压接通六个晶闸管。同时经过脉冲隔离驱动电路出来的带触发角的六路脉冲信号控制门级UT1UT6。为了避免产生过电压

12、而造成的不利影响，提高系统的稳定性，本实验采用带阻容吸收装置的三相全控桥式整流电路，如图所示。阻容吸收装置利用电容来吸收过电压，将引起过电压的磁场能量变成电场能量储存在变压器中，然后电容通过电阻放电，将能量释放在电阻上。3. 同步电路设计传统的触发电路一般都需要三相同步变压器提供同步信号，在三相全控桥式整流电路中，采用单片机触发的晶闸管，首先要使触发脉冲的自然换相点与三相电源的线电压的过零点同步。为克服传统的同步变压器接法复杂，调试困难的缺点，采用三个如图3所示的同步电路，每一个电路采集一相同步信号，这样使得误差更小，精度更高。这三个一样的电路分别接入单片机的P00P02。同步电路主要由过零检

13、测器SF339和光耦隔离组成。由结构简单、使用方便的SF339从电网中获得的线电压转换成方波信号，再经过光耦隔离，形成触发电路所需的同步信号，其中每个电源周期的过零点输出两个同步脉冲，如图4所示。这样一个周期内，三相电源输出6个同步脉冲，这6个同步脉冲信号在相位上相差60。同步信号再经过整形输出分别送到AT89C52的三个输入端口P00PO24 .触发脉冲驱动电路六路脉冲控制信号在送入晶闸管控制级之前，必须对其进行放大，因为从AT89C52输出的脉冲信号强度不够驱动晶闸管，此时采用如图所示的光电耦合集成运放驱动电路。从单片机来的控制信号经过光电耦合再由集成运放放大，达到晶闸管所需的触发脉冲。这

14、种方法摒弃了体积较大的脉冲变压器，电路的结构更简化。分析三相桥式全控整流电路的工作原理可知：为了确保电路的正常工作，需要保证在任意时刻共阴极组(VT1、VrI13、vT5)与共阳极组(vT4、VT6、vrI、2)中分别有一个晶闸管同时导通，方可形成导电回路。以60度的时间间隔依次导通的顺序为：VT1和VT6、VT1和VT2、VT3和VT2、VT3和VT4、VT5和VT4、VT5和VT6，依此类推；为此，通常采用两种方法：一种方法是使脉冲宽度大于6O度(一般取80度到100度)，称为宽脉冲触发。另一种方法是在触发某个晶闸管的同时，给该晶闸管序号前面的那个晶闸管触发脉冲，用两个窄脉冲代替宽脉冲，两

15、个窄脉冲的前沿相差60度，脉冲宽度一般为20度到30度，称为双脉冲触发。双脉冲触发电路的结构较为复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽然可以少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱和，需将铁心体积做得较大一些，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管的串联使用不利。虽然可以用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。故此处用的是双脉冲触发方式，这里窄脉冲的宽度用20度来表示，发脉冲的时间即窄脉冲的宽度由定时器1、2设定。根据脉冲触发的顺序，利用中断查询，当查询到低电平的时候，即电压过零的时刻，此时进入外部中断服务程序，清1#，3#，5#标志位，查询是A、B、C三相中的

16、哪相电压出现低电平。如果是A相，将1#晶闸管标志位置1，然后开定时器T0中断，清4#、6#、2#晶闸管标志位，置4#标志位为1，发1#、6#晶闸管脉冲。然后启动定时器T1，当6O度的时间到时，发1#、2#脉冲，中断返回。以后中断查询会查到B相电压过零的时刻依此类推，最终完成一个循环，实现了双脉冲以l#6# 、1#2#、3#2#、3#4#、5#6#、1#6# 的顺序触发。由波图可知，晶闸管触发的时刻比自然换相点迟一些，延后的这段时间可以用角度d表示，而自然换相点又比过零点迟30度的时间，所以实际上定时器T0的定时时间实际上是控制角:30+a所经历的时间。在这里，晶闸管触发相位的延迟可以通过CPU

17、内部的定时器11D计算产生。控制程序包括三部分：主程序、外部中断服务程序和内部定时器(110、T1)中断服务程序，程序流程图如下：定时器1中断4#=1？6#=1？发1、2#脉冲发3、4#脉冲发5、6#脉冲2#=1？中断返回主程序有键按下INT0中断服务程序关一切中断返回定时器0中断清4、6、2#标志1#=1？3#=1？5#=1？Set 4#送1、6#标志Set 6#Set 2#送3、2#脉冲送5、4#脉冲固定60度，开T1中断中断返回INT0中断清楚1、3、5#标志A相？B相？Set 1#Set 3#Set5#C相？根据设定T0参数、开T0中断中断返回参考资料1电力电子技术课程设计指导书，王世

18、荣等 编 2008.12 2电力电子技术，机械工业出版社，王兆安 编 2006.23半导体变流技术，机械工业出版社 黄俊 编 1980年 4电力电子技术题例与电路设计指导，石玉、栗书贤、王文郁编，机械工业出版社 5电力电子技术，林辉、王辉主编，武汉理工大学出版社 6电力电子技术，苏玉刚、陈渝光主编，重庆大学出版社 7电力电子技术，浣喜明、姚为正编著，高等教育出版社 8电力电子技术，石新春、杨京燕等编，中国电力出版社 9电力电子技术实践教程，潘孟春、胡媛媛主编，国防科技大学出版社五、 设计总结通过本课程设计，我受益匪浅。熟悉和掌握可控整流电路的基本工作原理及参数计算方法。掌握晶闸管在相关电路中的工作特点，并能根据设计要求，正确计算晶闸管参数，合理选择晶闸管型号。了解常用晶闸管触发电路的特点，并能根据实际电路选择合理的触发电路形式。对常用的晶闸管保护电路具有一定的分析和设计能力。具有初步发现和解决设计中出现的问题的能力。在理论联系实际、综合分析、理论计算、归纳整理和实验研究等方面得到综合训练和提高，培养了独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力。能够初步建立正确的设计思想，熟悉工程设计的一般顺序、规范和方法，可培养了严肃认真的工作作风，树立正确的全局观点，为后续课程的学习和毕业设计乃至毕业后向工程技术人员过渡打下基础。