電力電子單相橋式整流電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 電力電子技術(shù)概況1</p><p>　　1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容1</p><p>　　第2章 總體設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.1方案的選擇

2、2</p><p>　　2.2主電路的設(shè)計(jì)2</p><p>　　（1）電阻性負(fù)載2</p><p>　?。?）電感性負(fù)載3</p><p>　?。?）帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載5</p><p>　　第3章 觸發(fā)器的選擇與設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 晶閘管的觸發(fā)電路6</p&g

3、t;<p>　　3.2鋸齒波的觸發(fā)電路6</p><p>　　3.3集成化晶閘管移相觸發(fā)電路8</p><p>　　第4章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 過(guò)電壓保護(hù)10</p><p>　　4.2過(guò)電流保護(hù)11</p><p>　　第5章 元器件參數(shù)計(jì)算選取與總電路圖13&

4、lt;/p><p>　　5.1整流電路參數(shù)計(jì)算13</p><p>　　5. 2元件型號(hào)選擇14</p><p>　?。?）變壓器T的變比14</p><p>　　（2）晶閘管的選取14</p><p>　?。?）快速熔斷器的選擇15</p><p>　?。?）壓敏電阻的選擇15<

5、/p><p>　?。?）并聯(lián)于晶閘管兩端的RC15</p><p>　?。?）電感L的作用15</p><p>　　5.3電路總接線圖16</p><p>　　第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>

6、;　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 電力電子技術(shù)概況</p><p>　　電力電子學(xué),又稱(chēng)功率電子學(xué)(Power Electronics)。它主要研究各種電力電子器件，以及由這些電力電子器件所構(gòu)成的各式各樣的電路或裝置，以完成對(duì)電能的變換和控制。它既是電子學(xué)在強(qiáng)電(高電壓、大電流)或電工領(lǐng)域的一個(gè)分支，又是電工學(xué)在弱電(低電壓、小電流)或電子領(lǐng)域的一個(gè)分支，

7、或者說(shuō)是強(qiáng)弱電相結(jié)合的新科學(xué)。電力電子學(xué)是橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)新興工程技術(shù)學(xué)科。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展,人們對(duì)電路的要求也越來(lái)越高,由于在生產(chǎn)實(shí)際中需要大小可調(diào)的直流電源,而相控整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、性能穩(wěn)定,利用它可以方便地得到大中、小各種容量的直流電能,是目前獲得直流電能的主要方法,得到了廣泛應(yīng)用。但是晶雜管相控整流電路中隨著觸發(fā)角α的增大，電流中諧波分量

8、相應(yīng)增大，因此功率因素很低。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就構(gòu)成了PWM整流電路。通過(guò)對(duì)PWM整流電路的適當(dāng)控制，可以使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因素近似為1。這種整流電路稱(chēng)為高功率因素整流器，它具有廣泛的應(yīng)用前景</p><p>　　由于電力電子技術(shù)是將電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)器件組成各種電力變換電路實(shí)現(xiàn)電能和變換和控制，而構(gòu)成的一門(mén)完整

9、的學(xué)科。故其學(xué)習(xí)方法與電子技術(shù)和控制技術(shù)有很多相似之處，因此要學(xué)好這門(mén)課就必須做好實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，因而我們進(jìn)行了此次課程設(shè)計(jì)。又因?yàn)檎麟娐窇?yīng)用非常廣泛，而鋸齒波移相觸發(fā)三相晶閘管全控整流電路又有利于夯實(shí)基礎(chǔ)，故我們單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路這一課題作為這一課程的課程設(shè)計(jì)的課題。</p><p>　　1.2 本文設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：&

10、lt;/b></p><p><b>　?。?）、設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　1、進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　2、完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說(shuō)明；</p><p>　　3、完成主電路的原理分析,各主要元器件的選擇；</p><p>　　4、驅(qū)動(dòng)電

11、路的設(shè)計(jì),保護(hù)電路的設(shè)計(jì)； </p><p>　　（2）、設(shè)計(jì)要求： </p><p>　　單相橋式相控整流的設(shè)計(jì)要求為：</p><p>　　負(fù)載為感性負(fù)載,L=700mH,R=500歐姆.</p><p><b>　　（3）、技術(shù)要求:</b></p><p>　　1、電網(wǎng)供電電壓為單相220

12、V；</p><p>　　2、電網(wǎng)電壓波動(dòng)為 5%－-10%；</p><p>　　3、輸出電壓為0～100V.</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1、 方案的選擇</p><p>　　我們知道，單相整流器的電路形式是各種各樣的，整流的結(jié)構(gòu)也是比較多的。因此在做設(shè)計(jì)之前我們主要考慮了以

13、下幾種方案：</p><p>　　方案1：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐?lt;/p><p><b>　　電路簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p><b>　　圖 1.4</b></p><p>　　對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，相對(duì)于全控橋而言少了一個(gè)控制器件，用二極管代替，有利于降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當(dāng)α突然

14、增大至180°或出發(fā)脈沖丟失時(shí)，由于電感儲(chǔ)能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負(fù)載電阻上，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期為ud為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時(shí)的波形，即為失控。所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。</p><p>　　方案2：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?lt;/p><p><

15、;b>　　電路簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p><b>　　圖 1.5</b></p><p>　　此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱(chēng)，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。</p

16、><p>　　方案3：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐罚?lt;/p><p><b>　　電路簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p><b>　　圖 1.6</b></p><p>　　此電路只需要一個(gè)可控器件，電路比較簡(jiǎn)單，VT的a 移相范圍為180。但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為

17、使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積，增大了設(shè)備的容量。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。</p><p>　　方案4：?jiǎn)蜗嗳煽卣麟娐罚?lt;/p><p><b>　　電路簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p><b>　　圖 1.7</b></p><p>　　此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只要

18、用2個(gè)可控器件，單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，因此少了一個(gè)管壓降，相應(yīng)地，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)，但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。不存在直流磁化的問(wèn)題，適用于輸出低壓的場(chǎng)合作電流脈沖大（電阻性負(fù)載時(shí)），，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(dòng)小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒(méi)有直流磁化問(wèn)題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。相同的負(fù)載下流過(guò)

19、晶閘管的平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，在均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。根據(jù)以上的比較分析因此選擇的方案為單相全控橋式整流電路（負(fù)載為阻感性負(fù)載）。</p><p>　　綜上所述，針對(duì)他們的優(yōu)缺點(diǎn)，我們采用方案二，即單相橋式全控整流電路。</p><p>　　2.2、主體電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　主要電路原理及

20、說(shuō)明</b></p><p><b>　　總的設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　圖2.1 總體框圖</b></p><p>　　主電路為單相橋式整流電路，其目的將220V交流電源輸入整流為0-110V可調(diào)，輸入到直流電動(dòng)機(jī)。其過(guò)程需保護(hù)電路部分，采用過(guò)電壓過(guò)電流保護(hù)以保證電路安全?？刂齐娐酚|發(fā)器的設(shè)

21、計(jì)采用晶閘管、鋸齒波等觸發(fā)。采用以上設(shè)計(jì)，使得整個(gè)電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.3 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　主電路原理圖及其工作波形</p><p><b>　　電阻性負(fù)載：</b></p><p>　　晶閘管VT1和VT4，VT2和VT3分別組成一對(duì)臂橋。在正半周，若4個(gè)晶閘管均

22、不導(dǎo)通，負(fù)載電流id為零，ud也為零，VT1，VT4串聯(lián)承受電壓u2的一半。若在觸發(fā)角施加脈沖，VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源經(jīng)VT1、R、VT4流回電源。當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。</p><p>　　圖2.2主電路原理圖</p><p>　　電阻性負(fù)載時(shí)輸出波形：</p><p>　　圖2.3主電路原理圖</p>

23、<p><b>　　電感性負(fù)載：</b></p><p>　　在u2的正半周期，觸發(fā)角給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖時(shí)期開(kāi)通，ud=u2.負(fù)載中有電感存在使負(fù)載電流不能突變。u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷。至?xí)r刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，兩管導(dǎo)通。u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過(guò)VT1和

24、VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上。</p><p>　　圖2.4主電路原理圖</p><p>　　電感型負(fù)載時(shí)輸出波形：</p><p>　　圖2.5電感負(fù)載輸出波形圖</p><p><b>　　帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載：</b></p><p>　　當(dāng)忽略主電路各部分的電感時(shí)，只有在U2瞬間值的絕

25、對(duì)值大于反電動(dòng)勢(shì)即時(shí)，才能有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。晶閘管導(dǎo)通后，Ud=U2，，直至，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后Ud=E。與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前的電角度停止導(dǎo)電。</p><p>　　圖2.6主電路原理圖</p><p>　　帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)輸出波形：</p><p>　　圖2.7反電動(dòng)勢(shì)輸出波形</p><p>　　第3

26、章 觸發(fā)電路的選擇與設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 晶閘管的觸發(fā)電路</p><p>　　常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路</p><p>　　圖3.1晶體管觸發(fā)電路</p><p>　　由V1、V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門(mén)極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。VD1

27、和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。 為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它電路環(huán)節(jié)。 </p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求</p><p>　?。?）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)該保證晶閘管的可靠導(dǎo)通，對(duì)感性和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的變流器采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，對(duì)變流器的啟動(dòng)，雙星型帶平衡電抗器電路的觸發(fā)脈沖應(yīng)該寬于30°，三相全

28、控橋式電路應(yīng)小于60°或采用相隔60°的雙窄脈沖。</p><p>　?。?）脈沖觸發(fā)應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的3—5倍，脈沖前沿的陡度也要增加。一般需達(dá)1-2A/us</p><p>　?。?）所提供的觸發(fā)脈沖不應(yīng)超過(guò)晶閘管門(mén)極的電壓、電流和額定功率，且在門(mén)極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。</p><p&

29、gt;　?。?）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及主電路的電氣隔離。</p><p>　　3.2鋸齒波的觸發(fā)電路</p><p>　　圖3.2鋸齒波觸發(fā)電路</p><p>　　電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。</p&

30、gt;<p><b>　?。?）脈沖形成環(huán)節(jié)</b></p><p>　　由晶體管V4、V5組成，V7、V8起脈沖放大作用。 </p><p>　　控制電壓uco加在V4基極上。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。</p><p>　　脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)

31、R11C3有關(guān)。</p><p>　?。?）鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)</p><p>　　鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等，本電路采用恒流源電路。 </p><p>　　恒流源電路方案由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路</p><p><b>　?。?）同步環(huán)節(jié)&

32、lt;/b></p><p>　　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。 鋸齒波是由開(kāi)關(guān)V2管來(lái)控制的，V2開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。</p><p><

33、b>　　雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)</b></p><p>　　內(nèi)雙脈沖電路：每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)間隔60的脈沖的電路。V5、V6構(gòu)成一個(gè)“或”門(mén)，當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒(méi)有脈沖輸出。只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。 第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角產(chǎn)生。隔60的第二個(gè)脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通</p>

34、<p><b>　　過(guò)V6）。</b></p><p>　　在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此間隔60，相鄰器件成雙接通，所以某個(gè)器件導(dǎo)通的同時(shí)，觸發(fā)單元需要給前一個(gè)導(dǎo)通的器件補(bǔ)送一個(gè)脈沖。 </p><p>　　最終輸出的脈沖波形為：</p><p>　　圖3.3輸出脈沖波

35、形</p><p>　　鋸齒波同步觸發(fā)脈沖不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)與波形畸變的直接影響，抗干擾能力強(qiáng)，而且移相范圍寬。（所以我選取該觸發(fā)器做設(shè)計(jì)。）</p><p>　　3.3集成化晶閘管移相觸發(fā)電路</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，集成化晶閘管觸發(fā)電路已得到廣泛應(yīng)用。集成化觸發(fā)電路具有體積小、功耗小、性能穩(wěn)定可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。相控集成觸發(fā)器主要

36、有KC系列和KJ系列，廣泛應(yīng)用于晶閘管電力拖動(dòng)系統(tǒng)、整流供電裝置、交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，以及交流和直流的調(diào)壓、調(diào)速、調(diào)光等領(lǐng)域。下面介紹KJ004晶閘管移相觸發(fā)電路的</p><p><b>　　工作原理。</b></p><p>　　集成觸發(fā)器KJ004</p><p>　　圖3.4 KJ004電路原理圖</p><p>　

37、　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，已逐步取代分立式電路。 KJ004與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。</p><p>　　其脈沖輸出波形為右圖所示： </p><p>　　圖3.5脈沖輸出波形</p><p>　　第4章 保護(hù)

38、電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電力電子系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可能會(huì)發(fā)生過(guò)流、過(guò)壓，造成開(kāi)關(guān)器件的永久性損壞。過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)包括器件保護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)兩個(gè)方面。檢測(cè)開(kāi)關(guān)器件的電流、電壓，保護(hù)主電路中的開(kāi)關(guān)器件，防止過(guò)流、過(guò)壓損壞開(kāi)關(guān)器件。檢測(cè)系統(tǒng)電源輸入、輸出及負(fù)載的電流、電壓，實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，防止系統(tǒng)崩潰而造成事故。例如，R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出

39、電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過(guò)允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過(guò)電壓或過(guò)電流的數(shù)值。</p><p><b>　　4.1過(guò)電流保護(hù)</b></p><p>　　當(dāng)電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路；驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過(guò)載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生逆變失??；以及交流電源電壓過(guò)高或

40、過(guò)低；均能引起裝置或其他元件的電流超過(guò)正常工作電流，即出現(xiàn)過(guò)電流。因此，必須對(duì)電力電子裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電流保護(hù)。</p><p>　　采用快速熔斷器作過(guò)電流保護(hù)，其接線圖（見(jiàn)圖8.4）。熔斷器是最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適，很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒(méi)有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過(guò)電流可及時(shí)熔斷起到保護(hù)作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔，因流過(guò)快熔電流和晶

41、閘管的電流相同，所以對(duì)元件的保護(hù)作用最好，這里就應(yīng)用這一方法快熔抑制過(guò)電流電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖8.4 快速熔短器的接入方法</p><p><b>　　A型熔斷器</b></p><p>　　特點(diǎn)：是熔斷器與每一個(gè)元件串連，能可靠的保護(hù)每一個(gè)元件。</p><p><b>　　B型熔斷器&

42、lt;/b></p><p>　　特點(diǎn)：能在交流、直流和元件短路時(shí)起保護(hù)作用，其可靠性稍有降低</p><p><b>　　C型熔斷器</b></p><p>　　特點(diǎn)：直流負(fù)載側(cè)有故障時(shí)動(dòng)作，元件內(nèi)部短路時(shí)不能起保護(hù)作用</p><p>　　對(duì)于第二類(lèi)過(guò)流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子

43、電路進(jìn)行保護(hù)。常見(jiàn)的電子保護(hù)原理圖如8.5所示</p><p>　　圖8.5 過(guò)流保護(hù)原理圖</p><p><b>　　4.2過(guò)壓保護(hù)</b></p><p>　　設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)。</p><p>　　過(guò)電壓保

44、護(hù)的第一種方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。見(jiàn)圖8.5和圖8.6</p><p>　　圖8.5阻容三角抑制過(guò)電壓 圖8.6 壓敏電阻過(guò)壓 </p><p>　　過(guò)電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見(jiàn)的電子保護(hù)原圖如圖2.7所示：</p><p>　　圖8

45、.7過(guò)電壓保護(hù)電路</p><p>　　電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)</p><p>　　電流上升率di/dt的抑制</p><p>　　晶閘管初開(kāi)通時(shí)電流集中在靠近門(mén)極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1mm/μs的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面，若晶閘管開(kāi)通時(shí)電流上升率di/dt過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范

46、圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感。如下圖8.8所示:</p><p>　　圖8.8串聯(lián)電感抑制回路</p><p>　　電壓上升率dv/dt的抑制</p><p>　　加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應(yīng)有所限制,如果dv/dt過(guò)大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)引

47、起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖8.9所示：</p><p>　　圖8.9并聯(lián)R-C阻容吸收回</p><p>　　第5章 元器件參數(shù)計(jì)算選取與總電路圖</p><p>　　5.1整流電路參數(shù)計(jì)算 </p><p><b>　　純電阻負(fù)載時(shí)：</b></p>

48、;<p>　　由圖知晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為 和 </p><p><b>　　整流電壓平均值為：</b></p><p>　　α=0時(shí)，Ud= Ud0=0.9U2。α=180時(shí)，Ud=0?？梢?jiàn)，α角的移相范圍為180向負(fù)載輸出的直流電流平均值為： </p><p>　　流過(guò)晶閘管的電流

49、平均值 ： </p><p>　　流過(guò)晶閘管的電流有效值為： </p><p>　　變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為</p><p><b>　　有上兩式得</b></p><p>　　不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。</p><p><b&g

50、t;　　阻感負(fù)載時(shí)</b></p><p><b>　　整流電壓平均值為：</b></p><p>　　當(dāng)=0時(shí)，Ud0=0.9U2。=90時(shí)，Ud=0。晶閘管移相范圍為90。</p><p>　　晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。 </p><p>　　晶閘管導(dǎo)通角與無(wú)關(guān)，均為180，其電流平均

51、值和有效值分別為： </p><p>　　和 。</p><p>　　變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由角決定，有效值</p><p><b>　　I2=Id。 </b></p><p>　　5. 2元件型號(hào)選擇</p>

52、<p>　?。?）變壓器T的變比為11：1。</p><p><b>　?。?）晶閘管的選取</b></p><p>　　晶管又稱(chēng)為晶體閘流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--</p><p>　　SCR），開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代; 20世紀(jì)80年代以來(lái)，開(kāi)始被性能更好

53、的全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，以被廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域，成為功率低頻（200Hz以下）裝置中的主要器件。晶閘管往往專(zhuān)指晶閘管的一種基本類(lèi)型--普通晶閘管。廣義上講，晶閘管還包括其許多類(lèi)型的派生器件。</p><p><b>　　1）晶閘管的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　晶閘管是大功率器件，工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱，

54、因此必須安裝散熱器。引出陽(yáng)極A、陰極K和門(mén)極（或稱(chēng)柵極）G三個(gè)聯(lián)接端。</p><p>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu):四層三個(gè)結(jié)如圖2.2</p><p>　　2）晶閘管的工作原理圖</p><p>　　晶閘管由四層半導(dǎo)體（P1、N1、P2、N2）組成，形成三個(gè)結(jié)J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分別從P1、P2、N2引入A、G、K三個(gè)電極，如圖1.2(左)所

55、示。由于具有擴(kuò)散工藝，具有三結(jié)四層結(jié)構(gòu)的普通晶閘管可以等效成如圖2.3（右）所示的兩個(gè)晶閘管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）組成的等效電路。</p><p>　　圖2.2晶閘管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和模塊外形</p><p>　　a)晶閘管外形 b)內(nèi)部結(jié)構(gòu) c)電氣圖形符號(hào) d)模塊外形</p><p>　　圖2.3 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電

56、路</p><p>　　3）晶閘管的門(mén)極觸發(fā)條件</p><p>　　（1）: 晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通； </p><p>　?。?）：晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通；</p><p>　　（3）：晶閘管一旦導(dǎo)通門(mén)極就失去控制作用；</p><p>

57、;　?。?）：要使晶閘管關(guān)斷，只能使其電流小到零一下。</p><p>　　晶閘管的驅(qū)動(dòng)過(guò)程更多的是稱(chēng)為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門(mén)極的觸發(fā)電流ＩＧ的電路稱(chēng)為門(mén)極觸發(fā)電路。也正是由于能過(guò)門(mén)極只能控制其開(kāi)通，不能控制其關(guān)斷，晶閘管才被稱(chēng)為半控型器件。</p><p>　　只有門(mén)極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。</p><p><b>　　可關(guān)斷晶閘管</b&

58、gt;</p><p>　　可關(guān)斷晶閘管簡(jiǎn)稱(chēng)GTO。</p><p><b>　　可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通晶閘管相同，都是PNPN四層結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極Ａ、陰極Ｋ和門(mén)極Ｇ如圖1.3。和普通晶閘管不同， GTO是一種多元胞的功率集成器件，內(nèi)部包含十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元胞，這些GTO元胞的陰極

59、和門(mén)極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，使器件的功率可以到達(dá)相當(dāng)大的數(shù)值。</p><p>　　圖1.3 GTO的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號(hào)</p><p>　　可關(guān)斷晶閘管的工作原理</p><p>　　GTO的導(dǎo)通機(jī)理與SCR是完全一樣的。 GTO一旦導(dǎo)通之后，門(mén)極信號(hào)是可以撤除的，在制作時(shí)采用特殊的工藝使管子導(dǎo)通后處于臨界飽和，而不像普通晶閘管那樣處于深飽和狀態(tài)，這樣可以

60、用門(mén)極負(fù)脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關(guān)斷。 GTO在關(guān)斷機(jī)理上與SCR是不同的。門(mén)極加負(fù)脈沖即從門(mén)極抽出電流（即抽出飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子），強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。</p><p><b>　　晶閘管的派生器件</b></p><p>　　在晶閘管的家族中，除了最常用的普通型晶閘管之外，根據(jù)不同的的實(shí)際需要，珩生出了一系列的派生器件，主要有快速晶閘管（F

61、ST）、雙向晶閘管（TRIAL）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、逆導(dǎo)晶閘管、（RCT）和光控晶閘管。</p><p>　　可關(guān)斷晶閘管具有普通晶閘管的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，如耐壓高，電流大等。同時(shí)它又是全控型器件，即在門(mén)極正脈沖電流觸發(fā)下導(dǎo)通，在負(fù)脈沖電流觸發(fā)下關(guān)斷。故我們選擇可關(guān)斷晶閘管。</p><p>　　整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為</p><

62、p>　　Ud＝0.9 U2 cos＝0.9×220×cos0°＝198V</p><p>　　I2＝Id＝100(A)</p><p>　　晶閘管承受的最大正反向電壓為：</p><p>　　U＝220 ＝311 （V）</p><p>　　流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：</p>&

63、lt;p>　　IVT＝Id∕ ＝70.7 （A）</p><p>　　故晶閘管的額定電壓為：</p><p>　　UN＝(2~3)×311＝622~933（V）</p><p>　　晶閘管的額定電流為：</p><p>　　IN＝(1.5~2)×70.7∕1.57＝67.5~90.1（A）</p>

64、<p>　　其型號(hào)為KP100-4。</p><p>　　（3）快速熔斷器的選擇</p><p><b>　　IRN=70.7A</b></p><p>　　可選用RSF-1 500/80型號(hào)的。</p><p>　　其額定電壓500V，額定電流80A。</p><p>　　（4）壓敏

65、電阻的選擇</p><p>　　漏電流為1mA時(shí)的額定電壓U1mA應(yīng)大于等于1.3U。U為壓敏電阻兩端正常工作電壓的有效值； 可選擇MY31-410/3 普通型壓敏電阻器，其標(biāo)稱(chēng)電壓410V，通流容量為3KA。</p><p>　?。?）并聯(lián)于晶閘管兩端的RC為： R2 =20Ω, C2=0.25μf。</p><p>　?。?）電感L的作用是平波，防止電流發(fā)生斷續(xù)

66、現(xiàn)象。其值要足夠大。</p><p>　　根據(jù)公式 =6.3H </p><p>　　經(jīng)計(jì)算下圖中R1=5Ω，C1=13.6μf。</p><p><b>　　5.3電路總接線圖</b></p><p>　　圖5.1電路總結(jié)線圖</p>

67、<p>　　圖5.2單相橋式整流電路仿真圖</p><p><b>　　第六章、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)雖然不是很完美，但他卻讓我真正學(xué)到了很多東西，使我受益匪淺。</p><p>　　通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐使我加深了對(duì)整流電路的理解，讓我對(duì)電力電子該課程產(chǎn)生了濃烈的興趣。由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒(méi)有過(guò)

68、實(shí)際開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道怎么做。但通過(guò)各方面的查資料并學(xué)習(xí)，我們基本學(xué)會(huì)了單相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)。這次的課程設(shè)計(jì)是我收獲最大的一次，雖然中途遇到了不少困難，但還是被我逐步解決了。每次做課程設(shè)計(jì)我都感覺(jué)比較棘手，因?yàn)樗粏问且竽銌渭兊赝瓿梢粋€(gè)題目，而是要求你對(duì)所學(xué)的知識(shí)都要弄懂，并且能將其貫穿起來(lái)，是綜合性比較強(qiáng)的，盡管如此，我還是迎難而上了，首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，不能盲目地去做，你連任務(wù)都不清楚從何做起呢，接下來(lái)就是找

69、相關(guān)資料，我每天除了上圖書(shū)館就是在網(wǎng)上找資料，然后對(duì)資料進(jìn)行整理，找資料說(shuō)起來(lái)好像很簡(jiǎn)單，但真正做起來(lái)是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以這個(gè)過(guò)程中要花費(fèi)一些時(shí)間做看似無(wú)用功的事，其實(shí)不盡然，這其中也拓展了你的知識(shí)面。通過(guò)合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)，合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒(méi)有過(guò)深入的交流，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人互責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問(wèn)題，

70、在</p><p>　　我相信我們每個(gè)人都從這次課程設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多，我們也只有在實(shí)踐中才能提高得更快！實(shí)踐是我們接觸社會(huì)的平臺(tái)，也很感謝老師給了我們每個(gè)人這么好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　黃俊.半導(dǎo)體變流技術(shù).第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980</p><p>