单相桥式整流电路机械基础.doc

引言
整流电路是电力电子电路中的一种,它的作用是将交流电力变为直流电力供给直流用电设备,如直流电动机,电镀､电解电源,同步发电机励磁,通信系统等,在生产生活中应用十分广泛｡
整流电路在不同角度有不同的分类方法,按组成电路的器件分:不可空､半空､全控和高功率PWM四种,按电路结构可分为:半波､全波､桥式三种,按交流输入相数分:单相､三相､多相多重三种,按控制方式分:相控式､PWM控制式两种,按变压器二次测电流方向分:单拍､双拍电路两种｡
整流电路通常由主电路､滤波器和变压器组成｡单相桥式全控整流电路是单相整流电路中应用较为广泛的整流电路｡
1 整流电路
单相整流器的电路形式是多种多样的,整流的结构也是比较多,各有优缺点,因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案:单相半波可控整流电路,单相全波可控整流电路,单相桥式半控整流电路,单相桥式全控整流电路｡
单相半波可控整流电路
图1-1 单相半波可控整流电路
如图1-1所示为单相半波可控整流电路,此电路结构简单,只用了1个晶闸管,在一个通电周期内,输出电压为直流电压,输出电流为直流电流,电压电流均不连续,脉动较大,且含有谐波分量｡
单相全波可控整流电路
如图1-2 单相全波可控整流电路
如图1-2所示为单相全波可控整流电路,变压器T带中心抽头,结构比较复杂,只用两个可控器件,单相全波只用2个晶闸管,比单相全控桥少2个,因此少了一个管压降,相应地,门极驱动电路也少2个,但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍｡不存在直流磁化的问题,适用于输出低压的场合作电流脉冲大(电阻性负载时),且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化,变压器不能充分利用｡而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小,功率因数高,变压器二次电流为两个等大反向的半波,没有直流磁化问题,变压器利用率高的优点｡相同的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍,在均电流减小一半;且功率因数提高了一半｡
单相桥式半控整流电路
图1-3 单相桥式半控整流电路
如图1-3所示为单相桥式半控整流电路,对每个导电回路进行控制,相对于全控桥而言少了一个控制器件,用二极管代替,有利于降低损耗!如果不加续流二极管,当α突然增大至180°或出发脉冲丢失时,由于电感储能不经变压器二次绕组释放,只是消耗在负载电阻上,会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况,这使ud成为正弦半波,即半周期ud为正弦,另外半周期为ud为零,其平均值保持稳定,相当于单相半波不可控整流电路时的波形,即为失控｡所以必须加续流二极管,以免发生失控现象｡
单相桥式全控整流电路
图1-4 单相桥式全控整流电路
如图1-4所示为单相桥式全控整流电路,此电路对每个导电回路进行控制,无须用续流二极管,也不会失控现象,负载形式多样,整流效果好,波形平稳,应用广泛｡变压器二次绕组中
,正负两个半周电流方向相反且波形对称,平均值为零,即直流分量为零,不存在变压器直流磁化问题,变压器的利用率也高｡
经比较与分析各方案的优缺点,本设计采用方案四,即单相桥式全控整流电路｡
2 系统总体设计
系统原理方框图
图2-1 系统原理方框图
主电路设计

在生产实践中,除了电阻性负载外, 最常见的负载还有电感性负载, 如电动机的励磁绕组,整流电路中串入的滤波电抗器等｡负载中电感量的大小会影响整流电路的工作情况,负载电感量L较小时,负载上的电流不连续;当电感L较大时,电感对电流的抗拒作用较大,负载上的电流几乎连续,近似一条水平线｡
在u2正半周,VT1､VT4受正向阳极电压,在时刻α给VT1､VT4加触发脉冲,VT1､VT4导通,u2过零变负时,L产生的自感电动势el使VT1､VT4继续导通,ud=u2,VT2､VT3受正向电压但无触发脉冲,不导通,在u2负半周期,在α时刻同时给VT3､VT2加触发脉冲,VT3､VT2导通｡
由于电路中有大电感L,电路中的电流的变化总是滞后与电压的变化,平波效果好,输出波形呈一条水平线｡两组晶闸管轮流导通,一个周期个导通180度,且与α无关,变压器二次测绕组中的电流i2是正负对称的方波,无直流磁化现象｡

图2-2 电路图

图2-3 波形图

整流元件的计算
晶闸管平均值:
晶闸管有效值:

整流输出电压:
当时,;当时,,移相范围为90°｡晶闸管承受的最大正､反向电压都是｡
整流输出电流:
变压器二次测电流:
3 驱动电路的设计
晶闸管的驱动电路又称触发电路,作用是产生触发脉冲,使阻断的晶闸管由阻断到导通状态｡晶闸管触发主要有移相触