電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---三相全控橋式晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　——三相全控橋式晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　許多機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的穩(wěn)態(tài)，動(dòng)態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期

2、內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用最廣泛的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)直流調(diào)速裝置，利用晶閘管三相全控橋式整流技術(shù)，結(jié)合集成觸發(fā)器芯片，組成晶閘管三相全控橋式整流直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要應(yīng)用的芯片是TCA787集成移相觸發(fā)控制芯片，實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)設(shè)計(jì)出完整的電氣原理圖，將分別介紹各個(gè)模塊的構(gòu)

3、成原理和使用方法。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 三相全控橋主電路設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1 整流變壓器設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1.1設(shè)計(jì)原理1</p><p>　　1.1.2 參數(shù)計(jì)算1</p><p>　　1.

4、2 整流電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　1.2.1 晶閘管參數(shù)計(jì)算2</p><p>　　1.2.2 晶閘管電路對(duì)電網(wǎng)的影響3</p><p>　　1.2.3 晶閘管電路對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)的影響4</p><p>　　1.3 平波電抗器的參數(shù)計(jì)算5</p><p>　　2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)6</p>

5、<p>　　2.1 觸發(fā)電路選擇6</p><p>　　2.2 TC787芯片介紹6</p><p>　　2.2.1 芯片介紹6</p><p>　　2.2.2管腳介紹7</p><p>　　2.3 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3.1原理說(shuō)明8</p><p>

6、　　2.3.2 同步信號(hào)的定相9</p><p>　　3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1.1 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)10</p><p>　　3.1.2 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)11</p><p>　　3.1.3 晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)11</p>

7、<p>　　3.2 過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3 緩沖電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.1 抑制電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.2 抑制電路設(shè)計(jì)12</p><p><b>　　設(shè)計(jì)心得13</b></p><p><b>　　

8、參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　附錄：三相橋式全控晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路總圖15</p><p>　　三相全控橋式晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1 三相全控橋主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 整流變壓器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.1.1設(shè)計(jì)原理&

9、lt;/b></p><p>　　由題目要求可知，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(lái)作為隔離電路，由于晶

10、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)備的干擾起到隔離作用降低晶閘管電路的負(fù)面影響。</p><p>　　1.1.2 參數(shù)計(jì)算</p><p>　　變壓器一次側(cè)電壓為380V，二次側(cè)電壓為220V，變壓器一、二次側(cè)采用連接方式，若不計(jì)變壓器的勵(lì)磁電流，則一、二次側(cè)電壓與變比關(guān)系為：<

11、;/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、二次側(cè)電壓值。</p><p>　　由于整流電路輸出結(jié)果并不是標(biāo)準(zhǔn)的幅值大小不變的正弦波，變壓器的電流、容量計(jì)算與電路連接形式有關(guān)，不過(guò)計(jì)算變壓器容量時(shí)我們可以取220V作為有效值計(jì)算。</p><p>　　對(duì)于三相

12、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><p>　　一次側(cè)電流為： &

13、lt;/p><p>　　故變壓器一次側(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>　　1.2 整流電路設(shè)計(jì) </p><p>　　1.2.1 晶閘管參數(shù)計(jì)算</p><p>　　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)，設(shè)計(jì)

14、采用六個(gè)晶閘管組成三相全控整流電路，下面計(jì)算晶閘管選型時(shí)所需參數(shù)：晶閘管額定電壓與額定電流，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>　　由于整流電路采用三相全控形式晶閘管有效值與的關(guān)系為：</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：</b></p><p>　　則晶閘管的額定電流為：</p><p

15、><b>　　代入數(shù)值計(jì)算得：</b></p><p>　　對(duì)于整流電路采用三相全控形式晶閘管承受的最大電壓為：</p><p>　　故晶閘管的額定電壓為：</p><p><b>　　代入數(shù)值計(jì)算得：</b></p><p>　　根據(jù)電路要求需選用六個(gè)晶閘管組成整流電路，按照上述晶閘管

16、參數(shù)計(jì)算選擇合適的晶閘管構(gòu)成整流電路。電路圖接線大致如下：</p><p>　　圖1 三相橋式整流主電路圖</p><p>　　1.2.2 晶閘管電路對(duì)電網(wǎng)的影響</p><p>　　理論分析學(xué)習(xí)時(shí)我們市場(chǎng)將晶閘管看做理想元件，但是在實(shí)際應(yīng)用中分析問(wèn)題時(shí)，我們不能將其看做理想元件，其有些負(fù)面影響是我們應(yīng)用時(shí)必須要考慮的。晶閘管電路對(duì)電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在諧波污染和無(wú)功

17、功率兩個(gè)方面：</p><p>　　晶閘管要消耗無(wú)功功率，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，主要表現(xiàn)為：</p><p>　　1.無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。</p><p>　　2.無(wú)功功率增加，會(huì)導(dǎo)致總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加。</p><p>　　3.無(wú)功功率是線路壓降增大，沖擊性無(wú)功負(fù)載還會(huì)導(dǎo)致電壓劇烈波動(dòng)

18、。</p><p>　　晶閘管會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害，主要表現(xiàn)為：</p><p>　　1.諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。</p><p>　　2.諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)熱，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、使絕緣老化

19、、壽命縮短以至損壞。</p><p>　　3.諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會(huì)使上述1)和2)兩項(xiàng)的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。</p><p>　　4.諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并使電氣測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)確。</p><p>　　5. 諧波會(huì)對(duì)臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法

20、正常工作。</p><p>　　由于公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)本身都會(huì)造成很大的危害，世界許多國(guó)家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。制定這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的基本原則是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電網(wǎng)諧波電壓控制在允許的范圍內(nèi)，使接在電網(wǎng)中的電氣設(shè)備能免受諧波干擾而正常工作。</p><p>　　所以電路時(shí)一般采用相應(yīng)措施消除無(wú)功功率與諧波產(chǎn)

21、生的不利影響，本電路采用的變壓器設(shè)備可以起到減弱諧波對(duì)電網(wǎng)的不利影響。</p><p>　　1.2.3 晶閘管電路對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)的影響</p><p>　　三相橋式全控整流電路接電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，由于設(shè)計(jì)加入平波電抗器以達(dá)到設(shè)計(jì)要求即電流連續(xù)，所以接電動(dòng)機(jī)負(fù)載即電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)可以看做感性負(fù)載來(lái)計(jì)算功率因數(shù)，即交流側(cè)電抗為零，直流側(cè)電感L為足夠大，以為例，此時(shí)電流正負(fù)半周各方波，三相電流波形相同，

22、且依次相差，其二次側(cè)電流有效值與整流輸出電流的關(guān)系為：</p><p>　　將電流分解為傅里葉級(jí)數(shù)，以a相為例，將電流正、負(fù)兩半波的中點(diǎn)作為時(shí)間零點(diǎn)，則有：</p><p>　　由上式可知電流基波與各次諧波有效值分別為：</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　由此可得以下結(jié)論：電流中僅含（為正整

23、數(shù)）次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算可知諧波因數(shù)為：</p><p>　　電流基波與電壓的相位差為，故位移因數(shù)仍為：</p><p><b>　　功率因數(shù)即為：</b></p><p>　　1.3 平波電抗器的參數(shù)計(jì)算</p><

24、;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

25、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)計(jì)性能指標(biāo)要求，保證電流連續(xù)的最小電流為5A，則電抗器的電感計(jì)算為：</p><p>　　式中：為變壓器二次側(cè)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>&l

26、t;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>　　式中：為變壓器二次側(cè)電壓有效值取220V，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刺次級(jí)繞組每相的漏電感為：</p><p>　　式中：為變壓器次級(jí)相電壓

27、有效值。</p><p>　　為整流電路額定輸出電流平均值。</p><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：，變壓器短路比取：，計(jì)算系數(shù)?。海瑢⒏鲄?shù)代入計(jì)算公式得：</p><p>　　由已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)知電樞電

28、感為：</p><p>　　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大的平波電抗器。</p><p><b>　　2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)</b></p>&

29、lt;p>　　2.1 觸發(fā)電路選擇</p><p>　　晶閘管可控整流電路時(shí)通過(guò)控制觸發(fā)角的大小，即控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小的，屬于相控電路。由于集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。隨著集成電路制作技術(shù)的提高，晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，現(xiàn)已逐步取代分立式電路。同時(shí)傳統(tǒng)的集成觸發(fā)器KJ和KC系列完成六個(gè)晶閘管需要多個(gè)芯片共同才能實(shí)現(xiàn)，電路比較麻煩。TC787一片芯片即

30、可以完成對(duì)六個(gè)晶閘管的觸發(fā)，所以本設(shè)計(jì)電路選用TC787集成觸發(fā)電路。</p><p>　　2.2 TC787芯片介紹</p><p>　　2.2.1 芯片介紹</p><p>　　TC787是用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路，它可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成

31、多種交流調(diào)速和交流裝置，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠。</p><p><b>　　2.2.2管腳介紹</b></p><p>　　TC787管腳圖如下： </p><p>　　圖2 TC787管腳圖</p><p><b>　　管腳說(shuō)明：

32、</b></p><p>　　1 同步電壓輸入端：引腳1、引腳2及引腳18為三相同步輸入電壓連接端。應(yīng)用中，分別接經(jīng)輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰值應(yīng)不超過(guò)TC787的工作電源電壓VDD。</p><p>　　2 脈沖輸出端：在半控單脈沖工作模式下，引腳8、引腳10、引腳12分別為與三相同步電壓正半周對(duì)應(yīng)的同相觸發(fā)脈沖輸出端，而引腳7、引腳9、引腳11分別為與三相同步電壓負(fù)

33、半周對(duì)應(yīng)的反相觸發(fā)脈沖輸出端。當(dāng)TC787被設(shè)置為全控雙窄脈沖工作方式時(shí)，引腳8為與三相同步電壓中C相正半周及B相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳12為與三相同步電壓中A相正半周及C相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳11為與三相同步電壓中C相負(fù)半周及B相正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳9為與三相同步電壓中A相同步電壓負(fù)半周及C相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳7為與三相同步電壓中B相電壓負(fù)半周及A相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引

34、腳10為與三相同步電壓中B相正半周及A相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端。應(yīng)用中，均接脈沖功率放大環(huán)節(jié)的輸入或脈沖變壓器所驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的控制極。</p><p><b>　　3 控制端</b></p><p>　　（1）引腳4：移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著TC787輸出脈沖的移相范圍，應(yīng)用中接給定環(huán)節(jié)輸出，其電壓幅值最大為TC787的工作電源電壓VDD。

35、</p><p>　?。?）引腳5：輸出脈沖禁止端。該端用來(lái)進(jìn)行故障狀態(tài)下封鎖TC787的輸出，高電平有效，應(yīng)用中，接保護(hù)電路的輸出。</p><p>　?。?）引腳6：TC787工作方式設(shè)置端。當(dāng)該端接高電平時(shí)，TC787輸出雙脈沖列；而當(dāng)該端接低電平時(shí)，輸出單脈沖列。</p><p>　?。?）引腳13：該端連接的電容容量決定著TC787輸出脈沖的寬度，電容的容

36、量越大，則脈沖寬度越寬。</p><p>　?。?）引腳14、引腳15、引腳16：對(duì)應(yīng)三相同步電壓的鋸齒波電容連接端。該端連接的電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值，應(yīng)用中分別通過(guò)一個(gè)相同容量的電容接地。</p><p><b>　　4 電源端</b></p><p>　　TC787可單電源工作，亦可雙電源工作。單電源工作時(shí)引腳3接地，而引腳

37、17允許施加的電壓為8~18V。雙電源工作時(shí)，引腳3接負(fù)電源，其允許施加的電壓幅值為-4~-9V，引腳17接正電源，允許施加的電壓為+4~+9V。</p><p>　　2.3 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)　</p><p><b>　　2.3.1原理說(shuō)明</b></p><p>　　380三相交流電經(jīng)過(guò)同步變壓器變壓為30V的同步信號(hào)a1，b1，c1后，經(jīng)過(guò)電

38、位器RP1，RP2，RP3及RCT型網(wǎng)絡(luò)濾波接入到TC787的同步電壓輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)RP1，RP2，RP3可微調(diào)各相電壓的相位，以保證同步信號(hào)與主電路的匹配。Ca，Cb，Cc為積分電容，TC787芯片的鋸齒波的線性、幅度由Ca、Cb、Cc電容決定，因此，為了保證鋸齒波有良好的線性及三相鋸齒波斜率的一致性，選擇Ca、Cb、Cc時(shí)要求其3個(gè)電容值的相對(duì)誤差要非常小，以產(chǎn)生的鋸齒波線性好、幅度大且不平頂為宜。Ca、Cb、Cc為電容量的參考值

39、為0.15。連接在13腳的電容Cx決定輸出脈沖的寬度，Cx越大，脈沖越寬，可得到范圍的方波，不過(guò)脈沖太寬會(huì)增大驅(qū)動(dòng)級(jí)的損耗。Cx參考值為。調(diào)節(jié)RP可以使輸入4腳的電壓之間連續(xù)變化，從而使輸出脈沖在之間變化，腳的輸出端有大于25mA的輸出能力，采用6只驅(qū)動(dòng)管擴(kuò)展電流，經(jīng)脈沖變壓器隔離后將脈沖接到晶閘管的控制極(g)和陰極(k)之間，以觸發(fā)晶閘管。其中，RP1~RP3：10k；R1、R2、R3：200k；C1、C2、C3：10；C4、C5、

40、C6：1；R：20k。觸發(fā)電路圖如下：</p><p>　　圖3 TC787構(gòu)成的觸發(fā)電路</p><p>　　2.3.2 同步信號(hào)的定相 </p><p>　　向晶閘管整流電路供電的交流側(cè)電流通常來(lái)源于電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓的頻率不是固定不變的，而是會(huì)在允許的范圍內(nèi)有一定的波動(dòng)。觸發(fā)電路除了應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與豬電路交流電源的頻率一致外，還應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于

41、晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系，這就是觸發(fā)電路的定相。</p><p>　　為了保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個(gè)同步變壓器，將其一次側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號(hào)，這樣由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終一致。接下來(lái)的問(wèn)題就是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號(hào)的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。</p><p>　　對(duì)于晶閘管，其陽(yáng)極與交

42、流側(cè)電壓相接，可簡(jiǎn)單表示為所接主電路電壓為，的觸發(fā)脈沖從的范圍為。采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時(shí)，同步信號(hào)負(fù)半周的起點(diǎn)對(duì)應(yīng)于鋸齒波的起點(diǎn)，通常使鋸齒波的上升段為，上升段起始的和終了的線性度不好，舍去不用，使用中間的。鋸齒波的中點(diǎn)與同步信號(hào)的位置對(duì)應(yīng)。</p><p>　　三相橋整流器大量用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，使的觸發(fā)角為。當(dāng)為整流電路，時(shí)為你變工作。將確定為鋸齒波的中點(diǎn)，鋸齒波向前、向后各

43、有的移相范圍。于是與同步電壓的對(duì)應(yīng)，也就是與同步電壓的對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)于的位置，則同步信號(hào)的與的對(duì)應(yīng)，說(shuō)明的同步電壓應(yīng)滯后于。</p><p>　　對(duì)于其他五個(gè)晶閘管，也存在同樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓的。對(duì)于共陽(yáng)極組的、和，他們的陰極分別于、和相連，可簡(jiǎn)單表示它們的主電路電壓分別為、和。</p><p>　　以上分析了同步電壓與主電路的電壓關(guān)系，一旦確定了整流變壓器和同步變壓器

44、的接法，即可選定每一個(gè)晶閘管的同步電壓信號(hào)。本設(shè)計(jì)中變壓器采用接法，同時(shí)為了防止電網(wǎng)電壓波形對(duì)觸發(fā)電路發(fā)聲干擾，對(duì)同步電壓進(jìn)行濾波，當(dāng)濾波器滯后角為時(shí)，同步電壓選取結(jié)果如表1所示。</p><p>　　表1 三相全控橋各晶閘管的同步電壓</p><p><b>　　3 保護(hù)電路設(shè)計(jì) </b></p><p>　　3.1 過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)</

45、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(guò)電壓，這時(shí)出現(xiàn)的高電壓就有可能超過(guò)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(guò)電壓：交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元器件保護(hù)

46、3種。</p><p>　　3.1.1 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)一般是為了減弱電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)整流電路由其是晶閘管的影響，主要采用變壓器二次側(cè)每相通過(guò)RC電路抑制過(guò)電壓，電容主要為吸收能量緩沖電壓沖擊，電阻主要是為了消耗能量。電容電阻值可以根據(jù)具體選定的裝置計(jì)算得出。其接線圖如圖4所示</p><p>　　圖4 交流側(cè)保護(hù)接線示意圖<

47、;/p><p>　　3.1.2 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　應(yīng)為整流電路所帶負(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)處于發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生較大過(guò)電壓，所以電路中應(yīng)加入保護(hù)電路消除其產(chǎn)生過(guò)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)。電容值電阻值通過(guò)計(jì)算得出。如圖5所示：</p><p>　　圖5 直流側(cè)保護(hù)接線示意圖</p><p

48、>　　3.1.3 晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　晶閘管開(kāi)關(guān)過(guò)程可能的過(guò)電壓主要為換相過(guò)電壓，全控型器件在較高頻率下工作時(shí)還存在關(guān)斷過(guò)電壓，對(duì)于換相過(guò)電壓通常采用RC過(guò)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)，RCD電路同樣也可以作為晶閘管換相過(guò)電壓的保護(hù)電路。電阻電容值需根據(jù)晶閘管選型計(jì)算得到。一般連接形式如圖5</p><p>　　圖6 換相過(guò)電壓保護(hù)線路接線

49、示意圖</p><p>　　3.2 過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障是，可能發(fā)生過(guò)電流。過(guò)電流分為過(guò)載和短路兩種情況。晶閘管元件承受過(guò)電流的能力也很低，若過(guò)電流數(shù)值較大而切斷電路的時(shí)間又稍長(zhǎng)，則晶閘管元件因熱容量小就會(huì)產(chǎn)生熱擊穿而損壞。因此必須設(shè)置過(guò)流保護(hù)，其目的在于一旦變流電路出現(xiàn)過(guò)電流，就把它限制在元件允許的范圍內(nèi)，在晶閘管被損壞前就迅速切斷過(guò)電流

50、，并斷開(kāi)橋臂中的故障元件，以保護(hù)其它元件。通常采用快速熔斷器、直流快速斷路器和過(guò)流繼電器的措施來(lái)預(yù)防過(guò)電流的產(chǎn)生。本設(shè)計(jì)中采用選擇合適的快速熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)，快速熔斷器可根據(jù)相應(yīng)的選擇原則適當(dāng)選取。</p><p>　　3.3 緩沖電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 抑制電路設(shè)計(jì)</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

51、管上的正向電壓上升率過(guò)大時(shí)，會(huì)使流過(guò)結(jié)面的充電電流過(guò)大，起了觸發(fā)電流的作用，造成晶閘管誤導(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(lái)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(guò)電壓有較大衰

52、減，并使作用于晶閘管的正向電壓上升率大為減小。在無(wú)整流變壓器供電的情況下，則應(yīng)在電源輸入端串聯(lián)在數(shù)值上相當(dāng)于變壓器漏感的進(jìn)線電感，以抑制，同時(shí)還可以起到限制短路電流的作用。對(duì)于晶閘管換相產(chǎn)生的影響比較小，一般忽略不計(jì)。</p><p>　　3.3.2 抑制電路設(shè)計(jì)</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(zhǎng)才逐漸

53、擴(kuò)大到整個(gè)陰極面。此過(guò)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(guò)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(guò)大的可能原因有：在晶閘管換相過(guò)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(guò)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(guò)大。通常，限制的措施主要有：1、在晶閘管陽(yáng)極回路串入電感。2、采用整流式阻容吸收裝

54、置。本設(shè)計(jì)采用在晶閘管陽(yáng)極回路中串入電感。電感量根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　電能是目前使用。運(yùn)輸和控制最為方便的能源，也是人類研究較為充分的一種能源?，F(xiàn)在人們的生產(chǎn)生活都里不開(kāi)電能，所以研究如何控制使用電能使之滿足各種各樣的對(duì)電能的需要顯得尤為重要，而電力電子技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)這種變換的橋梁，所以我們應(yīng)該學(xué)習(xí)好電

55、力電子理論知識(shí)，掌握如何利用這些知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，借助這個(gè)課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，正好檢驗(yàn)自己的理論知識(shí)的掌握程度，以及應(yīng)用理論知識(shí)的能力，及時(shí)的查缺補(bǔ)漏提高自己的學(xué)習(xí)能力以及實(shí)踐能力。</p><p>　　這學(xué)期首次學(xué)習(xí)電力電子這么課程，以前學(xué)習(xí)的大多為弱電范圍，電力電子涉及強(qiáng)電又涉及弱電，它是一門利用弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電與強(qiáng)電的橋梁。設(shè)計(jì)要求看上去與書(shū)上內(nèi)容很相似，實(shí)際上卻有很大的不同，書(shū)上的內(nèi)容大多是理想化的

56、知識(shí)，為了方便理解做了很多簡(jiǎn)化，而在實(shí)際應(yīng)用中很多問(wèn)題都是不能簡(jiǎn)化的，設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有很多東西要注意，詳細(xì)的去了解。</p><p>　　通過(guò)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(wèn)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(shū)館借了關(guān)于變壓器應(yīng)用的書(shū)籍彌補(bǔ)了自己在這反面的缺憾，再者主要就是保護(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

57、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(shū)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(wèn)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(shū)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>　　這次課程設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程雖然很費(fèi)周折但是卻讓我收獲很多。更讓我意識(shí)到理論知識(shí)要扎實(shí)的同時(shí)也要

58、注意實(shí)踐能力，比較將來(lái)走向社會(huì)還是要靠解決問(wèn)題的能力生存，理論知識(shí)也是為我們能夠更好的實(shí)踐打好理論基礎(chǔ)。做到心中無(wú)惑才能更好的應(yīng)對(duì)各種問(wèn)題。同時(shí)也要學(xué)習(xí)學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，各種知識(shí)都是相互聯(lián)系的，都可以相互利用，不要以為學(xué)好一門知識(shí)就可以很好的解決自己領(lǐng)域的問(wèn)題，對(duì)整個(gè)學(xué)科涉及相關(guān)知識(shí)都熟悉掌握才能更好的發(fā)揮所長(zhǎng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

59、p>　　[1] 王兆安 劉進(jìn)軍 電力電子技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社,2009.7</p><p>　　[2] 翁瑞琪.袖珍電子工程師手冊(cè). 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，2003年3月</p><p>　　[3] 王兆安 楊君 諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006</p><p>　　[4] 王兆安 張明勛 電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)

60、出版社 2002</p><p>　　[5] 陳治明 電力電子器件基礎(chǔ) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1992</p><p>　　[6] 李序葆 趙永健 電力電子器件及其應(yīng)用 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1996</p><p>　　附錄：三相橋式全控晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路總圖</p><p>　　三相全控橋式晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總圖</p