電力電子課程設(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>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</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>　　學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專 業(yè)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年1月4 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.

3、1 設(shè)計(jì)條件及內(nèi)容1</p><p>　　1.2 問題分析1 </p><p>　　2三相全控橋式主電路設(shè)計(jì)1</p><p>　　2.1整流變壓器的設(shè)計(jì)1</p><p>　　2.1.1整流變壓器的設(shè)計(jì)原理1</p><p>　　2.1.2變壓器參數(shù)計(jì)算2</p><p>&l

4、t;b>　　2.2整流電路2</b></p><p>　　2.2.1晶閘管簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.2.2整流器件的定額計(jì)算和選擇2</p><p>　　2.2.3三相全控橋式整流電路的特點(diǎn)3</p><p>　　2.3 平波電抗器的參數(shù)及選擇4</p><p>　　2.3.1電抗器的

5、電感4</p><p>　　2.3.2整流變壓器漏電感的計(jì)算5</p><p>　　2.4晶閘管對(duì)電網(wǎng)的影響5</p><p>　　2.5 系統(tǒng)功率因數(shù)的討論6</p><p>　　3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 集成觸發(fā)電路7</p><p>　　3.2 KJ004

6、 的工作原理7</p><p>　　4晶閘管保護(hù)電路9</p><p>　　4.1晶閘管過壓保護(hù)電路9</p><p>　　4.1.1交流側(cè)過電壓保護(hù)9</p><p>　　4.1.2直流側(cè)的過電壓保護(hù)9</p><p>　　4.1.3晶閘管換相過電壓的保護(hù)10</p><p>　　

7、4.2晶閘管過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.3電流上升率、電壓上升率10</p><p>　　4.3.1電流上升率10</p><p>　　4.3.2電壓上升率11</p><p>　　5 MATLAB 仿真結(jié)果11</p><p>　　5.1 仿真電路圖11</p><p

8、>　　5.2 電源電壓波形圖11</p><p>　　5.3 觸發(fā)信號(hào)波形圖12</p><p>　　5.4 晶閘管電流和電壓波形圖12</p><p>　　5.5 負(fù)載電流和電壓波形圖12</p><p><b>　　6 設(shè)計(jì)心得13</b></p><p><b>　

9、　參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　致謝16</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)條件及內(nèi)容</p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件：</b></p><p>　　1．直流

10、電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)： PN=10KW, UN=220V, IN =50A,nN =1000r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω，電流過載倍數(shù)λ＝1.5，電樞電感LD =7mH，勵(lì)磁電壓UL=220V 勵(lì)磁電流IL=1.6A，使用三相可控整流電路，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，工作于電動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　2. 進(jìn)線交流電源：三相380V</p><p>　　3. 性能指標(biāo)：直流輸出電壓0-220V，最大輸

11、出電流75A，保證電流連續(xù)的最小電流為5A。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　1. 三相全控橋式主電路設(shè)計(jì)（包括整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算，整流元件定額的選擇，平波電抗器電感量的計(jì)算等）,討論晶閘管電路對(duì)電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。</p><p>　　2.觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，包括觸發(fā)電路選型（可使用集成觸發(fā)器），同步信

12、號(hào)的定相等。</p><p>　　3.晶閘管的過電壓保護(hù)與過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.2 問題分析</b></p><p>　　根據(jù)所給任務(wù)的要求，首先認(rèn)真分析題目，題目是三相全控橋式晶閘管―電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于所給電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，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

13、式晶閘管電路接一個(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)。后續(xù)內(nèi)容將分別介紹各個(gè)模塊的構(gòu)成原理和使用方法。</p><p&g

14、t;　　2 三相全控橋式主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1整流變壓器的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1整流變壓器的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　整流變壓器就是降壓變壓器，降到所需電壓后再用半導(dǎo)體管整流，和普通變壓器的原理相同。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種變換交流電壓的設(shè)備。變壓器一般有初線和次級(jí)兩個(gè)互相獨(dú)立繞組，這兩個(gè)繞組共用一個(gè)鐵芯。變壓器初級(jí)繞組

15、接通交流電源，在繞組內(nèi)流過交變電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，于是在閉合鐵芯中就有交變磁通。初、次級(jí)繞組切割磁力線在次級(jí)就能感應(yīng)出相同頻率的交流電。變壓器的初、次級(jí)繞組的匝數(shù)比等于電壓比。</p><p>　　2.1.2變壓器參數(shù)計(jì)算</p><p>　　變壓器采用型連接，輸入側(cè)380V輸出側(cè)220V（線電壓），故： </p><p>　　容量S的計(jì)算：根據(jù)三相全控橋

16、變壓器二次側(cè)電流的有效值的計(jì)算公式：</p><p><b>　　可求得:</b></p><p>　　變壓器初級(jí)側(cè)容量： </p><p>　　變壓器次級(jí)側(cè)容量： </p><p>　　故電壓器容量： </p><p>　　綜上所述，選擇型號(hào)為SBK20KW SG20

17、KVA ，的變壓器。</p><p><b>　　2.2整流電路</b></p><p>　　2.2.1晶閘管簡(jiǎn)介</p><p>　　晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又可稱做可控硅整流器，晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控

18、整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。</p><p>　　晶閘管的開通和關(guān)閉和三極管有很大的差別，可以視為一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)器件，只具有兩個(gè)工作狀態(tài)即開通和關(guān)閉。晶閘管的開通受2個(gè)條件約束，陰陽(yáng)極的正偏壓和門極與陰極的正偏壓，關(guān)斷則只需要流過管子的電流小于一定的值，并且維持一定的時(shí)間就自然關(guān)斷。不受門極控制。工作原理相當(dāng)于兩個(gè)三極管的等效電路。</p><p>　　2.2.2整

19、流器件的定額計(jì)算和選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用晶閘管三相全控橋整流電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可得 ： </p><p><b>　　由此可以的出：</b></p><p>　　經(jīng)分析知 </p><p>　　綜上所述，選定額為 ＝50A, ＝800V

20、的晶閘管作為整流器件,可采用KP50-8系列的晶閘管。</p><p>　　2.2.3三相全控橋式整流電路的特點(diǎn)</p><p>　　一般變壓器一次側(cè)接成三角型，二次側(cè)接成星型，晶閘管分共陰極和共陽(yáng)極。一般</p><p>　　1、3、5為共陰極，2、4、6為共陽(yáng)極。</p><p>　?。?）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各

21、1，且不能為同1相器件。</p><p>　　（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：</p><p>　　1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。</p><p>　　2)共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120。</p><p>　　3)同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT

22、1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。</p><p>　　（3）Ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。</p><p>　?。?）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）。</p><p>　　（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電

23、壓的關(guān)系也相同。</p><p>　　三相橋式全控整流電路實(shí)質(zhì)上是三相半波共陰極組與共陽(yáng)極組整流電路的串聯(lián)。在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通才能形成導(dǎo)電回路，其中一個(gè)晶閘管是共陰極組的，另一個(gè)晶閘管是共陽(yáng)組的。 6 個(gè)晶閘管導(dǎo)通的順序是按 VT6 – VT1 → VT1 – VT2 → VT2 – VT3 → VT3 – VT4 → VT4 – VT5 → VT5 – VT6 依此循環(huán)，每隔 60 °有

24、一個(gè)晶閘管換相。為了保證在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)每個(gè)晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為 60 °。三相橋式全控整流電路原理圖如圖所示。</p><p>　　圖2-1 三相橋式晶閘管主電路圖</p><p>　　2.3 平波電抗器的參數(shù)及選擇</p><p>　　平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路

25、的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整流電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。直流輸電的換流站都裝有平波電抗器，使輸出的直流接近于理想直流。直流供電的晶閘管電氣傳動(dòng)中，平波電抗器也是不可少的。</p><p>　　2.3.1電抗器的電感</p><p>　　若要求變流器在某一最小輸出電流時(shí)仍能維持電流連續(xù)，則電抗器的電感可按下式計(jì)算： </p><

26、;p>　　式中 是交流測(cè)電源相電壓有效值(V)</p><p>　　是要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值(A)</p><p>　　K1是與整流主電路形式有關(guān)的計(jì)算系數(shù) 。 對(duì)于不同控制角α，所需的電感量 </p><p>　　本設(shè)計(jì)中的參數(shù)為：，,</p><p><b>　　臨界值。</b></

27、p><p>　　將以上所述參數(shù)代入，可計(jì)算出本設(shè)計(jì)所需的臨界電感參數(shù)值，即： </p><p>　　2.3.2 整流變壓器漏電感的計(jì)算 </p><p>　　整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電TL按下式計(jì)算：</p><p>　　式中 是變壓器次級(jí)相電壓有效值(V) </p><p>　　是晶閘管裝置直

28、流側(cè)的額定負(fù)載電流(平均值)(A)</p><p>　　是變壓器的短路比。100KVA以下的變壓器取=5；100~1000KVA的變壓器取=5~10；是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，=3.9。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)=127V，=50A，=5，=3.9。</p><p>　　將以上所需參數(shù)代入式中可計(jì)算出漏電感TL的值，即 </p><p&g

29、t;　　綜上所述，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電感為，可得使輸出電流連。故選30mH的電感作為平波電抗器。 </p><p>　　2.4晶閘管對(duì)電網(wǎng)的影響</p><p>　　晶閘管變流設(shè)備一般都是通過變壓器與電網(wǎng)連接的，因此其工作頻率為工頻,初級(jí)電壓即為交流電網(wǎng)電壓。經(jīng)過變壓器的耦合，晶閘管主電路可以得到一個(gè)合適的輸入電壓，是晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以

30、抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分，減小電網(wǎng)污染。在變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓相差不多時(shí)，有時(shí)會(huì)采用自耦變壓器；當(dāng)變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時(shí)，也可以不經(jīng)變壓器而直接與電網(wǎng)連接，不過要在輸入端串聯(lián)“進(jìn)線電抗器”以減少對(duì)電網(wǎng)的污染。</p><p>　　晶閘管裝置中的無(wú)功功率，會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)帶來(lái)不利影響：</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。&

31、lt;/p><p>　　2) 無(wú)功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加。</p><p>　　3) 使線路壓降增大，沖擊性無(wú)功功率負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。</p><p>　　晶閘管裝置還會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害，包括：</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

32、次諧波流過中性線會(huì)使線路過熱甚至發(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)、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、使絕緣老化、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&g

33、t;　　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)法正常工作。</p><p>　　2.5 系統(tǒng)功率因數(shù)的討論</p><p><b>　　功率因數(shù)為： </b></p><p&g

34、t;　　三相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，由于設(shè)計(jì)時(shí)接了平波電抗器，所以負(fù)載電感足以使電流連續(xù)，則電路的工作情況與感性負(fù)載時(shí)相似，即可以根據(jù)感性負(fù)載來(lái)討論功率因數(shù)設(shè)交流電抗為零，假設(shè)直流電感 L為足夠大，，此時(shí)，電流為正負(fù)半周各的方波，三相電流波形相同，且依次相差，其有效值與直流電流的關(guān)系為：</p><p>　　同樣可將電流波形分解為傅里葉級(jí)數(shù)。以a相電流為例，將電流負(fù)、正兩半波的中點(diǎn)作為時(shí)間零點(diǎn)，則有

35、</p><p>　　由上式知： 電流基波： </p><p>　　諧波有效值： </p><p><b>　　故基波因數(shù)： </b></p><p>　　又因電流基波與電壓的相位差仍為,故位移因數(shù)仍為：</p><p><b>　　因此功率因數(shù)為：</b&g

36、t;</p><p><b>　　3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間需要觸發(fā)脈沖，常用的觸發(fā)電路有單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，設(shè)計(jì)利用KJ004構(gòu)成的集成觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路。</p><p>　　3.1 集成觸發(fā)電路</p><p>　　本系統(tǒng)中選擇模擬集成觸發(fā)電路KJ004

37、，KJ004可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KJ004器件輸出兩路相差180度的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。KJ004電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、</p><p>　　對(duì)同步電壓要求低，有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。原理圖如下：</p><p>　　圖3-1 KJ004的電路

38、原理圖</p><p>　　3.2 KJ004的工作原理</p><p>　　如上圖 KJ004的電路原理圖所示，點(diǎn)劃框內(nèi)為KJ004的集成電路部分，它與分立元件的同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路相似。V1～V4等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓uS經(jīng)限流電阻R20加到V1、V2基極。在uS的正半周，V1導(dǎo)通，電流途徑為(+15V－R3－VD1－V1－地)；在uS負(fù)半周，V2、V3導(dǎo)通，電流途徑為(+15

39、V－R3－VD2－V3－R5－R21―(―15V))。因此，在正、負(fù)半周期間。V4基本上處于截止?fàn)顟B(tài)。只有在同步電壓|uS|＜0.7V時(shí)，V1～V3截止，V4從電源十15V經(jīng)R3、R4取得基極電流才能導(dǎo)通。</p><p>　　電容C1接在V5的基極和集電極之間，組成電容負(fù)反饋的鋸齒波發(fā)生器。在V4導(dǎo)通時(shí)，C1經(jīng)V4、VD3迅速放電。當(dāng)V4截止時(shí)，電流經(jīng)(+15V－R6－C1－R22－RP1－(－15V))對(duì)C1

40、充電，形成線性增長(zhǎng)的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過R22、RP1的充電電流和電容C1的大小。根據(jù)V4導(dǎo)通的情況可知，在同步電壓正、負(fù)半周均有相同的鋸齒波產(chǎn)生，并且兩者有固定的相位關(guān)系。</p><p>　　V6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)。鋸齒波電壓uC5、偏移電壓Ub、移相控制電壓UC分別經(jīng)R24、R23、R26在V6基極上疊加。當(dāng)ube6>+0.7V時(shí)，V6導(dǎo)通。設(shè)uC5、Ub為定值，改變UC，則改變了V6導(dǎo)

41、通的時(shí)刻，從而調(diào)節(jié)脈沖的相位。</p><p>　　V7等組成了脈沖形成環(huán)節(jié)。V7經(jīng)電阻R25獲得基極電流而導(dǎo)通，電容C2由電源+15V經(jīng)電阻R7、VD5、V7基射結(jié)充電。當(dāng) V6由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時(shí)，C2所充電壓通過 V6成為 V7基極反向偏壓，使V7截止。此后C2經(jīng) （+15V－R25－V6－地）放電并反向充電，當(dāng)其充電電壓uc2≥+1.4V時(shí)，V7又恢復(fù)導(dǎo)通。這樣，在V7集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度由

42、充電時(shí)間常數(shù)R25和C2決定。</p><p>　　V8、V12為脈沖分選環(huán)節(jié)。在同步電壓一個(gè)周期內(nèi)，V7集電極輸出兩個(gè)相位差為180°的脈沖。脈沖分選通過同步電壓的正負(fù)半周進(jìn)行。如在us正半周V1導(dǎo)通，V8截止，V12導(dǎo)通，V12把來(lái)自V7的正脈沖箝位在零電位。同時(shí)，V7正脈沖又通過二極管VD7，經(jīng)V9～V11放大后輸出脈沖。在同步電壓負(fù)半周，情況剛好相反，V8導(dǎo)通，V12截止，V7正脈沖經(jīng) V13～

43、V15放大后輸出負(fù)相脈沖。說(shuō)明：</p><p>　　1) KJ004中穩(wěn)壓管VS6～VS9可提高V8、V9、V12、V13的門限電壓，從而提高了電路的抗干擾能力。二極管VD1、VD2、VD6～VD8為隔離二極管。</p><p>　　2) 采用KJ004元件組裝的六脈沖觸發(fā)電路，二極管VD1～VD12組成六個(gè)或門形成六路脈沖，并由三極管V1～V6進(jìn)行脈沖功率放大。</p>

44、<p>　　3) 由于 V8、V12的脈沖分選作用，使得同步電壓在一周內(nèi)有兩個(gè)相位上相差 的脈沖產(chǎn)生，這樣，要獲得三相全控橋式整流電路脈沖，需要六個(gè)與主電路同相的同步電壓。因此主變壓器接成D，yn11及同步變壓器也接成D，yn11情況下，集成觸發(fā)電路的同步電壓uSa、uSb、uSc分別與同步變壓器的uSA、uSB、uSC相接 RP1～RP3為鋸齒波斜率電位器，RP4～RP6為同步相位</p><p>

45、<b>　　4 晶閘管保護(hù)電路</b></p><p>　　晶閘管以其額定電流大、額定電壓高、效率高、反應(yīng)快以及體積小等優(yōu)點(diǎn), 作為中頻靜止逆變電源中主要元件而被選用, 但其缺點(diǎn)是過載能力低。因此, 在晶閘管中頻靜止逆變電源中, 為了使晶閘管免受大電流、高電壓的沖擊, 均設(shè)置了過流過壓保護(hù)電路。當(dāng)晶閘管中頻靜止電源用于金屬熔煉時(shí), 由于負(fù)載為時(shí)變性元件, 變化大, 情況比較復(fù)雜, 若保護(hù)不可

46、靠, 速度慢, 故障一旦出現(xiàn), 晶閘管立即被損壞的現(xiàn)象常有發(fā)生。影響了整個(gè)設(shè)備的性能和使用, 因而保護(hù)電路顯得尤為重要。</p><p>　　4.1晶閘管過壓保護(hù)電路</p><p>　　正常工作時(shí)，晶閘管承受的最大峰值電壓為，超過此峰值電壓的就算過電壓。在整流裝置中，任何偶然出現(xiàn)的過電壓均不應(yīng)超過元件的不重復(fù)峰值電壓，而任何周期性出現(xiàn)的過電壓則應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓。這兩種過電壓都是經(jīng)

47、常發(fā)生和不可避免的。因此，在變流過程中，必須采用各種有效保護(hù)措施，以抑制各種暫態(tài)過電壓，保護(hù)晶閘管元件不受損壞。抑制暫態(tài)過電壓的方法一般有三種：①用電阻消耗過電壓的能量；②用非線性元件限制過電壓的幅值；③用儲(chǔ)能元件吸收過電壓的能量。若以過電壓保護(hù)裝置的部位來(lái)分，有交流保護(hù)，直流保護(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><p>　　交流側(cè)過電

48、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(lái)。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3-1所示。</p><p>　　圖4-1 阻容過電壓保護(hù)電路</

49、p><p>　　4.1.2直流側(cè)的過電壓保護(hù)</p><p>　　也可以采用阻容電路進(jìn)行保護(hù)，其計(jì)算參數(shù)同交流側(cè)過電壓保護(hù)。</p><p>　　4.1.3晶閘管換相過電壓的保護(hù)</p><p>　　由于晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓?jiǎn)栴}，關(guān)斷時(shí)也沒有較大的，所以晶閘管的緩沖電路就簡(jiǎn)化為了晶閘管的換相過電壓保護(hù)，即采用RC

50、吸收電路即可。</p><p>　　4.2晶閘管過流保護(hù)電路</p><p>　　變流裝置發(fā)生過電流的原因歸納起來(lái)有如下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1) 外部短路：如直流輸出端發(fā)生短路。</p><p>　　(2) 內(nèi)部短路：如整流橋主臂中某一元件被擊穿而發(fā)生的短路。</p><p>　　(3) 可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換

51、流失敗和環(huán)流過大。</p><p>　　(4) 生產(chǎn)機(jī)械發(fā)生過載或堵轉(zhuǎn)等。</p><p>　　晶閘管元件承受過電流的能力也很低，若過電流數(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)置過流保護(hù)，其目的在于一旦變流電路出現(xiàn)過電流，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電流，并斷開橋臂中的故障元件，以保護(hù)其它元件。晶閘管變流裝置可能

52、采用的過流保護(hù)措施有：①交流斷路器；②進(jìn)線電抗器；③靈敏過電流繼電器；④斷路器；⑤電流反饋控制電路；⑥直流快速開關(guān)；⑦快速熔斷器?？砂磳?shí)際需要選擇其中一種或數(shù)種。</p><p>　　4.3電流上升率、電壓上升率</p><p>　　4.3.1 電流上升率的限制</p><p>　　晶閘管在導(dǎo)通的瞬間，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

53、后隨著時(shí)間的增長(zhǎng)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：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）晶閘管陽(yáng)極回路串入電感。（

54、2）采用整流式阻容吸收裝置。</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。產(chǎn)生過大的原因及其限制措施如下：①交流

55、側(cè)產(chǎn)生的② 晶閘管換相時(shí)的。</p><p>　　5 MATLAB 仿真結(jié)果</p><p><b>　　5.1 仿真電路圖</b></p><p>　　取觸發(fā)角，進(jìn)行仿真得：</p><p>　　圖5-1 Matlab模擬仿真圖 觸發(fā)角為30度</p><p>　　5.2 電源電壓波形圖

56、</p><p>　　圖5-2 電源電壓波形</p><p>　　5.3 觸發(fā)信號(hào)波形圖</p><p><b>　　圖5-3 觸發(fā)波形</b></p><p>　　5.4 晶閘管電流和電壓波形圖</p><p>　　圖5-4 晶閘管電流電壓波形</p><p>　　5.5

57、負(fù)載電流和電壓波形圖 </p><p>　　圖 5-5 負(fù)載電流和電壓波形</p><p><b>　　6 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)生活都離不開電能，所以研究如何控制使用電能使之滿足各種各樣的需要顯得尤為重要，而電

58、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)際問題。電力電子技術(shù)既是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是實(shí)用性很強(qiáng)的一門課程，且具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此在教學(xué)中占據(jù)著十分重要的地位。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，提高學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力。</p><p>　　剛拿到題目時(shí)，覺得還比較簡(jiǎn)單?？蓪?shí)際操作起來(lái)，卻發(fā)現(xiàn)問

59、題有很多。課本上的知識(shí)都是在理想情況下求出的，而且教材為了方便學(xué)生的運(yùn)算，有很多的參數(shù)沒給出明確的算法，在設(shè)計(jì)時(shí)給我造成了很大的困擾。通過查閱大量資料，得知了實(shí)際估算運(yùn)算公式，逐步將參數(shù)計(jì)算出來(lái)，然后選擇合適的型號(hào)。</p><p>　　通過本次的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)電力電子知識(shí)認(rèn)識(shí)和掌握加深了不少，進(jìn)一步明白了三相橋式全控整流電路的原理。通過對(duì)晶閘管的相控，將交流變?yōu)橹绷?，從而?qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。本次設(shè)計(jì)涵蓋主電路，觸

60、發(fā)電路和保護(hù)電路三方面的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)全面地應(yīng)用到了所學(xué)知識(shí)，也提高了我理論能力。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)整個(gè)過程雖然很費(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)也要注意實(shí)踐能力，比較將來(lái)走向社會(huì)還是要靠解決問題的能力生存，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，對(duì)整個(gè)學(xué)科涉及相

61、關(guān)知識(shí)都熟悉掌握才能更好的發(fā)揮所長(zhǎng)。</p><p>　　總之，本次電力電子技術(shù)的課程設(shè)對(duì)我是有很大幫助的，同是也讓我認(rèn)識(shí)到了電力電子技術(shù)的重要。美中不足的是沒有做出實(shí)物來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].冷增祥，徐以容.電力電子技術(shù)基礎(chǔ).東南大學(xué)出版社.2012.2</p>

62、<p>　　[2].王兆安.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[3].張潤(rùn)和.電力電子技術(shù)及應(yīng)用.北京大學(xué)出版社.2008.8</p><p>　　[4].曲學(xué)基，曲敬鎧，于明楊等.電力電子整流技術(shù)及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2008.4</p><p>　　[5].何此昂，周渡海.變壓器與電感器設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用實(shí)例.人民郵電出版社.

63、2011.2</p><p>　　[6].洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機(jī)械工業(yè)出版社.2006</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在這兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)里，我通過不斷地學(xué)習(xí)探索，專業(yè)理論知識(shí)得到了很大的提升，實(shí)踐動(dòng)手能力也有了提高。首先要感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境，促進(jìn)了設(shè)計(jì)更快