三相全控橋式晶閘管電動機系統(tǒng)設計

1、學生姓名： 專業(yè)班級：指導教師： 李向明 工作單位： 自動化學院 題目：三相全控橋式晶閘管-電動機系統(tǒng)設計初始條件：1直流電動機額定參數(shù)： PN=10KW, UN=220V, IN =50A,nN =1000r/min，電樞電阻Ra=0.5，電流過載倍數(shù)1.5，電樞電感LD =7mH，勵磁電壓UL=220V 勵磁電流IL=1.6A，使用三相可控整流電路，電動機負載，工作于電動狀態(tài)。2.進線交流電源：三相380V3.性能指標：直流輸出電壓0-220V，最大輸出電流75A，保證電流連續(xù)的最小電流為5A。要求完成的主要任務：1. 三相全控橋式主電路設計（包括整流變壓器參數(shù)計算，整流元件定額的選擇，平

2、波電抗器電感量的計算等）,討論晶閘管電路對電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。2.觸發(fā)電路設計。觸發(fā)電路選型（可使用集成觸發(fā)器），同步信號的定相等。3.晶閘管的過電壓保護與過電流保護電路設計。4.提供系統(tǒng)電路圖紙不少于一張。課程設計說明書應嚴格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。應畫出單元電路圖和整體電路原理圖，給出系統(tǒng)參數(shù)計算過程，圖紙、元器件符號及文字符號符合國家標準。時間安排：2011.7.42011.7.5 收集資料2011.7.62011.7.8 系統(tǒng)設計2011.7.92011.7.10 撰寫課程設計論文及答辯指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 摘

3、要整流電路由其是三相橋式可控整流電路是電力電子技術中最為重要，也是應用的最為廣泛的電路，不僅應用于一般工業(yè)領域，也廣泛應用于交通運輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)以及其他領域。三相可控整流電路中應用最多的是三相橋式全控整流電路。這次設計主要對三相橋式整流電路進行研究。本此設計主要就是針對直流調(diào)速裝置，利用晶閘管三相全控橋式整流技術，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機調(diào)速系統(tǒng)，主要應用的芯片是TCA785集成移相觸發(fā)控制芯片，實現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)。同時設計出完整的電氣原理圖，將分別介紹各個模塊的構成原理和使用方法。關鍵詞：整流電路；觸發(fā)電路；TCA785；三相全控橋式目 錄1三相全

4、控橋式主電路設計1整流變壓器的設計1整流變壓器的設計原理1整流變壓器的參數(shù)設定1變壓器次級相電壓的計算1初、次級電流與變壓器容量的計算3變壓器參數(shù)計算和選擇4整流電路5晶閘管簡介5整流器件的定額計算和選擇6三相全控橋式整流電路的特點61.3 平波電抗器的參數(shù)及選擇7電抗器的電感7整流變壓器漏電感的計算8晶閘管對電網(wǎng)的影響81.5 系統(tǒng)功率因數(shù)的討論102觸發(fā)電路的設計112.1 TCA785集成移相觸發(fā)器112.1.1 TCA785簡介及特點112.1.2 TCA785的引腳排列級功能112.1.3 TCA785工作原理和內(nèi)部結(jié)構12觸發(fā)電路的設計133晶閘管保護電路設計15晶閘管過壓保護電路

5、設計15交流側(cè)過電壓保護16直流側(cè)的過電壓保護17晶閘管換相過電壓的保護17晶閘管過流保護電路設計18電流上升率、電壓上升率194 設計心得21參考文獻22附錄23三相全控橋式晶閘管-電動機系統(tǒng)設計1三相全控橋式主電路設計的設計整流變壓器就是降壓變壓器。降到所需電壓后再用半導體管整流。變壓器和普通變壓器的原理相同。變壓器是根據(jù)電磁感應原理制成的一種變換交流電壓的設備。變壓器一般有初線和次級兩個互相獨立繞組，這兩個繞組共用一個鐵芯。變壓器初級繞組接通交流電源，在繞組內(nèi)流過交變電流產(chǎn)生磁動勢，于是在閉合鐵芯中就有交變磁通。初、次級繞組切割磁力線，在次級就能感應出相同頻率的交流電.變壓器的初，次級繞

6、組的匝數(shù)比等于電壓比。在晶閘管整流裝置中，很多情況下晶閘管整流裝置所要求的交流電電壓與電網(wǎng)電壓往往不能一致，這就需要利用變壓器來匹配；另外，為降低或減少晶閘管交流裝置對電網(wǎng)和其它用電設備的干擾，也需要設置變壓器把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離。因此，在晶閘管整流裝置中，一般都需要設置整流變壓器，當且僅當晶閘管交流側(cè)電壓和電網(wǎng)電壓一致時可以省去。變壓器的參數(shù)計算之前，應該確定負載要求的直流電壓和電流，確定變流設備的主電路接線形式和電網(wǎng)電壓。先選擇二次電壓有效值U2，U2數(shù)值的選擇不可過高和過低，如果過高會使得設備運行中為保證輸出直流電壓符合要求而導致控制角過大，使功率因素變??；如果過低會得不到負載要求的直

7、流電壓的現(xiàn)象。整流變壓器額定參數(shù)的計算，主要根據(jù)主電路的形式，負載的大小，輸出直流電壓和負載電流，求出整流變壓器的次級相電壓、次級電流和容量，然后求出初級電流和容量。次級相電壓的計算整流器主電路有多種接線形式，在理想情況下，輸出直流電壓Ud與變壓器次級相電壓U2有以下關系其中KUV為主與主電路接線形式有關的常數(shù)；KB為以控制角為變量的函數(shù)，設整流器在控制角=0和控制角不為0時的輸出電壓平均值分別為UD0和UD，則KUV=UDO/U2，KB=UD/UDO。在實際運行中，整流器輸出的平均電壓還受其它因素影響，主要有：（1）電網(wǎng)電壓的波動。一般電網(wǎng)電壓的波動允許范圍在+5%-10%，考慮電網(wǎng)電壓最低

8、的情況，設計中通常取電壓波動系數(shù)=0.9-0.95。（2）整流元件的正向壓降。實際上整流元件要降掉一部分輸出電壓，設其為UT。由于整流元件和負載是串聯(lián)的，導通回路中串聯(lián)元件越多，所以降掉的電壓也就越多，設回路原件串聯(lián)個數(shù)為NS，這樣降掉的電壓為NSUT。（3）直流回路的雜散電阻。設備工作時會產(chǎn)生附加電壓降，一般U占額定電壓的0.2%0.25%。（4）換相重疊角引起的電壓損失。換相重疊角引起的電壓降Ud由交流回路的電抗引起，可由整流變壓器漏抗Xs表示。變壓器漏抗主要和短路電壓百分比Uk%有關。不同容量的變壓器其短路電壓百分比也不一樣。Ud可由以下公式計算，對于n相橋式電路，在三相橋式里，也為（5

9、）整流變壓器電阻的影響。假定功率因素為1，則交流電壓的損失Ua為由其引起的整流輸出電壓的壓降為考慮以上所有因素，整流電壓的直流輸出電壓為次級相電壓有效值的計算公式為KX叫做換相電壓降系數(shù)，對換相壓降有影響，它與電路的接線形式有關，當電路為n相橋式整流時，KX為表1-1整流變壓器計算系數(shù)初、次級電流與變壓器容量的計算以三相橋式整流電路為例進行分析。大電感負載時，負載電流基本上是直流，因而晶閘管電流為方波，變壓器次級電流也為方波，其有效值與負載電流成正比關系。變壓器次級電流i2的波形為正負對稱的矩形波，可分解成基波與各次諧波。由于沒有直流分量，因此它們都可以通過變壓器的磁耦合反映到一次繞組中去。所

10、以，i2和i2電流波形相似，其有效值為次級電壓以理想情況計算為,所以，變壓器次級容量為變壓器初級電流為變壓器初級容量為可見，當變壓器次級電流無直流分量時，次級容量等于初級容量。對于三相全控橋式整流電路來說，=變壓器的等效電容為初、次級電容的平均值表1-2各種整流電路變壓器容量計算系數(shù)整流電路變壓器負載性質(zhì)三相全控橋電阻性負載電感性負載由表可知，整流變壓器的平均容量都大于整流功率Pd，二者之比越接近于1，則該種線路變壓器的利用率越高。變壓器參數(shù)計算和選擇（1）UD0的選擇：直流電動機的額定電壓為220，即可知道要使電動機工作在電動狀態(tài)所需要的額定電壓為220，即UD=220。根據(jù)給定的直流電動機

11、的參數(shù)可求得和的值為為電動機電樞電路總電阻的標么值，為對于電動機額定電流和電壓的電阻的標么值。根據(jù)所給參數(shù)，得。由于是三相全控橋整流電路，Ns=2，整流元件降壓UT=1，KUV，KB=COS，。為度范圍，取。為計算方便，電樞回路銅損耗忽略。將以上所得的參數(shù)帶入到公式得，因為進線交流電源是三相380V。故本設計可以選擇，此電壓可以在為度范圍內(nèi)使整流電路輸出的直流電壓，使電動機達到額定工作狀態(tài)。（2）容量的計算：根據(jù)三相全控橋變壓器二次側(cè)電流的有效值的計算公式計算得，。由于變壓器采用型連接，則即即可求得，即綜上所述，選擇型號為，380的變壓器。晶閘管是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被

12、簡稱為可控硅；晶閘管是PNPN四層半導體結(jié)構，它有三個極：陽極，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、被廣泛應用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管的開通和關閉和三極管有很大的差別，可以視為一個雙穩(wěn)態(tài)器件，只具有兩個工作狀態(tài)即開通和關閉。晶閘管的開通受2個條件約束，陰陽極的正偏壓和門極與陰極的正偏壓，關斷則只需要流過管子的電流小于一定的值，并且維持一定的時間就自然關斷。不受門極控制。工作原理相當于兩個三極管的等效電路。圖1-1 晶閘管的結(jié)構與工作原理a)晶閘管雙晶體模型 b)工作原理1.2.2整流器件的定額

13、計算和選擇本設計采用晶閘管三相全控橋整流電路，根據(jù)設計要求可得由此可以的出，經(jīng)分析知，綜上所述，選定額為IT(AV)50A,UTN800V的晶閘管作為整流器件，可采用KP50系列的晶閘管，其IT(AV)50A，通態(tài)平均電壓上限值由各制造廠根據(jù)合格的形式試驗給出。（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同一相器件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60°。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120°同一相的上下兩個橋臂，即VT1與V

14、T4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。表1-3三相橋式全控整流電路電阻負載a=0°時晶閘管工作情況時  段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓UdUa-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種方法是雙脈沖觸發(fā)（常用）。此設計

15、電路需要六個晶閘管，三相橋式晶閘管主電路圖如圖1-2所示。圖1-2 三相橋式晶閘管主電路圖1.3 平波電抗器的參數(shù)及選擇平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直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中，平波電抗器也是不可少的。1.3.1電抗器的電感若要求變流器在某一最小輸出電流時仍能維持電流連續(xù)，則電抗器的電感可按下式計算：式中 交流測電源相電壓有效至。要求連續(xù)的最小負載電流平均值。與整流主電路形式有關的計算系數(shù)，=0.693。對于不同控制角，

16、所需的電感量為本設計中的參數(shù)為：，臨界值。將以上所述參數(shù)代入，可計算出本設計所需的臨界電感參數(shù)值，即：1.3.2整流變壓器漏電感的計算整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相的漏電感按下式計算：式中 變壓器次級相電壓有效值。晶閘管裝置直流側(cè)的額定負載電流(平均值)。變壓器的短路比。100以下的變壓器??；1001000的變壓器??；與整流主電路形式有關的系數(shù)，=。本設計，。將以上所需參數(shù)代入式中可計算出漏電感的值，即綜上所述，根據(jù)直流電動機的電樞電感為，可得使輸出電流連續(xù)的臨界電感量電抗器要選的值應比大，故選的電感作為平波電抗器。晶閘管變流設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電壓

17、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合適的輸入電壓，是晶閘管在較大的功率因數(shù)下運行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進入電網(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，有時會采用自耦變壓器；當變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時，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)“進線電抗器”以減少對電網(wǎng)的污染。在分析整流電路工作原理時，我們曾經(jīng)假設晶閘管是理想的開關元件，導通時認為其電阻為零，而關斷時，認為其電阻無窮大。但事實上，晶閘管并非是理想的可控開關元件，導通時有一定的管壓降。晶閘管裝置中的無功功率，會對公用電網(wǎng)帶來不

18、利影響：1) 無功功率會導致電流增大和視在功率增加，導致設備容量增加。2)無功功率增加，會使總電流增加，從而使設備和線路的損耗增加。3)使線路壓降增大，沖擊性無功功率負載還會使電壓劇烈波動。晶閘管裝置還會產(chǎn)生諧波，對公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害，包括：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、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發(fā)生火災。2) 諧波影響各種電氣設備的正常工作，使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損壞。3) 諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會使上述1)和2)兩項的

19、危害大大增加，甚至引起嚴重事故。4) 諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表不準確。5) 諧波會對臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。由于公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對用電設備和電網(wǎng)本身都會造成很大的危害，世界許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準，或由權威機構制定限制諧波的規(guī)定。制定這些標準和規(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)中的電氣設備能免受諧波干擾而正常工作。世界各國所指定的諧波標準大都比較接近。我國由技術監(jiān)督局與1993年發(fā)布了國家標準(GB/T14549

20、-93)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波，并從1994年3月1日起開始實施。1.5 系統(tǒng)功率因數(shù)的討論三相橋式全控整流電路接反電動勢負載時，由于設計時接了平波電抗器，所以負載電感足以使電流連續(xù)，則電路的工作情況與感性負載時相似，即可以根據(jù)感性負載來討論功率因數(shù)。設交流電抗為零，假設直流電感 為足夠大，。此時，電流為正負半周各的方波，三相電流波形相同，且依次相差，其有效值與直流電流的關系為(2.)同樣可將電流波形分解為傅里葉級數(shù)。以相電流為例，將電流負、正兩半波的中點作為時間零點，則有由式(2.)可得電流基波和各次諧波有效值分別為由此可得以下結(jié)論：電流中僅含(為正整數(shù))次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比

21、，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)?？傻没ㄒ驍?shù)為電流基波與電壓的相位差仍為，故位移因數(shù)仍為功率因數(shù)即為2觸發(fā)電路的設計TCA785集成移相觸發(fā)器2.1.1 TCA785簡介及特點TCA785是德國西門子(Siemens)公司于1988年前后開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，它是取代TCA780及TCA780D的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其引腳排列與TCA780、TCA780D和國產(chǎn)的KJ785完全相同，因此可以互換。目前，它在國內(nèi)變流行業(yè)中已廣泛應用。與原有的KJ系列或KC系列晶閘管移相觸發(fā)電路相比，它對零點的識別更加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，而移相范圍更寬，且由于它輸出脈沖的寬度可人為自由

22、調(diào)節(jié)，所以適用范圍較廣。TCA785的基本設計特點有：能可靠地對同步交流電源的過零點進行識別，因而可方便地用作過零觸發(fā)而構成零點開關；它具有寬的應用范圍，可用來觸發(fā)普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管及作為功率晶體管的控制脈沖，故可用于由這些電力電子器件組成的單管斬波、單相半波、半控橋、全控橋或三相半控、全控整流電路及單相或三相逆變系統(tǒng)或其它拓撲結(jié)構電路的變流系統(tǒng)；它的輸入、輸出與CMOS及TTL電平兼容，具有較寬的應用電壓范圍和較大的負載驅(qū)動能力，每路可直接輸出250mA的驅(qū)動電流；其電路結(jié)構決定了自身鋸齒波電壓的范圍較寬，對環(huán)境溫度的適應性較強，可應用于較寬的環(huán)境溫度范圍(-25+85

23、76;C)和工作電源電壓范圍(-0.5+18V)。2.1.2 TCA785的引腳排列級功能圖2-1引腳排列圖各引腳的名稱、功能及用法如下:引腳13(L)：非輸出脈沖寬度控制端。該端允許施加電平的范圍為-0.5VVS，當該端接地時，Q1、Q2為最寬脈沖輸出，而當該端接電源電壓VS時，Q1、Q2為最窄脈沖輸出。 引腳12(C12)：輸出Q1、Q2脈寬控制端。應用中，通過一電容接地，電容C12的電容量范圍為1504700pF，當C12在1501000pF范圍內(nèi)變化時，Q1、Q2輸出脈沖的寬度亦在變化，該兩端輸出窄脈沖的最窄寬度為100s，而輸出寬脈沖的最寬寬度為2000s。引腳11(V11)：輸出脈

24、沖Q1、Q2或Q1、Q2移相控制直流電壓輸入端。應用中，通過輸入電阻接用戶控制電路輸出，當TCA785工作于50Hz，且自身工作電源電壓Vs為15V時，則該電阻的典型值為15k，移相控制電壓V11的有效范圍為0.2VVs-2V引腳10(C10)：外接鋸齒波電容連接端。C10的實用范圍為500pF1F。該電容的最小充電電流為10A。最大充電電流為1mA，它的大小受連接于引腳9的電阻R9控制，C11兩端鋸齒波的最高峰值為VS-2V，其典型后沿下降時間為80s。引腳9(R9)：鋸齒波電阻連接端。該端的電阻R9決定著C10的充電電流，其充電電流可按下式計算：I10=VREFK/R9。引腳8(VREF)

25、：TCA785自身輸出的高穩(wěn)定基準電壓端。VREF的典型值為3.1V，如用戶電路中不需要應用VREF，則該端可以開路。引腳7(QZ)和3(QV)：TCA785輸出的兩個邏輯脈沖信號端。該兩邏輯脈沖信號可用來提供給用戶的控制電路作為同步信號或其它用途的信號，不用時可開路。引腳6(I)：脈沖信號禁止端。該端的作用是封鎖Q1、Q2及Q1、Q2的輸出脈沖，該端通常通過阻值10k的電阻接地或接正電源，允許施加的電壓范圍為-0.5VVS，該端允許低電平最大灌電流為0.2mA，高電平最大拉電流為0.8mA。引腳5(VSYNC)：同步電壓輸入端。應用中需對地端接兩個正反向并聯(lián)的限幅二極管，該端吸取的電流為20

26、200A，隨著該端與同步電源之間所接的電阻阻值的不同，同步電壓可以取不同的值，當所接電阻為200k時，同步電壓可直接取220V。2.1.3 TCA785工作原理和內(nèi)部結(jié)構Tca785集成塊內(nèi)部主要由“同步寄存器”、“基準電源”、“鋸齒波形成電路”、“移相電壓”和“鋸齒波比較電路”和“邏輯控制功率放大”等功能塊組成。同步信號從TCA785的第5腳輸出，“過零檢測”部分對同步電壓信號進行檢測，當檢測到同步信號過零時，信號送“同步寄存器”?！巴郊拇嫫鳌陛敵隹刂其忼X波發(fā)生電路，鋸齒波的斜率大小由第9腳外接電阻和10腳外接電容決定；輸出脈沖寬度由12腳外接電容的大小決定；14、15腳輸出對應負半周和正

27、半周的觸發(fā)脈沖，移相控制電壓從11腳輸入。圖2-2 TCA75的內(nèi)部結(jié)構框圖及外電路的連接圖2-3相控部分整流電路實現(xiàn)三相橋式相控整流的一般方法是利用三相同步變壓器從電源進線端引入三路同步信號，這樣，將同步信號整形后分別輸?shù)饺琓CA785（編號為A、B、C）的腳，就能控制只晶閘管，然后通過引腳復用即可實現(xiàn)雙窄脈沖方式驅(qū)動。雙窄脈沖方式由于驅(qū)動脈寬窄，因而可以有效地減小驅(qū)動用脈沖變壓器的體積，防止磁芯飽和。該方法的主電路及同步變壓器如圖2-3所示，三片TCA785芯片的引腳與所控制的晶閘管的對應關系如表1所列。晶閘管通過一個型同步變壓器為TCA785提供同步信號，當進線相序（如圖2-3所示）為

28、正序A、B、C時，同步變壓器的三個輸出端所對應的中性點的實際電壓向量為AC、BA、CB，將AC接至TCA785(A)，BA接至TCA785(B)，CB接至TCA785(C)，即可實現(xiàn)正序輸入時晶閘管的同步驅(qū)動。表2-1 三片TAC785引腳及其對應的晶閘管TCA785引腳晶閘管晶閘管785（A）15腳T1T6785（C）14腳T2T1785（B）15腳T3T2785（A）14腳T4T3785（C）15腳T5T4785（B）14腳T6T5極限參數(shù)：(1)電源電壓：+818V或±49V；(2)移相電壓范圍：0.2VVS-2V;(3)輸出脈沖最大寬度：180°；(4)最高工作頻率

29、：10500Hz；(5)高電平脈沖負載電流：400mA；(6)低電平允許最大灌電流：250mA；(7)輸出脈沖高、低電平幅值分別為VS和0.3V；(8)同步電壓隨限流電阻不同可為任意值；(9)最高工作頻率：10500Hz；(10)工作溫度范圍：軍品 -55+125 工業(yè)品 -25+85 民品 0+70圖2-4 TCA785組成的三相橋式全控觸發(fā)電路3晶閘管保護電路設計晶閘管以其額定電流大、額定電壓高、效率高、反應快以及體積小等優(yōu)點, 作為中頻靜止逆變電源中主要元件而被選用, 但其缺點是過載能力低。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, 均設置了過流過壓保護

30、電路。當晶閘管中頻靜止電源用于金屬熔煉時, 由于負載為時變性元件, 變化大, 情況比較復雜, 若保護不可靠, 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。影響了整個設備的性能和使用, 因而保護電路顯得尤為重要。正常工作時，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)的過電壓均不應超過元件的不重復峰值電壓，而任何周期性出現(xiàn)的過電壓則應小于元件的重復峰值電壓。這兩種過電壓都是經(jīng)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措施，以抑制各種暫態(tài)過電壓，保護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：用電阻消耗過電壓的能量；用非

31、線性元件限制過電壓的幅值；用儲能元件吸收過電壓的能量。若以過電壓保護裝設的部位來分，有交流保護，直流保護，直流側(cè)保護和元器件保護3種。交流側(cè)過電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(元件側(cè))并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場能而儲存起來。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。當整流器容量較大時，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。圖3-1 阻容過電壓保護電路（一）RC參數(shù)的計算公式為電容的耐壓電阻的功率為()式中 變壓器每相平均

32、計算容量。變壓器二次相電壓有效值。勵磁電流百分數(shù) 當幾百伏安時=10 當1000伏安時=35。變壓器的短路比，當變壓器容量為101000時，=510。，當正常工作時電流電壓的有效值。（二）RC參數(shù)計算變壓器每相平均計算容量為（1）電容器的計算取=20。電容器的耐壓值為取500。故選擇參數(shù)為20，500的電容。（2）電阻值計算考慮到所取電容已大于計算值，故電阻可適當取小些。取=3。正常工作時，RC支路始終有交流電流過，過電壓總是短暫的，所以可按長期發(fā)熱來確定電阻的功率。RC支路電流可由式()確定，即電阻的功率為故選用3，20的電阻。也可以采用阻容電路進行保護，其計算參數(shù)同交流側(cè)過電壓保護。由于晶

33、閘管在實際應用中一般只承受換相過電壓，沒有關斷過電壓問題，關斷時也沒有較大的，所以晶閘管的緩沖電路就簡化為了晶閘管的換相過電壓保護，即采用RC吸收電路即可。其電路圖如圖所示。圖3-2 晶閘管換相過電壓保護電路圖電容C的選擇為取，電阻一般取40。變流裝置發(fā)生過電流的原因歸納起來有如下幾個方面：(1) 外部短路：如直流輸出端發(fā)生短路。(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。(3) 可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換流失敗和環(huán)流過大。(4) 生產(chǎn)機械發(fā)生過載或堵轉(zhuǎn)等。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間又稍長，則晶閘管元件因熱容量小就會產(chǎn)生熱擊穿而損壞。因此必須設置過

34、流保護，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，以保護其它元件。晶閘管變流裝置可能采用的過流保護措施有：交流斷路器；進線電抗器；靈敏過電流繼電器；斷路器；電流反饋控制電路；直流快速開關；快速熔斷器?？砂磳嶋H需要選擇其中一種或數(shù)種。本設計采用的晶閘管過電流保護措施是快速熔斷器保護方法，其參數(shù)的選擇為：因工作時電壓為380，取。流過快速熔斷器的電流的有效值為快速熔斷器的額定電流為選取。3.3電流上升率、電壓上升率1、電流上升率的限制晶閘管在導通的初瞬，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

35、隨著時間的增長才逐漸擴大到整個陰極面。此過程需幾微秒到幾十微秒。若導通時電流上升率太大，會引起門極附近過熱，導致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)。產(chǎn)生過大的可能原因有：在晶閘管換相過程中相當于交流側(cè)線電壓短路，因交流側(cè)阻容保護的電容放電造成過大；晶閘管換相時因直流側(cè)整流電壓突然增高，對阻容保護電容進行充電造成過大。通常，限制的措施主要有：1、在晶閘管陽極回路串入電感。2、采用整流式阻容吸收裝置。本設計采用的是第一種方法。的計算公式為：式中 交流電壓的峰值晶閘管通態(tài)電流臨界上升率。此設計的，根據(jù)所選晶閘管的型號，可以根據(jù)相應的工程手冊查到晶閘管通態(tài)電流臨界上升率，將以上參數(shù)代入，得取稍微大一些，即取。2、電壓上升率的限制處于阻斷狀態(tài)下晶閘管的結(jié)面相當于一個結(jié)電容，當加到晶閘管上的正向電壓上升率過大時，會使流過結(jié)面的充電電流過大，起了觸發(fā)電流的作用，造成晶閘管誤導通。從而引起較大稍微浪涌電流，損壞快速熔斷器或晶閘管