電力電子技術課程設計說明書
題目： 單相橋式整流電路的設計
學生姓名
學號院 （系
專業指導教師
2023年 1月 5日
目錄1設計方案及原理3
1.1方案選擇3
1.2原理方框圖 3
1.3主電路的設計 3
1.4主電路原理說明 4
1.5整流電路引數的計算 5
2元器件的選擇5
2.1整流二極體in4007的介紹5
2.2穩壓電路7805的選取 6
2.2變壓器的選取 6
3保護電路的設計6
3.1過電壓保護 6
3.2過電流保護 7
3.3放電保護7
4**分析與除錯7
4.1建立**模型7
4.2**結果分析8
4.3實物除錯8
5. 心得體會9
5.1改進意見9
6.元器件清單10
參考文獻10
1設計方案及原理
1.1方案選擇
單相橋式整流電路可分為單相橋式相控整流電路和單相橋式半控整流電路，它們所連線的負載性質不同就會有不同的特點。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感性負載的工作情況。
單相半控整流電路的優點是：線路簡單、調整方便。弱點是：
輸出電壓脈動衝大，負載電流脈衝大（電阻性負載時），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，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動小，功率因數高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優點。
單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負載下流過閘流體的平均電流減小一半；且功率因數提高了一半。
單相半波相控整流電路因其效能較差，實際中很少採用，在中小功率場合採用更多的是單相全控橋式整流電路。
根據以上的比較分析因此選擇的方案為單相橋式整流電路（負載為電阻性負載）。
1.2原理方框圖
系統原理方框圖如1-1所示：
圖1-1 系統原理方框圖
1.3主電路的設計
主電路原理圖如下圖1-2所示：
圖1-2 單相橋式整流電路原理圖及波形（a=30）
1.4主電路原理說明
此處說明單相橋式整流電路整流橋的原理，vt1、vt4承受正向電壓，若在觸發角α處給vt1、vt4加觸發脈衝，vt1、vt4導通，電流從電源a端經vt1、負載、vt4流回電源b端。當u2過零時，流經閘流體的電流也降到零，vt1和vt4關斷。在電源電壓u2負半周期間，仍在觸發延遲角α處觸發vt2和vt3， vt2和vt3導通，電流從電源b端流出，經過vt3、r、vt2流回電源a端。
到u2過零時，電流又降為零，vt2和vt3關斷。此後又是vt1和vt4導通，如此迴圈的工作下去。該電路的移向範圍是0―π。
另外，由於該整流電路帶的是反電動勢負載，因而不是正半軸的任意時刻都能開通閘流體的，要開通閘流體必須在交流電瞬時值大於e的時候去觸發。提前觸發的話，閘流體會在e的作用下承受反向電壓，無法導通。
使用in4007時則為0度橋式整流電路，輸出的是脈動的直流。
1.5整流電路引數的計算
通過這個計算我們可以更好的理解單相橋式整流電路，這裡應該用閘流體來說明，但
實際實物用in4007。
1）整流輸出電壓的平均值可按下式計算
1-1）當α=0時，就是這裡我們使用in4007整流的情況。=0.9*（=12v）
=10.8v。但是又經過濾波和7805穩壓最後加在負載的電壓實際是5v。
2）限流電阻的計算
負載電壓是5v，一般發光二極體的正向壓降是1.4~2.1v，正向工作電流是5~20ma,所以限流電阻可按下式計算，
r=（負載電壓-正向壓降）/(正向工作電流1-2）
取1k歐左右比較合適，這裡我們選取1k.
2元器件的選擇
2.1整流二極體in4007的介紹
此次設計本應該用閘流體，但出於成本的考慮，我們選用了in4007代替。利用二極體單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈衝直流電。1n4007的主要引數：
1、最大整流電流
最大整流電流是指二極體長期連續工作時允許通過的最大正向電流值，其值與pn結面積及外部散熱條件等有關。因為電流通過管子時會使管芯發熱，溫度上公升，溫度超過容許限度（矽管為141左右，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以在規定散熱條件下，二極體使用中不要超過二極體最大整流電流值。
例如，常用的in4001－4007型鍺二極體的額定正向工作電流為1a。
2、最高反向工作電壓
最高反向工作電壓加在二極體兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向導電能力。為了保證使用安全，規定了最高反向工作電壓值。例如，in4001二極體反向耐壓為50v，in4007反向耐壓為1000v。
3、反向電流
反向電流是指二極體在規定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極體的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導電性能越好。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關係，大約溫度每公升高10℃，反向電流增大一倍。
例如2ap1型鍺二極體，在25℃時反向電流若為250ua，溫度公升高到35℃，反向電流將上公升到500ua，依此類推，在75℃時，它的反向電流已達8ma，不僅失去了單方向導電特性，還會使管子過熱而損壞。又如，2cp10型矽二極體，25℃時反向電流僅為5ua，溫度公升高到75℃時，反向電流也不過160ua。故矽二極體比鍺二極體在高溫下具有較好的穩定性。
2.2穩壓電路7805的選取
三端穩壓積體電路lm7805。電子產品中，常見的三端穩壓積體電路有正電壓輸出的lm78 ×× 系列和負電壓輸出的lm79××系列。顧名思義，三端ic是指這種穩壓用的積體電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。
它的樣子象是普通的三極體，to- 220 的標準封裝，也有lm9013樣子的to-92封裝。在實際應用中，應在三端整合穩壓電路上安裝足夠大的散熱器，當穩壓管溫度過高時，穩壓效能將變差，甚至損壞。（當然小功率的條件下不用，因為此次我們不用長時間給它供電，讓其執行，所以沒加散熱片），7805可以將整流的12v直流經過穩壓到5v。
一般穩壓輸入大於輸出3v以上比較好，我們的設計完全滿足要求。
圖2-1 lm7805實物圖
7805引腳正確的順序：1腳接輸入，2腳接地，3腳接輸出。（如圖從左往右）
2.3變壓器的選取
變壓器是一種靜止的裝置，它是依靠磁耦合的作用，將一種等級的電壓與電流轉換為另一種等級的電壓與電流，起著傳遞電能的作用。
單相橋式全控整流電路，此次整流的是12v交流電，所以選取市面上220v/12v的變壓器。
3保護電路的設計
相對於電機和繼電器，接觸器等控制器而言，電力電子器件承受過電流和過電壓的能力較差，短時間的過電流和過電壓就會把器件損壞。但又不能完全根據裝置執行時可能出現的暫時過電流和過電壓的數值來確定器件引數，必須充分發揮器件應有的過載能力。因此，保護就成為提高電力電子裝置執行可靠性必不可少的重要環節。
3.1 過電壓保護
電源側過電壓電力電子裝置一般都經變壓器與交流電網連線，電源變壓器的繞組與繞組、繞組與地中間都存在著分布電容，如圖4-1所示：
圖4-1 分布電容
該電路中變壓器為降壓型，即電源電壓u高於變壓器次級電壓。電源開關斷開時，初、次級繞組均無電壓，繞組間分布電容電壓也為0，當電源合閘時，由於電容兩端電壓不能突變，電源電壓通過電容加在變壓器次級，使得變壓器次級電壓超出正常值，它所連線的電力電子裝置將受到過電壓的衝擊。
在進行電源拉閘斷電是也會造成過電壓，在通電的狀態將電源開關斷開使激磁電流從一定得數值迅速下降到0，由於激磁電感的作用電流的劇烈變化將產生較大的感應電壓，因為電壓為ldi/dt，在電感一定得情況下，電流的變換越大，產生的過電壓也越大。這個電壓的大小與拉閘瞬間電流的引數值有關，在正弦電流的最大值時斷開電源，產生的di/dt最大，過電壓也就越大。可見，合閘時出現的過電壓和拉閘時出現的過電壓其產生的機理是完全不同的。
3. 2過電流保護
電力電子電路中的電流瞬時值超過設計的最大允許值，即為過電流。過電流有過載和短路兩種情況。在該電路的過電流保護中均採用熔斷器，給每個in4007串聯乙個熔斷器。
雖然這樣所用熔斷器較多，但由於流過二極體的電流有效值相對於負載電流有效值和電源二次側電流有效值來說較小，等價條件下產生熱量最少，同時熔斷器**很便宜，故這樣設計過電流保護電路比較經濟。由於時間緊張，手頭沒有熔斷器，所以電路中沒加入，在以後實際的設計中要加入。
3.3放電保護
由於電容在通電過程中會儲存能量，當斷電時，不能立即釋放完能量，所以斷電的時候，過一會才會熄滅發光二極體。需要在電容後接的負載要重一些，我們此次用電位器來調節電阻負載，調節合適，就可以斷電，立即熄滅發光二極體。
4 **分析與除錯
4 .1建立**模型
在電力電子設計過程中利用proteus來進行**建模分析有很大的好處，它不但非常方便而且能夠在很大程度範圍內減少因設計問題而造成的浪費。
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一 分組要求 每班分八組，每組設一名組長，每位成員需要負責一項工作。二 報告要求 1.格式 見附表 2.進度 自2013.12.1.至2013.12.20收集資料，畫出設計電路並求出各種資料，寫出設計報告，傳送至教師郵箱。自2013.12.21至2013.12.27檢查並修改設計。三 相關問題 1....