課程設(shè)計(jì)（論文）單相橋式全控整流電路

1、成績(jī)南京工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）題目 單相橋式全控整流電路 課 程 名 稱(chēng) 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 院 (系、部、中心) 電力工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 （智能建筑電氣） 班 級(jí) 智能081 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 2060812007 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) 指 導(dǎo) 教 師 設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2010 年12月27日至2011年1月7日0目錄任務(wù)書(shū)2第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求21.1課程設(shè)計(jì)目的21.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)21.3 課程設(shè)計(jì)要求2第2章 課程設(shè)計(jì)方案的選擇22.1整流電路22.2元器件的選擇22.2.1晶閘管22.2.2 可關(guān)斷晶閘管2第3章 主電路的設(shè)計(jì)23.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖

2、23.2系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明23.3原理圖的分析2第4章 輔助電路的設(shè)計(jì)24.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)24.1.1觸發(fā)電路24.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)24.2.1 主電路的過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)24.2.2主電路的過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)24.2.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)2第五章 元器件和電路參數(shù)計(jì)算25.1. 晶閘管的基本特性25.1.1靜態(tài)特性25.1.2動(dòng)態(tài)特性25.2晶閘管基本參數(shù)25.2.1晶閘管的主要參數(shù)說(shuō)明25.2.2晶閘管的選型25.2.3變壓器的選取25.3性能指標(biāo)分析：25.4元器件清單2第六章 系統(tǒng)仿真2第七章 設(shè)計(jì)總結(jié)2任務(wù)書(shū)1課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的1）培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是

3、如何利用internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。2）培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。3）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。4）提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫(xiě)水平。2課程設(shè)計(jì)題目及要求設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)蜗鄻蚴饺鼐чl管整流電路的設(shè)計(jì)（反電勢(shì)、電阻負(fù)載）設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)完成單相全控橋式晶閘管整流電路，并滿足下列條件：1、 電源電壓：交流100v/50hz2、 輸出功率：500w3、 移相范圍090 3課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、圖紙、實(shí)物樣品等要求設(shè)計(jì)任務(wù)：1）進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案；2）完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件（晶閘管）的說(shuō)明；3）完成主電路的原理分析

4、，各主要元器件的選擇；4）完成驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；工作量要求：（1）要求具體電路方案的選擇必須有論證說(shuō)明，要說(shuō)明其有哪些特點(diǎn)。 主電路具體電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說(shuō)明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)分析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，并給出這些問(wèn)題的解法。（2）在老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路，控制電路等詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型）。（3）課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是主電路的確定，主電路的分析說(shuō)明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路的設(shè)計(jì)（4）課程設(shè)計(jì)用紙和格式統(tǒng)一a4 紙打?。?yè)邊距：上下左

5、右各留1.8cm）大標(biāo)題：3 號(hào)字；小標(biāo)題：4 號(hào)字；正文：小4 號(hào)字4主要參考文獻(xiàn)（1）浣喜明，姚為正 電力電子技術(shù) 高等教育出版社 2004（2）黃俊 半導(dǎo)體交流技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 1980（3）李傳琦 電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 電子工業(yè)出版社 2006（4）王兆安，劉進(jìn)軍 電力電子技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2009（5）李先允 電力電子技術(shù) 中國(guó)電力出版社 20105課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排起 止 日 期工 作 內(nèi) 容12月27日12月28日12月 28日12月29日 12月 29日12月30日1月30日 1 月31 日1月3日 1 月 4日 1月4日 1 月 5日 1月5 日 1 月 7日收集

6、資料。方案論證主電路設(shè)計(jì)理論計(jì)算。選擇器件的具體型號(hào)觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，確定變壓器變比及容量總結(jié)并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)6成績(jī)考核辦法教研室審查意見(jiàn)：教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見(jiàn)：主管領(lǐng)導(dǎo)簽字： 年 月 日第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1課程設(shè)計(jì)目的“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。因此，通過(guò)電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：1）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，并設(shè)計(jì)出具有電壓可調(diào)功能的直流電源系統(tǒng)的能力；2）較全面地鞏固和應(yīng)用本課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌整流電路設(shè)計(jì)的基本方法。3）培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力；4）培養(yǎng)分

7、析、總結(jié)及撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告的能力。1.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)熟悉電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)。1.3 課程設(shè)計(jì)要求1、單相橋式相控整流的設(shè)計(jì)要求為： 負(fù)載為感性負(fù)載,l=700mh,r=500歐姆.2、技術(shù)要求: 1)、電源電壓：交流100v/50hz2)、輸出功率：500w3)、移相范圍090 按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)提供的課題，根據(jù)基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。第2章 課程設(shè)計(jì)方案的選擇2.1整流電路 單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。而負(fù)載性質(zhì)又分為帶電阻性負(fù)載、電阻-電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況。單相橋式全控整流電

8、路（電阻-電感性負(fù)載）電路簡(jiǎn)圖如下：圖2.1此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，與單相橋式半控整流電路相比，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。單相全控橋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)。 單相全控橋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(fù)載下流過(guò)晶閘管的平均電流減小一半，且功率因數(shù)提高了一半。根據(jù)以上的分析，我選擇的方案為單相全控橋

9、式整流電路（負(fù)載為電阻-電感性負(fù)載）。2.2元器件的選擇 2.2.1晶閘管晶管又稱(chēng)為晶體閘流管，可控硅整流（silicon controlled rectifier-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。 1）晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是大功率器件，工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱，因此必須安裝散熱器。引出陽(yáng)極

10、a、陰極k和門(mén)極（或稱(chēng)柵極）g三個(gè)聯(lián)接端。內(nèi)部結(jié)構(gòu):四層三個(gè)結(jié)如圖2.22）晶閘管的工作原理圖晶閘管由四層半導(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。 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)模塊外形圖2.3 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路3）晶閘管的門(mén)極觸發(fā)

11、條件（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； （2）：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；（3）：晶閘管一旦導(dǎo)通門(mén)極就失去控制作用；（4）：要使晶閘管關(guān)斷，只能使其電流小到零一下。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。只有門(mén)極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。2.2.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管簡(jiǎn)稱(chēng)gto1） 可關(guān)斷晶閘管的工作原理圖1.3 gto的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號(hào)gto的導(dǎo)通機(jī)理與scr是完全一樣的。 g

12、to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。晶閘管具有驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單第3章 主電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)原理方框圖如3.1所示：保護(hù)電路負(fù)載電路整流電路驅(qū)動(dòng)電路單相電源輸出 圖3.1系統(tǒng)原理方框圖 3.2系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明圖3.2阻感性負(fù)載電路（a）工作波形（b）假設(shè) ，工作于穩(wěn)定狀態(tài)，負(fù)載電流連續(xù)，近似為一平直的直線。(1)

13、 工作原理 在電源電壓正半周期間，vt1、vt2承受正向電壓，若在時(shí)觸發(fā)，vt1、vt2導(dǎo)通，電流經(jīng)vt1、負(fù)載、vt2和t二次側(cè)形成回路，但由于大電感的存在，過(guò)零變負(fù)時(shí)，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使vt1、vt2繼續(xù)導(dǎo)通，直到vt3、vt4被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，vt1、vt2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。在電源電壓負(fù)半周期間，晶閘管vt3、vt4承受正向電壓，在時(shí)觸發(fā)，vt3、vt4導(dǎo)通，vt1、vt2受反相電壓截止，負(fù)載電流從vt1、vt2中換流至vt3、vt4中在時(shí)，電壓過(guò)零，vt3、vt4因電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直導(dǎo)通，直到下個(gè)周期vt1、vt2導(dǎo)通時(shí)，vt3、vt4因加反向電壓才截

14、止。值得注意的是，只有當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近零，因此這種電路控制角的移相范圍是。（1） 輸出電壓平均值和輸出電流平均值 (3-2-1) (3-2-2)（2）晶閘管的電流平均值和有效值 (3-2-3) (3-2-4)（3）輸出電流有效值i和變壓器二次電流有效值 (3-2-5) （4）晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為 3.3原理圖的分析該電路主要由四部分構(gòu)成，分別為電源，過(guò)電保護(hù)電路，整流電路和觸發(fā)電路構(gòu)成。輸入的信號(hào)經(jīng)變壓器變壓后通過(guò)過(guò)電保護(hù)電路，保證電路出現(xiàn)過(guò)載或短路故障時(shí)，不至于傷害到晶閘管和負(fù)載。在電路中還加了防雷擊的保護(hù)電路。然后將

15、經(jīng)變壓和保護(hù)后的信號(hào)輸入整流電路中。整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號(hào)的作用下動(dòng)作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。在電路中,過(guò)電保護(hù)部分我們分別選擇的快速熔斷器做過(guò)流保護(hù),而過(guò)壓保護(hù)則采用rc電路。這部分的選擇主要考慮到電路的簡(jiǎn)單性，所以才這樣的保護(hù)電路部分。整流部分電路則是根據(jù)題目的要求，選擇的我們學(xué)過(guò)的單相橋式整流電路。該電路的結(jié)構(gòu)和工作原理是利用晶閘管的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)將交流變?yōu)橹绷鞯墓δ?。觸發(fā)電路是由設(shè)計(jì)題目而定的，題目要求了用單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路的移相范圍變化較大，而且由于是直接觸發(fā)電路它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一方面是方便我們對(duì)設(shè)計(jì)電路中變壓器型號(hào)的選擇。第4章 輔助電路的設(shè)計(jì)

16、4.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)對(duì)于使用晶閘管的電路，在晶閘管陽(yáng)極加正向電壓后，還必須在門(mén)極與陰極之間加觸發(fā)電壓，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)刻可靠導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)電路亦稱(chēng)觸發(fā)電路。根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，對(duì)變流裝置的輸出功率進(jìn)行控制。觸發(fā)電路是變流裝置中的一個(gè)重要組成部分，變流裝置是否能正常工作，與觸發(fā)電路有直接關(guān)系，因此，正確合理地選擇設(shè)計(jì)觸發(fā)電路及其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是保證晶閘管變流裝置安全，可靠，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。4.1.1觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過(guò)零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對(duì)其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求： 觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。 觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。由閘管的

17、門(mén)極伏安特性曲線可知，同一型號(hào)的晶閘管的門(mén)極伏安特性的分散性很大，所以規(guī)定晶閘管元件的門(mén)極阻值在某高阻和低阻之間，才可能算是合格的產(chǎn)品。晶閘管器件出廠時(shí)，所標(biāo)注的門(mén)極觸發(fā)電流igt、門(mén)極觸發(fā)電壓u是指該型號(hào)的所有合格器件都能被觸發(fā)導(dǎo)通的最小門(mén)極電流、電壓值，所以在接近坐標(biāo)原點(diǎn)處以觸發(fā)脈沖應(yīng)一定的寬度且脈沖前沿應(yīng)盡可能陡。由于晶閘管的觸發(fā)是有一個(gè)過(guò)程的，也就是晶閘管的導(dǎo)通需要一定的時(shí)間。只有當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極電流即主回路電流上升到晶閘管的掣住電流以上時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，所以觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的寬度才能保證被觸發(fā)的晶閘管可靠的導(dǎo)通，對(duì)于電感性負(fù)載，脈沖的寬度要寬些，一般為0.51ms，相當(dāng)于50hz、1

18、8度電度角。為了可靠地、快速地觸發(fā)大功率晶閘管，常常在 觸發(fā)脈沖的前沿疊加上一個(gè)觸發(fā)脈沖。 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖的寬度要能維持到晶閘管徹底導(dǎo)通后才能撤掉，晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的幅值要求是：在門(mén)極上施加的觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流應(yīng)大于產(chǎn)品提出的數(shù)據(jù)，但也不能太大，以防止損壞其控制極，在有晶閘管串并聯(lián)的場(chǎng)合，觸發(fā)脈沖的前沿越陡越有利于晶閘管的同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。例如單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，要求觸發(fā)脈沖的移項(xiàng)范圍是0度180度，帶大電感負(fù)載時(shí)

19、，要求移項(xiàng)范圍是0度90度；三相半波可控整流電路電阻性負(fù)載時(shí)，要求移項(xiàng)范圍是0度90度。觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個(gè)周期都以相同的控制角被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，兩者的頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。觸發(fā)電路同時(shí)受控于電壓uc與同步電壓us控制。4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必不可少的。4.2.1 主電路的過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)所謂過(guò)壓保護(hù)，即指流過(guò)晶閘管兩端的電壓值超過(guò)晶閘管在正常工作時(shí)所能承

20、受的最大峰值電壓um都稱(chēng)為過(guò)電壓。產(chǎn)生過(guò)電壓的原因一般由靜電感應(yīng)、雷擊或突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起。其中，對(duì)雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓，需在變壓器的初級(jí)側(cè)接上避雷器，以保護(hù)變壓器本身的安全；而對(duì)突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起的過(guò)電壓，一般發(fā)生在交流側(cè)、直流側(cè)和器件上，因而，下面介紹單相橋式全控整流主電路的電壓保護(hù)方法。1.交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程：電源變壓器初級(jí)側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵(lì)磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時(shí)間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級(jí)感應(yīng)出很高的瞬時(shí)電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)2.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程：當(dāng)某一橋臂的晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時(shí)，

21、由于直流住電路電感中儲(chǔ)存能量的釋放，會(huì)在電路的輸出端產(chǎn)生過(guò)電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù) 圖3.4主電路的過(guò)電壓保護(hù)4.2.2主電路的過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流現(xiàn)象。過(guò)電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時(shí)采用幾種過(guò)電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時(shí)的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流快速斷路器在電子電力動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：1、電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接

22、形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。3、快熔的it值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許it值。4、為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性?？烊蹖?duì)器件的保護(hù)方式分為全保護(hù)和短保護(hù)兩種。全保護(hù)是指無(wú)論過(guò)載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用，此方式需與其他過(guò)電流保護(hù)措施相配合。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

23、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)快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對(duì)元件的保護(hù)作用最好。4.2.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)1) 電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開(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/s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2.8所示:圖2.8串聯(lián)電感抑制回路2) 電壓上升率dv/dt的抑制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

24、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2.9所示：圖2.9并聯(lián)r-c阻容吸收回第五章 元器件和電路參數(shù)計(jì)算5.1. 晶閘管的基本特性5.1.1靜態(tài)特性靜態(tài)特性又稱(chēng)伏安特性，指的是器件端電壓與電流的關(guān)系。這里介紹陽(yáng)極伏安特性和門(mén)極伏安特性。（1） 陽(yáng)極伏安特性晶閘管的陽(yáng)極伏安特性表示晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的電壓uak與陽(yáng)極電流ia之間的關(guān)系曲線，如圖5-1所示。圖5.1 晶閘管陽(yáng)極伏安特性正向阻斷高阻區(qū)；負(fù)阻區(qū)；正向?qū)ǖ妥鑵^(qū)；反向阻斷高阻區(qū)陽(yáng)

25、極伏安特性可以劃分為兩個(gè)區(qū)域：第象限為正向特性區(qū)，第象限為反向特性區(qū)。第象限的正向特性又可分為正向阻斷狀態(tài)及正向?qū)顟B(tài)。（2） 門(mén)極伏安特性晶閘管的門(mén)極與陰極間存在著一個(gè)pn結(jié)j3，門(mén)極伏安特性就是指這個(gè)pn結(jié)上正向門(mén)極電壓ug與門(mén)極電流ig間的關(guān)系。由于這個(gè)結(jié)的伏安特性很分散，無(wú)法找到一條典型的代表曲線，只能用一條極限高阻門(mén)極特性和一條極限低阻門(mén)極特性之間的一片區(qū)域來(lái)代表所有元件的門(mén)極伏安特性，如圖5-2陰影區(qū)域所示。圖5.2 晶閘管門(mén)極伏安特性5.1.2動(dòng)態(tài)特性晶閘管常應(yīng)用于低頻的相控電力電子電路時(shí)，有時(shí)也在高頻電力電子電路中得到應(yīng)用，如逆變器等。在高頻電路應(yīng)用時(shí)，需要嚴(yán)格地考慮晶閘管的

26、開(kāi)關(guān)特性，即開(kāi)通特性和關(guān)斷特性。（1）開(kāi)通特性晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過(guò)程為開(kāi)通過(guò)程。圖1-12給出了晶閘管的開(kāi)關(guān)特性。在晶閘管處在正向阻斷的條件下突加門(mén)極觸發(fā)電流，由于晶閘管內(nèi)部正反饋過(guò)程及外電路電感的影響，陽(yáng)極電流的增長(zhǎng)需要一定的時(shí)間。從突加門(mén)極電流時(shí)刻到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)定值it的10%所需的時(shí)間稱(chēng)為延遲時(shí)間td，而陽(yáng)極電流從10%it上升到90%it所需的時(shí)間稱(chēng)為上升時(shí)間tr，延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和為晶閘管的開(kāi)通時(shí)間tgt=td+tr，普通晶閘管的延遲時(shí)間為0.51.5s，上升時(shí)間為0.53s。延遲時(shí)間隨門(mén)極電流的增大而減少，延遲時(shí)間和上升時(shí)間隨陽(yáng)極電壓上升而下降。圖6.7 晶閘管的開(kāi)關(guān)特

27、性（2）關(guān)斷特性通常采用外加反壓的方法將已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。反壓可利用電源、負(fù)載和輔助換流電路來(lái)提供。要關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管，通常給晶閘管加反向陽(yáng)極電壓。晶閘管的關(guān)斷，就是要使各層區(qū)內(nèi)載流子消失，使元件對(duì)正向陽(yáng)極電壓恢復(fù)阻斷能力。突加反向陽(yáng)極電壓后，由于外電路電感的存在，晶閘管陽(yáng)極電流的下降會(huì)有一個(gè)過(guò)程，當(dāng)陽(yáng)極電流過(guò)零，也會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)電流，反向電流達(dá)最大值irm后，再朝反方向快速衰減接近于零，此時(shí)晶閘管恢復(fù)對(duì)反向電壓的阻斷能力。5.2晶閘管基本參數(shù)5.2.1晶閘管的主要參數(shù)說(shuō)明：1、額定電壓utn通常取udrm和urrm中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電壓等級(jí)作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時(shí)，額定

28、電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的23倍，以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓 utn =（23）utm utm ：工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓 2、額定電流it(av) it(av) 又稱(chēng)為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40和規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負(fù)載流過(guò)正弦半波、導(dǎo)通角不小于170的電路中，結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)，所允許的最大通態(tài)平均電流值。將此電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流取相近的電流等級(jí)即為晶閘管的額定電流。itn ：額定電流有效值，根據(jù)管子的it(av) 換算出，it(av) 、itm itn 三者之間的關(guān)系： (5-2-1) (5-2-2)3、 維持電流ih 維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)

29、通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。維持電流與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，維持電流越小，晶閘管越難關(guān)斷。4、 掣住電流il 晶閘管剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)并撤除門(mén)極觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)要維持元件導(dǎo)通所需的最小陽(yáng)極電流稱(chēng)為掣住電流。一般掣住電流比維持電流大（24）倍。5、通態(tài)平均管壓降 ut(av) 。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導(dǎo)通的正弦波半個(gè)周期內(nèi)陽(yáng)極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2v。6、門(mén)極觸發(fā)電流ig 。在常溫下，陽(yáng)極電壓為6v時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所用的門(mén)極電流，一般為毫安級(jí)。7、 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。在額定結(jié)溫和門(mén)極開(kāi)路的情況下，不會(huì)導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大

30、正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。8、 通態(tài)電流臨界上升率di/dt。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電流上升率。若晶閘管導(dǎo)通時(shí)電流上升太快，則會(huì)在晶閘管剛開(kāi)通時(shí)，有很大的電流集中在門(mén)極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過(guò)熱而損壞晶閘管。9、波形系數(shù)：有直流分量的電流波形，其有效值與平均值之比稱(chēng)為該波形的波形系數(shù)，用kf表示。 (5-2-3) 額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù) (5-2-4)5.2.2晶閘管的選型該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。 時(shí)，不計(jì)控制角余量按計(jì)算由 得 =111v 考慮2倍裕量：取222v晶閘管的選擇原則：、所選晶閘管電流有效值大于元件 在電路中可能流過(guò)的最大電流有效值。、 選擇時(shí)考慮（1.52）倍的安全余量。即當(dāng)時(shí)， 晶閘管額定電流 考慮2倍裕量：取6