電力電子課程設(shè)計(jì)--三相全控橋式整流器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 &l

2、t;/p><p>　　題 目: 三相全控橋式整流器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　1. 晶閘管、電阻、滑動(dòng)變阻器、電容和二極管數(shù)個(gè)，大電感一個(gè)，導(dǎo)線若干；</p><p>　　2. 三相電源及變壓器；</p

3、><p>　　J004芯片3塊和KJ041芯片1塊；</p><p>　　要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p><p>　　三相橋式全控整流帶反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載主電路設(shè)計(jì)，原理說明；</p><p>　　觸發(fā)電路設(shè)計(jì)及其原理分析；</p><p>　　保護(hù)電路設(shè)計(jì)，過電流

4、保護(hù)，過電壓保護(hù)原理分析；</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)定與計(jì)算；</b></p><p>　　(包括觸發(fā)角的選擇，輸出平均電壓，輸出平均電流，輸出有功功率計(jì)算，輸出波形分析，器件額定參數(shù)確定等)</p><p><b>　　應(yīng)用舉例；</b></p><p><b>　　心得體會(huì)。

5、</b></p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　摘要</b&

6、gt;</p><p>　　整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與

7、直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。整流電路的種類有很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。</p><p>　　本次三相橋式電路整流器的設(shè)計(jì)采用的是三相全控橋整流電路，電路設(shè)計(jì)在帶阻感負(fù)載下完成。系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)任務(wù)主要包括，三相橋式整流器主電路設(shè)計(jì)，晶閘管相控觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，過電流和過

8、電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)三個(gè)部分，因而整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就大體從這三個(gè)電路部分來設(shè)計(jì)完成。</p><p>　　關(guān)鍵詞：整流，變壓，觸發(fā)，過電壓，保護(hù)電路。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 任務(wù)分析1</b></p><p>　　2.三相全控橋式主電路的設(shè)計(jì)2<

9、;/p><p>　　2.1 主電路原理分析2</p><p>　　2.1.1主電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1.2主電路工作原理說明3</p><p>　　2.2 整流變壓器設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2.1設(shè)計(jì)原理7</p><p>　　2.2.2 整流變壓器的參數(shù)計(jì)算及選擇

10、7</p><p>　　2.3整流元件的設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.4平波電抗器參數(shù)選擇9</p><p>　　3 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 觸發(fā)電路選擇11</p><p>　　3.2 觸發(fā)電路的基本組成環(huán)節(jié)11</p><p>　　3.3 觸發(fā)電路的工作原理

11、圖11</p><p>　　3.4觸發(fā)電路總述12</p><p>　　3.5 基本環(huán)節(jié)的工作原理13</p><p>　　3.5.1 鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)13</p><p>　　3.5.2 脈沖形成，整形放大和輸出環(huán)節(jié)16</p><p>　　3.5.3 強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖形成環(huán)節(jié)17</p&

12、gt;<p>　　3.5.4 觸發(fā)電路的工作波形18</p><p>　　4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1.1 交流側(cè)過電壓保護(hù)19</p><p>　　4.1.2 直流側(cè)過電壓保護(hù)21</p><p>　　4.1.3晶閘管換相過

13、電壓保護(hù)21</p><p>　　4.3緩沖電路22</p><p>　　4.3.1電流上升率的限制22</p><p>　　4.3.2電壓上升率的限制23</p><p><b>　　5心得與體會(huì)24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b>&l

14、t;/p><p>　　三相橋式整流電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1. 任務(wù)分析</b></p><p>　　題目是三相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)。而三相橋式整流電路作用是給直流電動(dòng)機(jī)供電，可以知道這是一個(gè)交流到直流的變換電路，即整流電路。直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載可以看成是三相全控橋式電路接一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，由此可以得出此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)三相全控橋式晶

15、閘管整流電路實(shí)現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換，且保證輸出的直流電壓和電流能使電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)即可。然后分別對(duì)主電路及觸發(fā)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　主電路的設(shè)計(jì)主要包括整流變壓器的選取、整流元件的選擇及平波電抗器的選擇，觸發(fā)電路根據(jù)TC787進(jìn)行設(shè)計(jì)</p><p>　　2.三相全控橋式主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 主電路原理分析</p>

16、<p>　　2.1.1主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　主電路的設(shè)計(jì)圖如圖1所示，將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1、VT3、 VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、VT5， 共陽極組中與a、b、c三相電源相

17、接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。從后面的分析可知，按此編號(hào)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。</p><p><b>　　圖1主電路原理圖</b></p><p>　　2.1.2主電路工作原理說明</p><p>　　整流電路的負(fù)載可看作帶反電動(dòng)勢(shì)的阻感負(fù)載。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，這種情

18、況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角α=0o時(shí)的情況。此時(shí)，對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽極組的3個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低（或者說負(fù)得最多）的一個(gè)導(dǎo)通。這樣，任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。此時(shí)電路工作波形如圖2所示。</p><p>　　圖2 反電動(dòng)勢(shì)α=0o時(shí)波形</p><p>　　α=0

19、o時(shí)，各晶閘管均在自然換相點(diǎn)處換相。由圖中變壓器二繞組相電壓與線電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系看出，各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)。在分析ud的波形時(shí)，既可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點(diǎn)n為參考點(diǎn)，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓 ud1為相電壓在正半周的包絡(luò)線；共陽極組導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓ud2為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓ud = ud1－ud2是兩條包絡(luò)線間的差

20、值，將其對(duì)應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。</p><p>　　直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的最大（正得最多）的相電壓，而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的是最小（負(fù)得最多）的相電壓，輸出整流電壓 ud為這兩個(gè)相電壓相減，是線電壓中最大的一個(gè)，因此輸出整流電壓ud波形為線電壓在正半周的包絡(luò)線。</p><p>　　由于負(fù)載端接得有電感且電感的阻值趨于無

21、窮大，電感對(duì)電流變化有抗拒作用。流過電感器件的電流變化時(shí)，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Li，它的極性事阻止電流變化的。當(dāng)電流增加時(shí)，它的極性阻止電流增加，當(dāng)電流減小時(shí)，它的極性反過來阻止電流減小。電感的這種作用使得電流波形變得平直，電感無窮大時(shí)趨于一條平直的直線。</p><p>　　為了說明各晶閘管的工作的情況，將波形中的一個(gè)周期等分為6段，每段為60o，如圖2所示，每一段中導(dǎo)通的晶閘管及輸出整流電壓的情況如表所示。

22、由該表可見，6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。</p><p>　　表1 三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α=0o時(shí)晶閘管工作情況</p><p>　　圖3 給出了α=30o時(shí)的波形。從ωt1角開始把一個(gè)周期等分為6段，每段為60o與α＝0o時(shí)的情況相比，一周期中ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表1的規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管

23、起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30o,組成 ud 的每一段線電壓因此推遲30o，ud平均值降低。晶閘管電壓波形也相應(yīng)發(fā)生變化如圖所示。圖中同時(shí)給出了變壓器二次側(cè)a相電流 ia 的波形，該波形的特點(diǎn)是，在VT1處于通態(tài)的120o期間，ia為正，由于大電感的作用，ia波形的形狀近似為一條直線，在VT4處于通態(tài)的120o期間，ia波形的形狀也近似為一條直線，但為負(fù)值。</p><p>　　圖

24、3 α=30o時(shí)的波形</p><p>　　由以上分析可見，當(dāng)α≤60o時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于帶大電感的反電動(dòng)勢(shì)，id波形由于電感的作用為一條平滑的直線并且也連續(xù)。當(dāng)α＞60o時(shí)，如α＝90o時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖4所示，ud平均值繼續(xù)降低，由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻，使得ud的值出現(xiàn)負(fù)值，當(dāng)電感足夠大時(shí)，ud中正負(fù)面積基本相等，ud平均值近似為零。這說明帶阻感的反電動(dòng)勢(shì)的三相橋式全控整流電路的

25、α角的移相范圍為90度。</p><p>　　圖4 α＝90o時(shí)的波形</p><p>　　2.2 整流變壓器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.2.1設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　題目中整流變壓器一，二次線電壓分別為380V和220可知，供電電壓為380V市電電壓，而整流電路的負(fù)載是額定電壓值為220V的直流

26、電動(dòng)機(jī)，同時(shí)題目性能要求整流輸出直流電壓為0~220V，所以整流電路的輸入電壓最大值應(yīng)為220V，實(shí)現(xiàn)380V電壓到220V的電壓可以使用合適型號(hào)的變壓器實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用即選用合適的變壓器實(shí)現(xiàn)降壓。而整流電路通常都是采用變壓器實(shí)現(xiàn)降壓，變壓器不但可以實(shí)現(xiàn)降壓而且還多用來作為隔離電路，由于晶閘管整流電路會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染等負(fù)面影響，所以設(shè)計(jì)電路時(shí)也需要隔離電路以減小影響，在本設(shè)計(jì)中變壓器可以減弱晶閘管整流電路對(duì)電網(wǎng)以及其他用電設(shè)備的干擾

27、起到隔離作用降低晶閘管電路的負(fù)面影響。</p><p>　　2.2.2 整流變壓器的參數(shù)計(jì)算及選擇</p><p>　　變壓器一次側(cè)線電壓為380V，二次側(cè)線電壓為220V，變壓器一、二次側(cè)采用連接方式，。 </p><p>　　代入數(shù)值： </p><p>　　式中、為一、二次側(cè)線圈匝數(shù)比，、為一、

28、二次側(cè)相電壓值。</p><p>　　對(duì)于三相橋式全控電路，變壓器一、二次側(cè)采用連接方式時(shí)，接電動(dòng)機(jī)負(fù)載，電路中接入平波電抗器電感足夠大以使負(fù)載電流連續(xù)，此時(shí)變壓器二次側(cè)電流為正負(fù)半周各寬、前沿相差的矩形波，其有效值為：</p><p>　　由已知直流電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)，則計(jì)算變壓器容量時(shí)可取</p><p>　　即： </p

29、><p>　　一次側(cè)電流為： </p><p>　　變壓器一次側(cè)容量為：</p><p>　　變壓器二次側(cè)容量為：</p><p>　　故可選擇電壓器容量為：</p><p>　　可以選擇型號(hào)為，的變壓器。</p><p>　　2.3整流元件的設(shè)計(jì)</p><p

30、>　　由于晶閘管具有耐壓性好，經(jīng)濟(jì)性好，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用六個(gè)晶閘管組成三相全控整流電路，根據(jù)性能指標(biāo)要求整流電路輸出最大直流電流為：</p><p>　　由此可以得出流過每個(gè)晶閘管的電流有效值為：</p><p>　　考慮安全裕量，晶閘管的額定電流為：</p><p>　　晶閘管承受的最大反向電壓等于變壓器二次線電壓的峰值：</p>&

31、lt;p>　　可選晶閘管的額定電壓 ： </p><p>　　綜上所述，選定額為A，V的晶閘管作為整流器件，可采用KP500A系列的晶閘管，其A，通態(tài)平均電壓上限值由各制造廠根據(jù)合格的形式試驗(yàn)給出。</p><p>　　2.4平波電抗器參數(shù)選擇</p><p>　　在使用晶閘管整流裝置供電時(shí)，其供電電壓和電流中，含有各種諧波成份。當(dāng)控制角增大，負(fù)載電流減小到一

32、定程度時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生電流斷續(xù)現(xiàn)象，造成對(duì)變流器特性的不利影響。當(dāng)負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電流斷續(xù)和直流電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通角減小，整流器等效內(nèi)阻增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，換相條件惡化，并且增加電動(dòng)機(jī)的損耗。因此，除在設(shè)計(jì)變流裝置時(shí)要適當(dāng)增大晶閘管和二極管的容量，選擇適于變流器供電的特殊系列的直流電動(dòng)機(jī)外，通常還采用在直流電路內(nèi)串接平波電抗器，以限制電流的脈動(dòng)分量，維持電流連續(xù)。</p><p>　　根據(jù)設(shè)

33、計(jì)性能指標(biāo)要求，保證電流連續(xù)的最小電流為20A，則電抗器的電感計(jì)算為：</p><p>　　式中：為變壓器二次側(cè)線電壓有效值。</p><p>　　為要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值。</p><p>　　為與整流主電路有關(guān)的計(jì)算系數(shù)。</p><p>　　對(duì)于不同的控制角，所需的平波電抗器的電感量計(jì)算公式為：</p><p&

34、gt;　　式中：為變壓器二次側(cè)電壓有效值取127V，由設(shè)計(jì)要求知，為與整流電路有關(guān)的計(jì)算系數(shù)，三相全控橋式電路，計(jì)算時(shí)取，代入相關(guān)參數(shù)可以計(jì)算出電路所需的最大電感值為：</p><p>　　整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感為：</p><p>　　式中：為變壓器次級(jí)相電壓有效值。</p><p>　　為整流電路額定輸出電流平均值。</p>&

35、lt;p>　　為變壓器的短路比，的變壓器。</p><p>　　為與整流主電路形式有關(guān)的計(jì)算系數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)電路中，由設(shè)計(jì)要求知：，變壓器短路比?。?，計(jì)算系數(shù)?。?，將各參數(shù)代入計(jì)算公式得：</p><p>　　忽略電動(dòng)機(jī)參數(shù)知電樞電感。根據(jù)上述計(jì)算可得出平波電抗器的大致電感為：</p><p><b>　　代

36、入各電感參數(shù)得：</b></p><p>　　選擇具體平波電抗器時(shí)應(yīng)選擇電感值比上述計(jì)算得出的電感值L大的平波電抗?？蛇x5mH電感作為平波電抗器。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，負(fù)載電阻為0.05Ω，反電動(dòng)勢(shì)為100v所以，根據(jù)公式得到平均輸出電流為：所以輸出平均電壓為：</p><p><b>　　輸出有功功率為：</b><

37、;/p><p><b>　　3 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 觸發(fā)電路選擇</p><p>　　要使晶閘管開始導(dǎo)通，必須施加觸發(fā)脈沖，在晶閘管觸發(fā)電路中必須有觸發(fā)電路，觸發(fā)電路性能的好壞直接影響晶閘管電路工作的可靠性，也影響系統(tǒng)的控制精度，正確設(shè)計(jì)觸發(fā)電路是晶閘管電路應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)任務(wù)要求觸發(fā)電路采用分立元件，所以采用同步

38、信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路。它不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)與波形畸變的直接影響，抗干擾能力強(qiáng)，移相范圍寬，具有強(qiáng)觸發(fā)，雙脈沖和脈沖封鎖等環(huán)節(jié)。本方案性能價(jià)格比優(yōu)越，每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)間隔的脈沖的電路，因此也叫雙脈沖電路。</p><p>　　3.2 觸發(fā)電路的基本組成環(huán)節(jié)</p><p>　　觸發(fā)電路有三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)，脈沖形成、整形放大和輸出環(huán)節(jié)，強(qiáng)觸發(fā)和雙脈

39、沖輸出環(huán)節(jié)。</p><p>　　3.3 觸發(fā)電路的工作原理圖</p><p>　　圖5 觸發(fā)電路原理圖</p><p><b>　　3.4觸發(fā)電路總述</b></p><p>　　本次相控觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)采用3個(gè)KJ004集成塊、一個(gè)KJ041集成塊以及若干電阻、電容和電位器來組成，其電路圖如圖6所示，其中由KJ004和

40、KJ041電路即可形成6路雙</p><p>　　脈沖，再通過6個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，即形成了完整的觸發(fā)脈沖信號(hào)。而KJ041集成塊內(nèi)部實(shí)際是由12個(gè)二極管構(gòu)成的6個(gè)或門，其作用是將6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為6路雙脈沖輸出。本次三相橋式整流電路的觸發(fā)角，這可以通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的可變電阻器來獲得。</p><p>　　圖6 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路</p><p>

41、　　3.5 基本環(huán)節(jié)的工作原理</p><p>　　3.5.1 鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)</p><p>　　圖 7 鋸齒波同步移向電路</p><p>　　鋸齒波同步移相的原理是利用受正弦同步信號(hào)電壓控制的鋸齒波電壓作為同步電壓，再與直流控制電壓與直流偏移電壓組成并聯(lián)控制，進(jìn)行電流疊加，去控制晶體管的截止與飽和導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)的。</p><p&

42、gt;　　圖7所示為恒流源電路方案，由、、和等無件組成，其中、、和為一恒流源電路。</p><p>　　當(dāng)截止時(shí)，恒流源電流對(duì)電容充電，所以兩端電壓為</p><p><b>　　==</b></p><p>　　按線性增長，即的基極電位按線性增攻。調(diào)節(jié)電位器，即改變的恒定充電流，可見是用來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。</p><p&

43、gt;　　當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，由于阻值很小，所以迅速放電，使電位迅速降到零伏附近周期性的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，便形成了一個(gè)鋸齒波，同樣也是鋸齒波電壓，如圖7所示。射極跟隨器的作用是減小控制回路的電流對(duì)鋸齒波電壓的影響。</p><p>　　管的基極電位由鋸齒波電壓、直流控制電壓,直流偏移電壓三個(gè)電壓作用的疊加值所確定，它們分別通過電阻和與基極相接。</p><p>　　設(shè)為鋸齒波電壓單獨(dú)作用在基極時(shí)的電壓，

44、其值為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　可見仍為一鋸齒波，但斜率比低。同理偏移電壓單獨(dú)作用時(shí)的電壓為：</p><p>　　可見仍為一條與平行的直線，但絕對(duì)值比小。</p><p>　　直流控制電壓單獨(dú)作用時(shí)的電壓為：</p><p><b>　　=</

45、b></p><p>　　可見仍為與平行的一直線，但絕對(duì)值比小。</p><p>　　如果=0,為負(fù)值時(shí),點(diǎn)的波形由確定，如圖2-5所示。當(dāng)為正值時(shí)，點(diǎn)的波形由確定。由于的存在，上述電壓波形與實(shí)際波形有出入，當(dāng)點(diǎn)電壓等于0.7V后，導(dǎo)通。之后一直被鉗位在0.7V。所以實(shí)際波形如圖2-5所示。圖中M點(diǎn)是由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由前面分析可知經(jīng)過M點(diǎn)時(shí)使電路輸出脈沖。因此當(dāng)為固定值時(shí),改變

46、便可改變M點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，即改變了脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，脈沖被移相。可見，加的目的是為了確定控制電壓=0時(shí)脈沖的初始相位。當(dāng)接阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)三項(xiàng)全控橋的脈沖初始相位應(yīng)定在=90度;如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，這時(shí)要求脈沖的移相范圍理論上為180度，由于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于180度，例如240度，此時(shí)，令=0，調(diào)節(jié)的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波240度地的中央(120度)，對(duì)應(yīng)于=90度的位置。這

47、時(shí)，如為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角<90度，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)；如為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角>90度，晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。</p><p>　　在鋸齒波同步的觸發(fā)電路中，觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。從圖7可知，鋸齒波是由開關(guān)管來控制的。由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度，開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈

48、沖與主電路電源同步，使開關(guān)的頻率與主電路電源頻率同步就可達(dá)到。如圖7中的同步環(huán)節(jié)，是有同步變壓器TS和作同步開關(guān)用的晶體管組成的。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來控制的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。</p><p>　　同步變壓器TS二次電壓經(jīng)二極管間接加在的基極上。當(dāng)二次電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí)，導(dǎo)通，電容被迅速充電。因O點(diǎn)接地為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，Q點(diǎn)電位與R

49、點(diǎn)相近，故在這一階段基極為反向偏置，截止。在負(fù)半周的上升段，+電源通過給電容反向充電,為電容反向充電波形，其上升速度比波形慢，故截止，如圖7所示。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V.直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來時(shí)，重新導(dǎo)通，迅速放電后又被充電，截止。如此周而復(fù)始。在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，包括截止和導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期,與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的?？梢钥闯?，Q點(diǎn)電位從同步電壓

50、負(fù)半周上升段開始時(shí)刻到達(dá)1.4V的時(shí)間越長，截止時(shí)間就越長，鋸齒波就越寬?？芍忼X波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)決定的。</p><p>　　3.5.2 脈沖形成，整形放大和輸出環(huán)節(jié)</p><p>　　脈沖形成環(huán)節(jié)由晶閘管、組成，、起脈沖放大作用。控制電壓加在基極上，電路的觸發(fā)脈沖有脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，起一次繞組接在集電極電路中。</p><p>　　當(dāng)控制電壓=

51、0時(shí)，截止。+（+15V）電源通過供給一個(gè)足夠大的基極電流，使飽和導(dǎo)通，所以的集電極電壓接近于-(-15V)。、處于截止?fàn)顟B(tài)，無脈沖輸出。另外，電源的+(15V)經(jīng)、發(fā)射結(jié)到-(-15V)，對(duì)電容充電，充滿后電容兩端電壓接近2 (30V),極性如圖8所示:</p><p><b>　　圖8脈沖形成電路</b></p><p>　　當(dāng)控制電壓近似等于0.7V時(shí)，導(dǎo)通，A

52、點(diǎn)電位由+(+15V)迅速降低至1.0V左右，由于電容兩端電壓不能突變，所以基極電位迅速將至約-2E1(-30V),由于發(fā)射結(jié)反偏置，立即截止。它的集電極電壓由-(-15V)迅速上升到鉗位電壓+2.1V（、、三個(gè)PN結(jié)正向壓降之和），于是、導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。同時(shí)，電容經(jīng)電源+、、、放電和反向充電，使基極電位又逐漸上升，直到>-(-15V),又重新導(dǎo)通。這時(shí)又立即將到-,使、截止，輸出脈沖終止。可見，脈沖前沿由導(dǎo)通時(shí)刻確定，(或)

53、截止持續(xù)時(shí)間即為脈沖寬度。所以脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)有關(guān)。</p><p>　　3.5.3 強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖形成環(huán)節(jié)</p><p><b>　　圖9強(qiáng)脈沖觸發(fā)電路</b></p><p>　　強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)有單相橋式整流獲得近似50V直流電壓作電源，在導(dǎo)通前，50V電源經(jīng)對(duì)充電，N點(diǎn)電位為50V。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)，與迅速放電，由

54、于放電回路電阻很小，N點(diǎn)電位迅速下降，當(dāng)N點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí)，導(dǎo)通，脈沖變壓器TP改由+15V穩(wěn)壓電源供電。這時(shí)雖然50V電源也在向再充電使它電壓回升，但由于充電回路時(shí)間常數(shù)較大，N點(diǎn)電位只能被15V電源鉗位在14.3V。電容的作用是為了提高強(qiáng)觸發(fā)脈沖前沿。加強(qiáng)觸發(fā)后，脈沖變壓器TP一次電壓 近似如圖9所示。</p><p>　　如圖8中、兩個(gè)晶體管構(gòu)成一個(gè)“或”門。當(dāng)、都導(dǎo)通時(shí),約為-15V，使、都截止

55、，沒有脈沖輸出。但只要、中有一個(gè)截止，都會(huì)使變?yōu)檎妷海埂?dǎo)通，就有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘?hào)來控制或的截止（前后間隔60度），就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。其中，第一個(gè)脈沖有本相觸發(fā)單元的對(duì)應(yīng)的控制角所產(chǎn)生，使由截止變?yōu)閷?dǎo)通造成瞬間截止，于是輸出脈沖。相隔60度的第二個(gè)脈沖是由滯后60度相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生，在其生成第一個(gè)脈沖時(shí)刻將其信號(hào)引至本相觸發(fā)單元的基極，使瞬時(shí)截止，與是本相觸發(fā)單元的管又導(dǎo)通，第二次輸出一個(gè)脈沖，因而得

56、到間隔60度的雙脈沖。其中和的作用，主要是防止雙脈沖信號(hào)相互干擾。</p><p>　　在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6，相鄰器件成雙接通。接線方式為VT1的Y端接VT2的X端，VT1的X段接VT6的Y端。以此類推，可以確定六個(gè)器件相應(yīng)觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的相互接線。</p><p>　　3.5.4 觸發(fā)電路的工作波形</

57、p><p>　　圖10觸發(fā)電路波形圖</p><p>　　鋸齒波寬度有充電時(shí)間常數(shù)決定。 脈沖寬度由時(shí)間常數(shù)決定。</p><p><b>　　4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　在整流電路中，電路中的電壓會(huì)有波動(dòng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)比較大的暫態(tài)過電壓，

58、這時(shí)出現(xiàn)的高電壓就有可能超過晶閘管的能夠正常工作的承受電壓，可能發(fā)生晶閘管被擊穿，失去控制進(jìn)一步造成整流失敗，可能會(huì)對(duì)供電電路以及供電設(shè)備產(chǎn)生很大的不良影響，可能造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，所以在設(shè)計(jì)使用晶閘管的整流電路時(shí)一定要注意設(shè)計(jì)保護(hù)電路以使晶閘管能夠安全正常的工作。通常情況下常采用三種措施抑制暫態(tài)過電壓：交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元器件保護(hù)3種。</p><p>　　4.1.1 交流側(cè)過電壓保護(hù)</p>

59、<p>　　交流側(cè)過電壓一般都是外因過電壓，在抑制外因過電壓的措施中，采用RC過電壓抑制電路是最為常見的。通常是在變壓器次級(jí)(元件側(cè))并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能而儲(chǔ)存起來。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的振蕩。當(dāng)整流器容量較大時(shí)，RC電路也可以接在變壓器的電源側(cè)。其電路圖如圖11所示。</p><p>　　圖1

60、1 阻容過電壓保護(hù)電路</p><p><b>　　RC參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　變壓器每相平均計(jì)算容量為</p><p><b>　?。?）電容器的計(jì)算</b></p><p><b>　　取=100uF。</b></p><p>&l

61、t;b>　　電容器的耐壓值為</b></p><p>　　取300。故選擇參數(shù)為100uF，300V的電容。</p><p><b>　?。?）電阻值計(jì)算</b></p><p>　　考慮到所取電容已大于計(jì)算值，故電阻可適當(dāng)取小些。取0.5。</p><p>　　正常工作時(shí)，RC支路始終有交流電流過，過

62、電壓總是短暫的，所以可按長期發(fā)熱來確定電阻的功率。RC支路電流可由以下式子確定，即</p><p><b>　　電阻的功率為</b></p><p>　　故選用0.5，80的電阻。</p><p>　　式中 ―變壓器每相平均計(jì)算容量。</p><p>　　―變壓器二次相電壓有效值。</p><p&g

63、t;　　―勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，101000KVA的變壓器對(duì)應(yīng)。 </p><p>　　―變壓器的短路比，當(dāng)變壓器容量為10~1000時(shí)，=5~10。</p><p>　　，―當(dāng)正常工作時(shí)電流電壓的有效值。</p><p>　　4.1.2 直流側(cè)過電壓保護(hù)</p><p>　　整流電路所帶負(fù)載是直流電動(dòng)機(jī)即電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，電動(dòng)機(jī)有時(shí)可能會(huì)處于

64、發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生較大過電壓，所以電路中應(yīng)加入保護(hù)電路消除其產(chǎn)生過電壓時(shí)的不利影響，通常采用將電容電阻串聯(lián)電路與負(fù)載并聯(lián)，其計(jì)算參數(shù)同交流側(cè)過電壓保護(hù)。</p><p>　　圖12 直流側(cè)保護(hù)接線示意圖</p><p>　　4.1.3晶閘管換相過電壓保護(hù)</p><p>　　晶閘管開關(guān)過程可能的過電壓主要為換相過電壓，全控型器件在較高頻率下工作時(shí)還存在關(guān)斷過電壓，對(duì)于換相

65、過電壓通常采用RC過電壓抑制電路，通常形式是電阻電容串聯(lián)后與晶閘管并聯(lián)，一般連接形式如圖13</p><p>　　圖13 晶閘管換相過電壓保護(hù)電路圖</p><p><b>　　電容C的選擇為</b></p><p>　　取C=1uF，電阻一般取5。</p><p><b>　　4.3緩沖電路</b>

66、;</p><p>　　4.3.1電流上升率的限制</p><p>　　晶閘管在導(dǎo)通的初瞬，電流主要集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后隨著時(shí)間的增長才逐漸擴(kuò)大到整個(gè)陰極面。此過程需幾微秒到幾十微秒。若導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，會(huì)引起門極附近過熱，導(dǎo)致PN結(jié)擊穿使元件損壞。因此必須把限制在最大允許范圍內(nèi)。</p><p>　　產(chǎn)生過大的可能原因有：

67、在晶閘管換相過程中相當(dāng)于交流側(cè)線電壓短路，因交流側(cè)阻容保護(hù)的電容放電造成過大；晶閘管換相時(shí)因直流側(cè)整流電壓突然增高，對(duì)阻容保護(hù)電容進(jìn)行充電造成過大。通常，限制的措施主要有：1、在晶閘管陽極回路串入電感。2、采用整流式阻容吸收裝置。本設(shè)計(jì)采用的是第一種方法。的計(jì)算公式為：</p><p>　　式中 ―交流電壓的峰值</p><p>　　―晶閘管通態(tài)電流臨界上升率。</p>&

68、lt;p>　　此設(shè)計(jì)的，根據(jù)所選晶閘管的型號(hào)，可以根據(jù)相應(yīng)的工程手冊(cè)查到晶閘管通態(tài)電流臨界上升率，將以上參數(shù)代入，得：</p><p>　　取稍微大一些，即取。</p><p>　　4.3.2電壓上升率的限制</p><p>　　處于阻斷狀態(tài)下晶閘管的結(jié)面相當(dāng)于一個(gè)結(jié)電容，當(dāng)加到晶閘管上的正向電壓上升率過大時(shí)，會(huì)使流過結(jié)面的充電電流過大，起了觸發(fā)電流的作用，造

69、成晶閘管誤導(dǎo)通。從而引起較大稍微浪涌電流，損壞快速熔斷器或晶閘管。因此對(duì)也必須予以限制，使之小于晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率。一般來自交流側(cè)或者晶閘管換相。</p><p>　　對(duì)于交流側(cè)產(chǎn)生的：對(duì)于帶有整流變壓器和交流側(cè)阻容保護(hù)的交流裝置，因變壓器漏電感和交流側(cè)RC吸收電路組成了濾波環(huán)節(jié)，使由交流電網(wǎng)入侵的前沿陡、幅值大的過電壓有較大衰減，并使作用于晶閘管的正向電壓上升率大為減小。對(duì)于晶閘管換相產(chǎn)生的影響比較小，

70、一般忽略不計(jì)。</p><p><b>　　5心得與體會(huì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，做的是三相橋式整流電路設(shè)計(jì)。從本次課程設(shè)計(jì)的目的來看，收獲是不少的。通過仔細(xì)審題和思考，我發(fā)現(xiàn)有很多東西要做，首先要解決的問題就是變壓器的選擇，因?yàn)橹皩?duì)變壓器的學(xué)習(xí)大多是理論很少涉及具體應(yīng)用選型，為此我從圖書館借了關(guān)于變壓器應(yīng)用的書籍彌補(bǔ)了自己在這反面的缺憾，再者主要

71、就是保護(hù)電路的設(shè)計(jì)部分，之前學(xué)習(xí)的保護(hù)電路大多是理論方面，而針對(duì)具體電路各種保護(hù)器件的選擇方法較少提到，所以我還是求助于圖書館同時(shí)也在網(wǎng)上論壇向別人求助解答，雖然得到的很多東西對(duì)現(xiàn)在的課程設(shè)計(jì)并不是很有用，我最終也找到了自己想要學(xué)習(xí)的部分知識(shí)。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)還遇到很多小的問題因?yàn)樽约褐R(shí)不牢固或者自己根本不懂在此去回顧課本或者借書或者求助于同學(xué)或則網(wǎng)絡(luò)。最終都解決掉了自己的疑惑。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)

72、后，覺得自己有一個(gè)不小的進(jìn)步。雖然有些方面有些不足，但通過閱讀相關(guān)書籍，學(xué)到了更好更多的東西。他們從另一個(gè)方面透析了自己的不足，這是很重要的，它讓我學(xué)會(huì)了怎樣學(xué)習(xí)別人的長處并把它變成自己的長處。</p><p>　　總之課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了好多能力，這些能力不是學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候可以得到的，比如查閱資料的能力，與人交流的能力，這些都是我們以后工作生活中必不可少的能力。</p><p><

73、;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王兆安，劉進(jìn)軍 《電力電子技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[2] 黃俊，秦祖蔭 《電力電子自關(guān)斷器件及電路》 機(jī)械工業(yè)出版社，1991</p><p>　　[3] 王維平 《現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用》 東南大學(xué)出版社，1999 </p><