晶閘管直流穩(wěn)壓電源畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)設計說明書 摘要 晶閘管直流穩(wěn)壓電源是通過整流橋把交流電轉換為直流電的向負載直接供電的裝置。其設計重點是保證有較高的轉化效率和輸出的直流電壓保持穩(wěn)定。本文介紹了以晶閘管組成三相橋式整流電路，用KJ004和KJ041組成的觸發(fā)電路的晶閘管直流穩(wěn)壓電源。該電源大大提高了電流的轉換效率和電壓的穩(wěn)定性，在一定程度上解決了現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題，從而提高了系統(tǒng)的整體運行性能。本文研究電源從主電路入手，分析了三相橋整流器的輸出特性和其所需要的觸發(fā)脈沖的特性，確定了主電路和觸發(fā)電路。從輸出電壓穩(wěn)定性方面入手增加了電壓調(diào)節(jié)器電流調(diào)解器和濾波電路等輔助電路。從保護晶閘管元件方面入手增加了電壓電流保護電路等輔

2、助電路。 本文涉及的電源能夠從10V-100V連續(xù)可調(diào)，有較大的調(diào)壓范圍，在擾動的情況下也能夠輸出較穩(wěn)定的電壓，能夠滿足生產(chǎn)和生活需要。關鍵詞：晶閘管可控硅整流電路；觸發(fā)電路；穩(wěn)壓電源AbstractThe thyristor current voltage-stabilized source is an AC-DC converter. Which changes AC to DC by Full Bridge converter .Its designed key point is the higher transformed effciency and the output DC vol

3、tage maintentance is stable . This article introduces a voltage-stabilized source .Which trigger converters is composes with KJ004 and KC41C and its three phase Full bridge controlled rectifier is discomposed with thyristor .This power source greatly enhances the current transformed efficiency and t

4、he outputVoltage-stabily,has solved the existing system existence problem in the certain degree, and thus enhances the whole systems performance characteristic. This article studies the power to obtain from the main circuit ,analyzes the trigger pulse characteristic which the three phase bridge rect

5、ifier input level and its needed to determine the main circuit and the triggert circuit .Obtained from the output voltage stable aspectincreased auxiliary circuit ,voltage regulator ,current regulator and flitter circuit and so on .Obtained from the protection crystal thyratron part aspect,increated

6、 the voltage electric protection circuit and so on .This powers output voltage can move from 10V to 100V ,has a wider accent to press the scope, its output voltage is stabilized when the perturbation in the situation .This power can satisfy the production and the life need.Keywords: Thyristor Full-b

7、ridge controlled rectifier ;Trigger Converter ;Voltage-stabilized source .目錄摘要1第一章 緒論31.1 可控整流31.2逆變與變頻41.3交流調(diào)壓41.4直流斬波調(diào)壓41.5無觸點功率靜態(tài)開關4第二章主電路的設計62.1整流晶閘管和三相橋62.1.1晶閘管特性62.1.2定量計算922 整流變壓器的設計102.2.1整流變壓器參數(shù)計算102.2.2 整流變壓器的結構計算112.3 晶閘管的選用132.4濾波電路14第三章 保護電路1531過電壓保護15311 過電壓產(chǎn)生原因及分類15312 過電壓保護措施1632 過電

8、流保護18321 快速熔斷器保護183.3 保護電路的計算193.3.1交流側浪涌過電壓抑制用RC電路計算193.3.2晶閘管保護計算20第四章 控制電路2141 控制電路的分析214.1.1電流互感器及整流部分214.1.2 電壓調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器224.2控制電路的設計計算244.2.1電流調(diào)節(jié)器的設計244.2.2電壓調(diào)節(jié)器的設計計算254.2.3電壓反饋計算264.2.4電流反饋計算26第五章 晶閘管的觸發(fā)電路的設計2751觸發(fā)電路的要求2752 集成觸發(fā)電路及數(shù)字觸發(fā)電路28521 KC04、KC41C織成的三相集成觸發(fā)電路28522 KC41C六路雙脈沖形成器28謝語32參考資料3

9、3第一章 緒論 晶閘管全稱為晶體閘流管，是一種功率半導體器件。由于它具有容量大、效率高、控制特性好、壽命長以及體積小等優(yōu)點，因此，自60年代以來，獲得了迅猛發(fā)展以晶閘管為主體的一系列功率半導體器件的應用技術已形成獨立的電力電子學科。目前由傳感電子信息電子和電力電子三部分組成的大電子技術的概念，已被科技界正式接受。 電力半導體器件是一系列固態(tài)高電壓大電流開關器件，其應用技術的基本功能是對電能的整流、逆變、斬被、變頻、開關等的控制。它是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之間的主要接口，是弱電控制和被控強電之間的橋梁。從節(jié)能的觀點出發(fā)，電力電子技術被譽為80年代的新電氣技術。我國的能源利用率較低，按國民生產(chǎn)單產(chǎn)能耗

10、計算，是法國的498倍、日本的443倍、印度的1、65倍，因此，迅速生產(chǎn)與使用功率半導體3器件是當務之急。 我國在近20年來，晶閘管制造與應用技術發(fā)展迅速，目前已能大規(guī)模生產(chǎn)各種類型的晶閘管元件，單個元件容量已達電壓4000V以上、電流2000A以上，派生的晶閘管元件如雙向、快速、可關斷、逆導等品種均有供應，其它如大功率晶體管(GTR)、功率MOS場效應管、絕緣門極晶體管(IGBT）等也正在積極開發(fā)生產(chǎn)。 晶閘管元件在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和民用方面的應用，按其變換功能，大致可分為下列五個方面。1.1 可控整流 晶閘管組成的整流器可以在交流電壓不變的情況下，方便地改變直流輸出電壓的大小，即可控整流。所以可

11、控整流是實現(xiàn)交流到可變直硫之間的變換。晶閘管可控整流已取代直流發(fā)電機組用作直流拖動調(diào)速裝置，廣泛用于機床、軋鋼、造紙、紡織、電解電鍍、光電、勵磁等領域。1.2逆變與變頻 利用晶閘管特性，將直流變換成交流的過程稱為逆變。如果把直流電變換成50Hz的交流電并將直流電能反饋給交流電網(wǎng)，這種逆變稱為有源逆變，主要用于線繞式電動機串級調(diào)速與直流高壓輸電。把電網(wǎng)的交流電變換成頻率與大小可調(diào)的交流電稱為變頻。變頻電源主要用于交流電動機變頻調(diào)速、中頻加熱熔煉、不停電電源等，這是很有發(fā)展前途的應用領域。1.3交流調(diào)壓 利用晶閘管的開關特性代替老式的接觸調(diào)壓器、感應調(diào)壓器和電抗器調(diào)壓，用晶閘管實現(xiàn)交流到可變交流之

12、間的變換稱為交流調(diào)壓其主要用于燈光亮度控制、溫度控制以及交流電動機的調(diào)壓調(diào)速等。1.4直流斬波調(diào)壓利用品閘管作直流開關， 控制晶閘管的通斷比和通斷頻率，將固定的直流電壓變換成可調(diào)的直流電壓稱為斬波調(diào)壓又稱脈沖調(diào)壓。其主要用于采用直流電源的車輛凋速傳動，如城市電車、電氣機車、電瓶搬運車和鏟車以及開關直流電源等。1.5無觸點功率靜態(tài)開關晶閘管作為功率開關元件代替接觸器與繼電器用于操作頻率與開關頻率高的場合。如軋機的輥道傳動、機床頻繁的正反轉、高精度溫度控制等，其工作頻率有時高達每小時15003000次，一般電磁接觸器工作一星期就達到正常使用壽命而損壞。而晶閘管無觸點功率開關具有無聲、無火花、開關頻

13、率高、電磁干擾小以及壽命長等優(yōu)點，雖然一次投資較大，但使用可靠、維護方便，因此應用日益廣泛，在易燃易爆等特殊場合，采用晶閘管功率開關更為適合。晶閘管組成的變流裝置有以下優(yōu)點：(I)裝置功率放大倍數(shù)大，可達106以上，與直流發(fā)電機組相比，要高三個數(shù)量級。(2)快速響應好，變流機組為秒級而晶閘管為毫秒級。(3)功耗低、效率高，節(jié)能效果顯著。(4)它是靜止式電子裝置，體積小，重量經(jīng)，無噪聲，無火花磨損，維護方便，可靠性高。缺點：(1)晶閘管元件的電壓電流過載能力差，必須設置可靠的保護措施。(2)晶閘管采用移相觸發(fā)時，出現(xiàn)非正弦電壓與電流，使電網(wǎng)波形畸變產(chǎn)生高次諧波導致電網(wǎng)質(zhì)量下降。(3)移相控制在控

14、制角大時，功率因數(shù)低。以上不足隨著元件質(zhì)量的提高、保護措施的成熟以及電路設計的改進，正在逐步被克服。電力半導體變流技術的發(fā)展方向為：(1)進一步提高晶閘管器件的性能，除普通晶閘管向高電壓大電流發(fā)展外，還大力研制生產(chǎn)特殊的晶閘管，如雙向、可關斷、逆導、場控、光控晶閘管等。(2)功率器件由單個結構向模塊結構發(fā)展，即由幾個功率器件芯片組成一個模塊，縮小體積，減少連線，以方便使用。(3)近幾年國際上已發(fā)展了功率集成電路(PLC)，功能上含有邏輯、控制、功率保護以及傳感與測量等部分，更進一步的則含有微機控制部分。 (4)新型功率器件發(fā)展迅速。晶閘管與大功率晶體管一類是靠門極(基極)的電流變化來實現(xiàn)器件的

15、工作的，目前已出現(xiàn)靠電場來改變基區(qū)中空間電荷層的寬度的器件，以便控制電流通道的夾斷或打開，這類器件有靜電感應晶體管(SIT)和靜電感應晶閘管（SITH）。另一類是靠電場來改變溝道的導電類型使器件開關，這類器件有功率MOS管（VDMOS)和絕緣門極晶體管(IGBT)。這兩類器件已完全進入生產(chǎn)實用階段。本文主要介紹以晶閘管為整流原器件的直流穩(wěn)壓電源的設計。包括晶閘管元件可控整流主電路設計、控制電路設計、觸發(fā)控制電路設計及過壓、過流保護設計。在進行設計時，要著重物理概念與基本分析方法，要理論聯(lián)系生產(chǎn)實際，做到元件、電路、應用三方面相結合。要特別注意各種電路的波形與相位分析，從波形分析中進一步理解電路

16、工作情況，同時要注意讀圖與分析線路能力的培養(yǎng)。由于本設計實踐性很強，要特別重視動手能力的鍛煉，提高接線、測量、調(diào)整以及故障分析的能力。本設計內(nèi)容豐富，涉及高等數(shù)學、電子技術基礎、電機與拖動等課程的知識，需要學習時復習相關課程與進行蹤合運用。第二章主電路的設計 主電路設計包括整流變壓器設計、晶閘管的選用、整流方式的選用以及濾波電路的設計。其主要構造如圖2-1。圖2-12.1整流晶閘管和三相橋2.1.1晶閘管特性本設計整流元件使用晶閘管，它有下列特性：1)晶閘管的導通條件：在晶閘管的陽極和陰極間加正向電壓，同時在它的門極和陰極間也加正向電壓 ，兩者缺一不可。 2)晶閘管一旦導通，門極即失左控制作用

17、，因此門極所加的觸發(fā)電壓一般為脈沖電壓。晶閘管從阻斷變?yōu)閷ǖ倪^程稱為觸發(fā)導通。門極觸發(fā)電流一般只有幾十毫安到幾百毫安而晶閘管導通后，可以通過幾百、幾千安的電流o3)晶閘管的關斷條件：使流過晶閘管的陽極電流小于維持電流。維持電流是保持晶閘管導通的最小電流。圖2-1為三相橋式全控整流電路，它可以看作是一組共陰接法和另一組共陽接法的三相半波可控整流電路申聯(lián)而成的。共陰組、在正半周導電， 圖2-2 三相橋式全控整流電路多用于直流電動機或要求實現(xiàn)有源逆變的負載。為使時及時三相橋式整流電路輸出波形圖2-3負載電流連續(xù)平滑，有利于直流電動換向及減小火花，以改善電動機的機械特性，流經(jīng)變壓器的電流為正向電流；

18、共陽組、 在負半周導電，流經(jīng)變壓器的電流為反向電流（如圖2-3）。變壓器每相繞組在正負半周都有電流流過，因此 變壓器繞組中沒有直流磁通勢，同時也提高了變壓器繞組的利用率。一被要串入電感量足夠大的平波電抗器Ld，這樣就等同于含有反電動勢的大電感負載。圖2-2是三相橋式全控整流電路在和及時的波形圖。 2.1.2定量計算1整流輸出電壓平均值Ud 對于大電感負載，在oa90。范圍，負載電流連續(xù)，晶間管導通角均為。輸出整流電壓Ud波形連續(xù)，整流輸出電壓平均值為：式中：變壓器二次測得電壓有效值。2.負載電流平均值Id為： Id=式中 E直流電動機電樞反電動勢；回路總電阻，它包括電摳繞組電阻、平波電抗器及整

19、流變壓器等效內(nèi)阻等。3整流變壓器二次側繞組電流有效值為：由于波形是方波(見圖2-2中矩波形)，而且一周內(nèi)有三分之二時間在工作，所以，二次側繞組(指星形接法)電流有效值為： =4.流過晶閘管的電流平均值、有效值和晶閘管承受的最高電壓 由于流過晶閘管的電流是方波，一周期內(nèi)每管僅導通三分之一時間，所以，流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為：品閘管兩端承受的最高電壓與三相半波一樣，為線電壓的最大值，即： 綜上所述，三相橋式全控整流電路輸出電壓脈動小，脈動頻率高，基波頻率為300Hz，在負載要求相同的直流電壓下，晶閘管承受的最大正反向電壓將比三相半波減小一半，變壓器的容量也較小，同時三相電流平衡，無須中

20、線，適用于大功率高電壓可變直流電源的負載。但電路須用六只晶閘管，觸發(fā)電路也較復雜，所以一般只用于要求能進行有源逆變的負載，或中大容量要求可逆調(diào)速的直流電動機負載。對一般電阻性負載，或不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)等，可采用三相半控橋整流電路。22 整流變壓器的設計因為本設計要求直流輸出10100V/10A可調(diào)穩(wěn)壓直流電,而交流側為380伏電壓，直接整流不能滿足需要電壓，故在主電路的設計中需要整流變壓器。鑒于三相橋式整流方式的廣泛性與使用性，本設計采用三相橋式整流電路. 2.2.1整流變壓器參數(shù)計算 計算整流變壓器參數(shù)的計算主要是根據(jù)負載要求的直流電壓、電流選定主電路的形式，進而計算出二次電壓、二次電流和一

21、次電流，最后確定一二次容量和計算容量。計算整流變壓器的二次相電壓要考慮電網(wǎng)電壓波動和最小控制角。按規(guī)定電網(wǎng)電壓允許波動為+5%10%。在電網(wǎng)電壓最低時要保證負載所需要的最大電壓。通常電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。對于要求輸出的直流電壓保持恒定的整流裝置，在交流電網(wǎng)電壓降低時，則必須減小控制角以保證輸出的直流電壓不變。因此不能按計算。另外在可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)中由于需要對逆變角加以限制。故取。所以在計算時需考慮此問題。本設計僅僅用于整流。取。此處=。已知輸出電壓10100V/10A直流，一次側電壓380V交流。根據(jù)三相橋式整流計算公式可以得到：為了便于設計，在滿足設計要求的 前提下，取=50V。二次測電流：容量計算

22、；由變壓器性質(zhì)可知：則有A，取1.1A。變壓器的容量是相數(shù)、相電壓有效值、相電流有效值三者的乘積。因此二次側容量VAVA VA2.2.2 整流變壓器的結構計算鐵心有效面積：式中為變壓器的初級功率，為比例系數(shù)，與初級功率大小有關，其關系如表（2-1） 510 1050 50100 100500 21.75 1.751.51.51.351.351.25而變壓器初級功率：W根據(jù)表（1-1）取=1.3，則：=計算繞組匝數(shù)計算一次側繞組每伏匝數(shù)：計算二次側繞組每伏匝數(shù)：計算一次繞組匝數(shù)：計算二冊側匝數(shù)： 其中：f:電源頻率（Hz） S:鐵心有效截面積（） B：鐵心磁感應強度（Gs），對冷軋硅鋼片取140

23、0016000Gs，此處取16000Gs :電壓調(diào)整率。見表（2-2）表（2-2） P（VA）3050 50100 100250 250500 5 3 2.5 2計算繞組線徑一次繞組線徑計算：二次繞組線徑計算：2.3 晶閘管的選用 晶閘管的額定電流的有效值可以根據(jù)通態(tài)電流定義。求出兩者關系為。此式表明：額定電流為10A的晶閘管能通過晶閘管的實際電流歐效值15.7A。根據(jù)便流裝置的形式、負載平均電流、晶閘管導通角，可以求出通過晶閘管得實際電流有效值。考慮到晶閘管的過載能力差，在選擇晶閘管的額定電流時取實際需要值的1.52倍，使之有一定的安全裕量，保證晶閘管可靠運行。額定電壓取實際需要要值的23倍

24、。根據(jù)有效值相等的原則，通常按下式計算晶閘管的額定電流：=(1.52)=(1.52)=7.810.39(A),取10A晶閘管的額定電壓: .取400V.2.4濾波電路實際應用的整流器會產(chǎn)生大量諧波電流流入電網(wǎng)，導致供電電壓畸變，對電網(wǎng)造成諧波污染。對此，可以采用多種積聚方法。其中，LC濾波器出現(xiàn)最早，雖然出現(xiàn)一些較難克服的缺點，但因其具有結構簡單、設備投資較少，運行可靠性較高、運行費用較低等優(yōu)點，因此至今仍是應用最多的方法。本設計利用六脈波整流器整流。整流器工作時會產(chǎn)生諧波電流流入交流電網(wǎng)側。當整流器工作在理想條件下，其產(chǎn)生的諧波為特征諧波。整流器的特征諧波次數(shù)取決于其脈波數(shù)。6脈波整流器的特

25、征諧波次數(shù)為6k1(k=1,2,3,.). LC濾波器也稱為無源濾波器，由電容器和電抗器組成。本設計的LC濾波器中，電抗器串聯(lián)于主電路輸出端，電容器并聯(lián)于主電路輸出端，其參數(shù)計算如下。L C濾波器：LC= 式中 m 整流器相數(shù)，三相全波整流時 m=6。 f 電源頻率（Hz）,f =50 Hz 。 L 濾波電感量（H）。 C 濾波電容量（）。 則計算得 LC=1.13L的設計與計算： 本設計中濾波電感L的鐵心已經(jīng)給出，其面積為=3.25。輸出電流為I=10A，磁密B=8000（線性），線圈匝數(shù)為N=51，氣隙為： =0.8mm L= = =1.33 mH由于已知LC=1.13，且L=1.33mH

26、。則電容C的計算值為： C=850 本設計取電容C=1000。第三章 保護電路 在電力電子電路中，為確保變流電路正常工作，除了適當選擇電力電子器件參數(shù)、設計良好的驅動電路外，還要采用必要的保護措施，即過電壓保護、過電流保護等，如圖3-1圖3-131過電壓保護 311 過電壓產(chǎn)生原因及分類 過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電功率或系統(tǒng)的儲能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)能量來不及轉換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時消散而造成的。 過電壓主要表現(xiàn)為兩種類型：一是開關的開、閉引起的沖擊過電壓(也稱為操作過電壓)；二是雷擊或其他外來沖擊過電壓，電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓還可分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓

27、兩類，外因過電壓主要來白雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括： 1)操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起的過電壓，電網(wǎng)側的操作過電壓會由供電變壓器電磁感應耦合，或由變壓器繞組之間存在的分布電容靜電感應耦合過來。 2)雷擊過電壓：由于雷擊引起的過電壓。 內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關過程，包括： 1)換相過電壓：由于晶閘管或者與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載流子恢復。而當其恢復了阻斷能力時，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會因為線路電感而在晶閘管陰陽極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。其值與換

28、相結束后的反向電壓有關，反向電壓越高，則過電壓值越大，可達到工作電壓峰值的56倍。 2)關斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當器件關斷時，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。312 過電壓保護措施 (1)操作過電壓的保護 針對形成過電壓的不同原因，可以采取不同的抑制方法，如減少過電壓源，使過電壓幅值衰減；抑制過電壓能量上升的速率，延緩已產(chǎn)生的能量消散速度，并增加其消散的途徑；采用電子線路進行保護最常用的是在回路中接人吸收能量的元件，稱吸收回路或緩沖回路。 圖3-2所示的阻容元件是用于吸收晶閘管關斷時的過電壓，圖中電容c起主要的吸收尖峰過電壓能量的作用，為了防止諧振電壓

29、，在電容回路中串人阻尼電阻R。圖3-2 晶閘管的保護 抑制過電壓的RC吸收回路在交流側的幾種不同接法如圖3-3所示。交流側阻容吸收電路的幾種接法：a）單相聯(lián)接 b）三相星形聯(lián)接 c）三相三角形聯(lián)接 d）三相整流聯(lián)接 圖3-3交流側阻容吸收電路圖a） 圖b）圖c） 圖d）(2)浪涌(雷擊）過電壓的保護 上述阻客吸收電路的時間常數(shù)是固定的，有時對雷擊或從電網(wǎng)竄入的時間短、峰值高、能量大的過電樂來不及放電，抑制過電壓的效果較差，需壓要在變流裝置的進、出線端并接壓敏電阻等非線件元件。 壓敏電阻是以氧化鋅為基體的金屬氧化物非線性電阻，其結構為兩個電極電極之間填充有氧化鉍等品粒界層。在正常電壓作用下晶粒界

30、層至高阻態(tài)，僅有小于l00uA的漏電流；過電壓時引起電子雪崩，品粒界層迅速變成低阻抗使電流迅速增大，而泄漏能量抑制過電壓，起到保護晶閘管的作用。壓敏電阻具有如圖3-4所示的伏安特性。 圖3-5 壓敏電阻的應用 32 過電流保護 由于電力電子器件管芯體積小、熱容量小，特別是在高電壓、大電流應用時，結溫必須受到嚴格的控制，當晶閘管中流過大于額定位的電流時，熱量來不及散發(fā)使得結溫迅速升高，最終將導致結層被燒毀。 產(chǎn)生過電流的原因有多種多樣，如變流裝置本身功率器件損壞、驅動電路發(fā)生故障、控制系統(tǒng)發(fā)生故障：交流電壓過高、過低或者缺相；負載過載或短路及相鄰設備故障影響等，都是導致電力電子器件過電流的因素。

31、 過電流保護方法較常用的有以下幾種： 321 快速熔斷器保護 快速熔斷器保護是最簡單有效的過電流保護元件?？焖偃蹟嗥鞯娜垠w是由銀質(zhì)熔絲理于石英砂內(nèi)。它與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在通常的短路過電流時，熔斷時間小于20ms可在晶閘管損壞之前快熔，切斷短路故障?？焖偃蹟嗥鞯氖褂靡话阌袌D3-6 c所示的三種接法，其中在橋臂中串接熔斷器的保護效果最好，但使用的熔斷器較多。圖3-6所示，在直流側接一只熔斷器，它只能保護負載的故障情況，當晶閘管本身短路時則無法起保護作用。 3.3 保護電路的計算3.3.1交流側浪涌過電壓抑制用RC電路計算若為Y型接法，電容值的計算公式如下： %式中 S 變壓器單

32、相容量，即S=413 W 。 整流變壓器副邊電壓，即 =50 V 。% 變壓器勵磁電流百分數(shù)，本設計取%=10 。計算得 610=9.8 若為型接法，則 =3.3 本設計的阻容吸收保護采取型接法，故電容=3.3 。電容耐壓1.5 （是正常工作時，阻容兩端交流電壓有效值，=）。 即 1.5=1.550=106 V取電容耐壓=110 V 。電阻值的計算是根據(jù)允許的衰減振蕩，計算公式為： 式中 為變壓器短路電壓比，本設計取 =5 。 為變壓器勵磁電流百分數(shù)，本設計取 =10 。則 2.3 =10 而阻容吸收為型接法時，=3=30 。R C正常工作時，電流、電壓有效值為、 ： =2 =23.14503

33、.350 =0.9 A注意：以RC電路星形聯(lián)結為依據(jù)，當RC作三角聯(lián)結時，電容C取星形聯(lián)結計算值的1/3，而電阻Ra取星形聯(lián)結計算的3倍。3.3.2晶閘管保護計算在晶閘管的陰極和陽極兩端并聯(lián)阻容元件，可以用于吸收晶閘管關斷時的過電壓，其中電容起主要的吸收尖峰過電壓能量的作用，為了防止諧振電壓，在電容回路中串人阻尼電阻 =7.36*14.72*F），取0.1取10第四章 控制電路 控制電路采用雙閉環(huán)控制，將電流和轉速分開調(diào)節(jié)的辦法，即在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)電流和電壓，系統(tǒng)購結構圖如圖4-2所示，兩個調(diào)節(jié)之間實行串級聯(lián)接，即以電壓調(diào)節(jié) AUR的輸出作為電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入，再用電流調(diào)節(jié)

34、器ACR的輸出作為晶閘管觸發(fā)器AT的控制電壓，從而調(diào)節(jié)品問管變流器的整流電壓Ud，這樣，兩種調(diào)節(jié)作用就能互相配合、相輔相成了。從系統(tǒng)的反饋線構上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)電壓調(diào)節(jié)環(huán)在外面，是外環(huán)。這就形成電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。結構圖如圖4-1圖4-1 電壓電流雙閉環(huán)結構圖41 控制電路的分析4.1.1電流互感器及整流部分  電力系統(tǒng)中廣泛采用的是電磁式電流互感器(以下簡稱電流互感器)，它的工作原理和變壓器相似。    電流互感器的特點是： (1)一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一

35、次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流而與二次電流無關；(2)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。 電流互感器一、二次額定電流之比，稱為電流互感器的額定互感比：kn=I1n/I2n。    因為一次線圈額定電流I1n己標準化，二次線圈額定電流I2n統(tǒng)一為5(1或0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標準化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即knkN=N1/N2式中N1、N2為一、二線圈的匝數(shù)。本設計二次線圈額定電流為5A。整流部分用二極管作為整流器件，采用三相橋式整流電路。

36、二極管最大承受電壓為：為了留有安全裕量選用二極管的電壓為400V/1W。電路中RP1觸頭上所分電壓為反饋電壓，同時為了工作安全，在反饋信號上接上過流保護。其原理如圖4-2。LM339為電壓比較器，同向輸入端為反饋電壓，反響輸入端為電壓給定10V，若反饋電壓高于給定電壓，LM339輸出高電平，使常開繼電器閉合封鎖電流調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器被強行鉗位，停止輸出。同時為了防止在常開繼電器瞬間不能完成閉合動作，在電流反饋路線中增加常閉繼電器，使得一旦出現(xiàn)過流，電流反饋斷開，保證了器件的安全。 4.1.2 電壓調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)器結構圖如圖4-2，電壓調(diào)節(jié)器的給定為015V可調(diào)，為了保證給頂電壓的穩(wěn)

37、定，本設計中將所有電源通過兩個電容濾波。在實際硬件連接中，電源只給出一對，其它用到此電源的地方都由同一處接出?？刂齐娐返脑诒驹O計采用內(nèi)限幅。當電壓超過限幅值時，二極管導通，將幅值鉗位至二極管的導通電壓，約0.7V，這樣可以用于限制過高輸入信號以保護運算放大器。電壓調(diào)節(jié)器的中心元件采用LF353運放器，調(diào)節(jié)用PI調(diào)節(jié)。電壓調(diào)節(jié)器AUR輸人為電壓給定信號以及電壓反饋信號，后者來自整流電路輸出端的電位器RP3以形成電壓負反饋控制。調(diào)節(jié)電位器RP3的分壓觸頭位置，就可以改變反饋電壓。 電流調(diào)節(jié)器也有兩個輸入，一個是速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出，亦就是電流環(huán)的給定電壓Ui*；另個是電梳反饋電壓Ui，取晶闡管變

38、流器交流側電流經(jīng)互感器TA轉換并整流得到的反饋電壓Ui。實現(xiàn)電流負反饋控制。調(diào)行RP1的分壓觸頭位置，就可以整定電摳電流I與反饋電壓Ui之間的比例系數(shù)，即電流反饋系數(shù)Ki。電流調(diào)節(jié)器的結構和電壓調(diào)節(jié)器基本相同見圖4-2，但兩者反饋信號來源不同。4-2雙閉環(huán)控制電路圖 4.2控制電路的設計計算 如4-2圖所示，控制部分分為電流調(diào)節(jié)，電流反饋，電壓調(diào)節(jié)、電壓反饋護四個部分。根據(jù)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的原則，先設計電流調(diào)節(jié)器，后設計電壓調(diào)節(jié)器。4.2.1電流調(diào)節(jié)器的設計 已知電源輸出為100V/10A，相當于接10的負載。即： 晶閘管整流裝置采用三相橋式電路，則晶閘管放大系數(shù)。電流反饋濾波時間常數(shù)，AUR輸出

39、限幅值10V，最大電壓給定10V，動態(tài)超調(diào)電流5%，系統(tǒng)回路電阻取0.5，時間常數(shù)，過載系數(shù)k=1.5。電流反饋系數(shù)。三相橋式整流電路波頭間隔時間是3.33ms（見表4-1），為了基本濾平波頭，應有（）。故取電流濾波時間常數(shù)為0.002s。 表4-1 整流電路失控時間（f=50Hz）整流方式最大失控時間平均失控時間三相橋式 333ms167ms 由于晶閘管整流裝置采用三相橋式電路，則q=6。于是有： 則 ACR的比例系數(shù)：計算調(diào)節(jié)器電阻與電容 一般運放放大器輸入電阻。取都為，取40。 取0.22按此參數(shù)計算超調(diào)：，符合要求4.2.2電壓調(diào)節(jié)器的設計計算無靜差條件下，電壓調(diào)節(jié)器輸入穩(wěn)定時必有：考

40、慮最大給定電壓下也滿足上式，則有：電壓環(huán)時間常數(shù)AUR也采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：按跟隨性和抗擾性都較好的原則，取中頻寬h=5，則：取，取510，取0.22，取0.224.2.3電壓反饋計算 電壓反饋信號取自整流輸出端，輸出端電壓100V，本設計在輸出端并聯(lián)一個10K電阻作為，電阻串接一個1K電位器，在電位器的滑動觸頭上取反饋電壓。最大反饋電壓為：最大電流：電阻最大發(fā)熱功率：4.2.4電流反饋計算電流反饋信號取自整流變壓器二次側，也是三相整流橋輸入端，采用10A/5A電流互感器取信號，然后通過三相二極管整流橋將交流轉換為直流電反饋到電流調(diào)節(jié)器。由主電路計算可知，整流變壓器的二次電流為8.1

41、6A/50V，則互感器輸出為4.08A/100V。通過三相全橋二極管整流可知：輸出取10K的電位器，則輸出電流電阻功率：W=二極管最大承受電壓為：第五章 晶閘管的觸發(fā)電路的設計51觸發(fā)電路的要求由晶閘管的導通條件可知，當晶閘管承受正向陽極電壓時，必須在門極和陰極之間加適當?shù)恼螂妷?，晶閘管才能正向導通。這種控制晶閘管導通的電路稱為觸發(fā)電路，對于觸發(fā)電路通常有如下要求：1)觸發(fā)電路輸出的脈沖必須具有足夠的功率。為了使元件可靠地被觸發(fā)導通，觸發(fā)脈沖的數(shù)值必須大于門極觸發(fā)電壓UGT和門極觸發(fā)電流，即具有足夠的觸發(fā)功率。但其數(shù)值又必須小于門極正向峰值電壓和門極正向峰值電流，以防止晶閘管門極的損壞。2)

42、觸發(fā)脈沖必須與晶間管的主電壓保持同步。為了保證控制的規(guī)律性，各晶閘管的觸發(fā)電壓與其主電壓之間具有較嚴格的相位關系，即保持同步。3)觸發(fā)脈沖能滿足主電路移相范圍的要求。為了實現(xiàn)變流電路輸出的電壓連續(xù)可調(diào)，觸發(fā)脈沖應能在一定的范圍進行移相。例如單相全控橋電阻負載要求觸發(fā)脈沖移相范圍為。而三相全控橋電感性負載(不接續(xù)流管時)要求觸發(fā)脈沖的移相范圍是。4)觸發(fā)脈沖要具有一定的寬度，前沿要陡。多數(shù)晶閘管電路還要求觸發(fā)脈沖圖5-1 的前沿要陡，以實現(xiàn)精確的觸發(fā)導通控制。當負載為電感性時，晶閘管的觸發(fā)脈沖必須具有一定的寬度，以保證晶閘管的電流上升到擎住電流以上，使元件可靠導通。常見的觸發(fā)脈沖電壓波形如圖5-

43、1所示。觸發(fā)電路通常以組成的主要元件名稱分類，可分為單結晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成電路觸發(fā)器、計算機控制數(shù)字觸發(fā)電路等。下面介紹最常用的集成電路觸發(fā)器。52 集成觸發(fā)電路及數(shù)字觸發(fā)電路 集成觸發(fā)電路具有體積小、功耗小、溫漂小、性能穩(wěn)定、工作可靠等多種優(yōu)點，近年來發(fā)展迅速，應用越來越多。本節(jié)簡要介紹KC系列中的KC04、KC41C組成的三相集成觸發(fā)電路。521 KC04、KC41C織成的三相集成觸發(fā)電路如圖5-2所示，由三塊塊KC04與一塊KC41C外加少量分立元件，可以組成全控橋集成觸發(fā)電路，它比分立元件電路要簡單得多。1KCD4移相觸發(fā)器 KC04與是由同步、鋸齒波形成、移相控制、

44、脈沖形成及放大輸出等環(huán)節(jié)組成。該器件適用于單相、三相全控橋式裝置中作晶閘管雙路脈沖移相觸發(fā)。它輸出的兩路相位差的移相脈沖可方便地構成全控橋式觸發(fā)電路。這種電路帶負載能力強，移相范圍寬。 該電路在一個交流電周期內(nèi)，在1腳和15腳輸出相位差的兩個窄脈沖，可以作為三相全控橋主電路同一相所接的上下晶閘管的觸發(fā)脈沖，16腳接+15v電源，8腳接同步電壓，但由同步變壓器送出的電壓須經(jīng)微調(diào)電位器、電阻和電容l組成的濾波移相，以達到消除同步電壓高頻諧波的侵入，提高抗干擾能力。所配阻容參數(shù)，使同步電壓約后移，可以通過微調(diào)電位器調(diào)整，使到輸出脈沖間隔均勻。4腳形成的鋸齒波，可以通過調(diào)節(jié)電位器使三片集成塊產(chǎn)生的鋸齒波斜率一致。9腳為鋸齒波、直流偏移電壓和控制移相電壓Uc綜合比較輸入