單相橋式可控整流電路課程設(shè)計(jì)

1、1設(shè)計(jì)方案選擇及論證21.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求21.2總體方案的選擇和確定22. 1.3整流電路方案的確定3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)原理方框圖43. 2.2主電路設(shè)計(jì)5驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)73.1觸發(fā)電路73.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)94元器件和電路參數(shù)計(jì)算114.1元件選取-晶閘管（SCR114.2晶閘管的選型154.3整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算154.4設(shè)計(jì)結(jié)果分析165系統(tǒng)調(diào)試與仿真166設(shè)計(jì)總結(jié)22參考文獻(xiàn)1. 設(shè)計(jì)方案選擇及論證1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)單相橋式全控整流電路。確定設(shè)計(jì)總體方案，通過總體方案來設(shè)計(jì)各個(gè)單元電路，如觸發(fā)電路、保護(hù)電路等；根據(jù)要求計(jì)算參數(shù)

2、，包括觸發(fā)角的選擇，輸出平均電壓，輸出平均電流，輸出有功功率計(jì)算；輸出波形分析，器件額定參數(shù)確定等；完成這些后，將各個(gè)單元電路銜接起來，并完成主電路的設(shè)計(jì)；然后再用MATLA歌件仿真調(diào)試。設(shè)計(jì)要求單相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì)要求為：(1) 電網(wǎng)供電電壓為單相220V;(2) 變壓器二次側(cè)電壓為110V;(3) 輸出電壓連續(xù)可調(diào)，為0100V;帶阻感性負(fù)載：L=1000mHR=10OQ1.2總體方案的選擇與確定單相橋式帶阻感負(fù)載整流電路可分為單相橋式帶阻感負(fù)載相控整流電路和單相橋式帶阻感負(fù)載半控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感性負(fù)載的工作情況

3、。單相半控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是：線路簡單、調(diào)整方便。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈動(dòng)沖大，負(fù)載電流脈沖大(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，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。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，在相同的負(fù)載下流過晶閘管的平均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。單相半波相控整流電路因其性能較差，實(shí)際中很少采用，在中小功率場(chǎng)合采用更多的是單相全控橋式整流電路。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）1.3整

4、流電路方案的確定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下幾種方案：方案一：單相橋式半控整流電路電路簡圖如下：圖1.1單相橋式半控整流電路圖對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制,相對(duì)丁全控橋而言少了一個(gè)控制器件，用二極管代替,有利丁降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當(dāng)a突然增大至180°或出發(fā)脈沖丟失時(shí)，由丁電感儲(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)丁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

5、極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。方案二：單相橋式全控整流電路電路簡圖如下：圖1.2單相橋式全控整流電路電路圖此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(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，平均值為零,即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。方案三：單相全波可控整流電路電路簡圖如下:圖1.3單相全波可控整流電路圖此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只要用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

6、橋的2倍。不存在直流磁化的問題，適用丁輸出低壓的場(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，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。相同的負(fù)載下流過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）。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。2. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)原理方框圖系統(tǒng)原理方框圖如2.1

7、所示：整流電路主要由驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和整流主電路組成。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，在此設(shè)計(jì)中采用單相橋式全控整流電路接電阻性負(fù)載。圖2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖2.2主電路設(shè)計(jì)2.2.1工作原理負(fù)載中電感量的大小不同，整流電路的工作情況及輸出Wid的波形具有不同的特點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載電感量L較?。簇?fù)載阻抗角4），控制角a4時(shí)，負(fù)載上的電流不連續(xù)；當(dāng)電感L增大時(shí)，負(fù)載上的電流不連續(xù)的可能性就會(huì)減小；當(dāng)電感L很大，且3Ld>>R示時(shí)，這種負(fù)載稱為大電感負(fù)載。此時(shí)大電感阻止負(fù)載中電流的變化，負(fù)載電流連續(xù)，可看作一條水平直線。在電源電壓U2正半周期間，晶閘管Ti、T2承受正向電壓，若在3t=a時(shí)觸發(fā)，Ti、T2導(dǎo)

8、通，電流經(jīng)Ti、負(fù)載、T2和Tr二次形成回路，但由丁大電感的存在，U2過零變負(fù)時(shí)，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使Ti、T2繼續(xù)導(dǎo)通，直到T3、T4被觸發(fā)時(shí)，Ti、T2承受反向電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。在電源電壓U2負(fù)半周期間，晶閘管T3、T4承受正向電壓，在3t=a+兀時(shí)觸發(fā),T3、T4導(dǎo)通，Ti、T2反向則制，負(fù)載電流從Ti、T2中換流至T3、T4中。在3t=2兀時(shí)，電壓U2過零，T3、T4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Ti、T2導(dǎo)通時(shí)，T3、T4因加反向電壓才截值得注意的是，只有當(dāng)a=兀/2時(shí)，負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)a兀/2時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近丁零，

9、因此這種電路控制角的移相范圍是0兀/2orpAr%T31口tr*畢嬉晶悼管酷發(fā)A聃皺蠟晶怖管酷炭單蠟昂悼管酷發(fā)曜3皺蠟曲悼管酷發(fā)nrits4圖2.2整體電路原理圖2.2.1單相全控橋式整流電路在生產(chǎn)實(shí)踐中，除了電阻性負(fù)載外，最常見的負(fù)載還有電感性負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，整流電路中申入的濾波電抗器等。為了便丁分析和計(jì)算，在電路圖中將電阻和電感分開表示。當(dāng)整流電路帶阻感性負(fù)載時(shí)，整流工作的物理過程和電壓、電流波形都與帶電阻性負(fù)載時(shí)不同。因?yàn)殡姼袑?duì)電流的變化有阻礙作用，即電感元件中的電流(a)U2_圖2.3單相全控橋式整流電路阻感性負(fù)載及其波形(a).電路；(b).電源電壓；(c).觸發(fā)脈沖；(d

10、).輸出電壓；(e).輸出電流；(f).晶閘管Vi,V4上的電流;(g).晶閘管M,V3上的電流;(h).變壓器副邊電流；(i).晶閘管Vi,V4上的電壓不能突變，當(dāng)電流變化時(shí)電感要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而阻礙其變化，所以，電路電流的變化總是滯后丁電壓的變化。.122.Ud=一2U2sintd(t)=U2cos：=0.9U2cos：it灶ji負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，整流電壓平均值可按下式計(jì)算：輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平線。兩組晶閘管輪流導(dǎo)電，一個(gè)周期中各導(dǎo)電180。，且與a無關(guān)，變壓器二次繞組中電流i2的波形是對(duì)稱的正、負(fù)方波。負(fù)載電流的平均值Id和有效值I相等，其波形系數(shù)為1在這種情況

11、下：當(dāng)a=0時(shí)，Ud=0.9L2;當(dāng)a=90°時(shí)，U=0,其移相范圍為900。3. 晶閘管承受的最大正、反向電壓都是2U2流過每個(gè)晶閘管的電流平均值和有效值分別為I一I1dV-Id2二兀2Id4'd驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)3.1觸發(fā)電路設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(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：1）觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。2）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）。3）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，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。4）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須

12、滿足電路要求。3.1.1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、溫度補(bǔ)償性能好，脈沖前沿徒等優(yōu)點(diǎn)，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。他由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成，電路圖如3-1（a）所示。如叭ww皿inii(b)圖3.1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及波形3.1.2單結(jié)晶體管白激震蕩電路利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性與RC電路的充放電可組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變的脈沖。從圖3-1(a)可知，經(jīng)D-D2整流后的直流電源UZ一路R2、R加在單結(jié)晶體管兩個(gè)基極bi、b2之間，另一路通過Re對(duì)電容C充電，發(fā)射極電壓ue=uc按指數(shù)規(guī)律上升。U剛沖點(diǎn)到大丁峰點(diǎn)

13、轉(zhuǎn)折電壓UP的瞬間，管子e-bi間的電阻突然變小，開始導(dǎo)通。電容C開始通過管子e-bi迅速向Ri放電，由丁放電回路電阻很小，故放電時(shí)間很短。隨著電容C放電，電壓U小丁一定值管子BT乂由導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止，然后電源乂重新對(duì)電容C充電，上述過程不斷重復(fù)在電容上形成鋸齒波震蕩電壓，在R上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖us,如圖3.1.2.2(b)所示，其震蕩頻率為f=1/T=1/ReCLn(1/1-t),3.13.1.3 式中7=0.30.9是單結(jié)晶體管的分壓比。即調(diào)節(jié)R,可調(diào)節(jié)振蕩頻率同步電源同步電壓由變壓器TB獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓于主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流

14、、穩(wěn)壓管DZ削波為梯形波Udz,而削波后的最大值Ik既是同步信號(hào)，乂是觸發(fā)電路電源.當(dāng)UDz過零時(shí)，電容C經(jīng)e-bi、R迅速放電到零電壓.這就是說,每半周開始,電容C都從零開始充電,進(jìn)而保證每周期觸發(fā)電路送出第一個(gè)脈沖距離過零的時(shí)刻（即控制角a）一致，實(shí)現(xiàn)同步.3.1.4移相控制當(dāng)Re增大時(shí)，單結(jié)晶體管發(fā)射極充電到峰點(diǎn)電壓Up的時(shí)間增大，第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻推遲，即控制角a增大，實(shí)現(xiàn)了移相。3.1.5脈沖輸出觸發(fā)脈沖Ug由Ri直接取出，這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)，但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全。對(duì)于晶閘管申聯(lián)接法的全控橋電路無法工作。所以一般采用脈沖變壓器輸出。3.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子系

15、統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可能會(huì)發(fā)生過流、過壓，造成開關(guān)器件的永久性損壞。過流、過壓保護(hù)包括器件保護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)兩個(gè)方面。檢測(cè)開關(guān)器件的電流、電壓，保護(hù)主電路中的開關(guān)器件，防止過流、過壓損壞開關(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)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時(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)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。3.2.1過電流保護(hù)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

16、發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生逆變失敗；以及交流電源電壓過高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過電流。因此，必須對(duì)電力電子裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^電流保護(hù)。采用快速熔斷器作過電流保護(hù)，熔斷器是最簡單的過電流保護(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有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過電流可及時(shí)熔斷起到保護(hù)作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接申快熔，因流過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，這里就應(yīng)用這一方法快熔抑制過電流電路圖如下圖所示：A犁5B型圖3.2快速熔短器的接入方法A型熔斷器特

17、點(diǎn)：是熔斷器與每一個(gè)元件申連，能可靠的保護(hù)每一個(gè)元件。B型熔斷器特點(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C型熔斷器特點(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)作用對(duì)丁第二類過流,即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流,則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見的過電流保護(hù)原理圖如下所示3.2.3過壓保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行過程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過電壓出現(xiàn)。過電壓保護(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。見下圖3-4和下圖3-5圖3.4阻容三角抑制過電壓圖3.5

18、壓敏電阻過壓過電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見的過電壓保護(hù)原理圖如下圖所示：圖3.6過電壓保護(hù)電路圖4. 兀器件和電路參數(shù)計(jì)算4.1元件選取-晶閘管（SCR4.1.1晶閘管的基本特性1. 靜態(tài)特性靜態(tài)特性乂稱伏安特性，指的是器件端電壓與電流的關(guān)系。這里介紹陽極伏安特性和門極伏安特性。(1) 陽極伏安特性晶閘管的陽極伏安特性表示晶閘管陽極與陰極之間的電壓原與陽極電流i之間的關(guān)系曲線，如圖所示“4圖4.1晶閘管陽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)陽極伏安特性可以劃分為兩個(gè)區(qū)域：第I象限為正向特性區(qū)，第in象限為反向特性區(qū)。第I象限的正向特性乂可分為正向

19、阻斷狀態(tài)及正向?qū)顟B(tài)。(2) 門極伏安特性晶閘管的門極與陰極問存在著一個(gè)PN結(jié)J3,門極伏安特性就是指這個(gè)PN結(jié)上正向門極電壓u與門極電流Ig問的關(guān)系。由丁這個(gè)結(jié)的伏安特性很分散，無法找到一條典型的代表曲線，只能用一條極限高阻門極特性和一條極限低阻門極特性之間的一片區(qū)域來代表所有元件的門極伏安特性，陰影區(qū)域所示。圖4.2晶閘管門極伏安特性2. 動(dòng)態(tài)特性晶閘管常應(yīng)用丁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)格地考慮晶閘管的開關(guān)特性，即開通特性和關(guān)斷特性。(1) 開通特性晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過程為開通過程。圖4.3給出了晶閘管的開關(guān)特性

20、。在晶閘管處在正向阻斷的條件下突加門極觸發(fā)電流，由丁晶閘管內(nèi)部正反饋過程及外電路電感的影響，陽極電流的增長需要一定的時(shí)間。從突加門極電流時(shí)刻到陽極電流上升到穩(wěn)定值It的10啊需的時(shí)間稱為延遲時(shí)間td,而陽極電流從10%T上升到90%T所需的時(shí)間稱為上升時(shí)間tr,延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和為晶閘管的開通時(shí)間tgt=td+tr,普通晶閘管的延遲時(shí)間為0.51.5KS,上升時(shí)間為0.53So延遲時(shí)間隨門極電流的增大而減少，延遲時(shí)間和上升時(shí)間隨陽極電壓上升而下降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提供。要關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管，通常給晶閘管加反向陽極電壓。晶閘管的關(guān)

21、斷，就是要使各層區(qū)內(nèi)載流子消失，使元件對(duì)正向陽極電壓恢復(fù)阻斷能力。突加反向陽極電壓后，由丁外電路電感的存在，晶閘管陽極電流的下降會(huì)有一個(gè)過程，當(dāng)陽極電流過零，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丁零，此時(shí)晶閘管恢復(fù)對(duì)反向電壓的阻斷能力。4.1.2晶閘管的主要參數(shù)要正確使用一個(gè)晶閘管，除了了解晶閘管的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性外，還必須定量地掌握晶閘管的一些主要參數(shù)?，F(xiàn)對(duì)經(jīng)常使用的幾個(gè)晶閘管的參數(shù)作一介紹。1. 電壓參數(shù)(1) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDrm門極開路，元件額定結(jié)溫時(shí)，從晶閘管陽極伏安特性正向阻斷高阻區(qū)漏電流急劇增長的拐彎處所決定的電壓稱斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM,

22、“不重復(fù)”表明這個(gè)電壓不可長期重復(fù)施加。取斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓的90%定義為斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UD叫“重復(fù)”表示這個(gè)電壓可以以每秒50次，每次持續(xù)時(shí)間不大丁10ms的重復(fù)方式施加丁元件上。(2) 反向重復(fù)峰值電壓Urm門極開路，元件額定結(jié)溫時(shí)，從晶閘管陽極伏安特性反向阻斷高阻區(qū)反向漏電流急劇增長的拐彎處所決定的的電壓稱為反向不重復(fù)峰值電壓URs虬這個(gè)電壓是不能長期重復(fù)施加的。取反向不重復(fù)峰值電壓的90%定義為反向重復(fù)峰值電壓LRrm,這個(gè)電壓允許重復(fù)施加。(3) 晶閘管的額定電壓取UDRIftLRrmF較小的一個(gè)，并整化至等丁或小丁該值的規(guī)定電壓等級(jí)上。電壓等級(jí)不是任意決定的，額定電壓在1000V

23、以下是每100V一個(gè)電壓等級(jí)，1000V至3000V則是每200V一個(gè)電壓等級(jí)。由丁晶閘管工作中可能會(huì)遭受到一些意想不到的瞬時(shí)過電壓，為了確保管子安全運(yùn)行，在選用晶閘管時(shí)應(yīng)使其額定電壓為正常工作電壓峰值國的23倍，以作安全余量。=(23)國，,，4.1(4) 通態(tài)平均電壓Ur(aw>指在晶閘管通過單相工頻正弦半波電流，額定結(jié)溫、額定平均電流下，晶閘管陽極與陰極問電壓的平均值，也稱之為管壓降。在晶閘管型號(hào)中，常按通態(tài)平均電壓的數(shù)值進(jìn)行分組，以大寫英文字母AI表示。通態(tài)平均電壓影響元件的損耗與發(fā)熱，應(yīng)該選用管壓降小的元件來使用。2. 電流參數(shù)(1)通態(tài)平均電流IT(AV)在環(huán)境溫度為+40C

24、、規(guī)定的冷卻條件下，晶閘管元件在電阻性負(fù)載的單相、工頻、正弦半波、導(dǎo)通角不小丁170。的電路中，當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)定在額定值125C時(shí)所允許的通態(tài)時(shí)的最大平均電流稱為額定通態(tài)平均電流It(av。選用晶閘管時(shí)應(yīng)根據(jù)有效電流相等的原則來確定晶閘管的額定電流。由丁晶閘管的過載能力小，為保證安全可靠工作，所選用晶閘管的額定電流It削應(yīng)使其對(duì)應(yīng)有效值電流為實(shí)際流過電流有效值的1.52倍。按晶閘管額定電流的定義，一個(gè)額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的電流有效值為157A。晶閘管額定電流的選擇可按下式計(jì)算。1一1一MW-0Imsintd(P=;、,，4.2(2) 維持電流IH維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最

25、小電流，一般為幾十到幾白毫安。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。(3) 掣住電流II晶閘管剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)并撤除門極觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)要維持元件導(dǎo)通所需的最小陽極電流稱為掣住電流。一般掣住電流比維持電流大(24)倍。3. 晶閘管的型號(hào)普通型晶閘管型號(hào)可表示如下KP電流等級(jí)電壓等級(jí)/100通態(tài)平均電壓組別其中其中K代表閘流特性，P為普通型。如KP50A15型號(hào)的晶閘管表示其通態(tài)平均電流(額定電流)It(av為500A正反向重復(fù)峰值電壓(額定電壓)為1500V,通態(tài)平均電壓組別以英文字母標(biāo)出，小容量的元件可不標(biāo)。4.2晶閘管的選型該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連

26、續(xù)且平直的Ud=100V寸，不計(jì)控制角余量按：=0o計(jì)算由Ud=0.9U2得U2=111V取150V0.9Ute=(23)Ut=(23)6U2=(23)、6150V=7351102V取Ute為1000V當(dāng)Id=1A時(shí)，晶閘管額定電流t(AV)=0.64A考慮2倍裕量：fcl(AV)取1.28A4.3整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算在很多情況下晶閘管整流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)往往不能一致，同時(shí)乂為了減少電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾，使整流主電路與電網(wǎng)隔離，為此需要配置整流變壓器。整流變壓器根據(jù)主電路的型式、負(fù)載額定電壓和額定電流，算出整流變壓器二次相電壓U2、一次與二次額定電流以及容量。由丁整流變壓器

27、二次與一次電流都不是正弦波，因而存在著一定的諧波電流，引起漏抗增大，外特性變軟以及損耗增大，所以在設(shè)計(jì)或選用整流變壓器時(shí),應(yīng)考慮這些因素。4.3.1一次與二次額定電流及容量計(jì)算如果不計(jì)變壓器的勵(lì)磁電流，根據(jù)變壓器磁動(dòng)勢(shì)平衡原理可得一次和二次電流關(guān)系式為：IiNi=l2N24.31U1K=X2U2式中Ni、N2變壓器一次和二次繞組的匝數(shù)；K變壓器的匝數(shù)比。由丁整流變壓器流過的電流通常都是非正弦波，所以其電流、容量計(jì)算與線路型式有關(guān)。單相橋式可控整流電路計(jì)算如下：大電感負(fù)載時(shí)變壓器二次電流的有效值為l2=Id=I=1AU2=110V由一次側(cè)和二次側(cè)電壓得：UIdvTId=0.2475A=K1=22

28、°=2U2：21101 N2工心一=0.5故l1=0.5A2 M變壓器二次側(cè)容量為S2=U22=110V1A=110KV*A4.4設(shè)計(jì)結(jié)果分析該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連續(xù)且平直的(1)輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Id1熱L,L2%''2U“.Ud=IW2U2sin研d0t)=-(co)=0.9UUcosa)?！癟t=0.9110cos60=49.5VUhId-=49.5-100=0.495AR(2)晶閘管的電流平均值IdvT和有效值IvT,1,cIvt：Id=0.35A輸出電流有效值I和變壓器二次電流有效值I2I=12=Id=0.495A5. 晶閘管所

29、承受的最大正向電壓和反向電壓2U2=155.54V系統(tǒng)調(diào)試與仿真打開新建模型窗口，將所需元件模塊從模塊庫中拖入新建模型窗口并改名，設(shè)定有關(guān)參數(shù)后將各模塊庫連接組成仿真模型，如下圖5-1所示，設(shè)置好各模塊參數(shù)，點(diǎn)擊下拉菜單仿真(Simulation)按鈕，仿真參數(shù)(SimulationParameters)命令設(shè)定有關(guān)仿真參數(shù)，仿真算法選擇可變步長(Variable-step)積分算法函數(shù),L=1000mH,R=100歐姆，其他參數(shù)用默認(rèn)值。然后點(diǎn)擊啟動(dòng)仿真按鈕，則開始仿真，雙擊顯示模塊(scope)就能顯示其波形w磬-10BunchPlIm浦物cd單相橋式全控整流系統(tǒng)模型圖皿圖5.1?SSiL

30、rflrE-l.7.T叩成圖5.2觸發(fā)角為0°時(shí)的仿真波形a=0°時(shí)，阻感負(fù)載仿真結(jié)果如圖5.2所示參數(shù)設(shè)置如下：Plausegeneratorl%ofperiod)=5Amplitude=1Period(secs)=0.02PulseWidth(Phasedelay(secs)=0Plausegenerator2%ofperiod)=5Amplitude=1Period(secs)=0.02PulseWidth(Phasedelay(secs)=0.01圖5.3觸發(fā)角為30°時(shí)的仿真波形a=30。時(shí)，阻感負(fù)載仿真結(jié)果如圖5.3所示參數(shù)設(shè)置如下：Plausegeneratorl%ofperiod)=5Amplitude=1Period(secs)=0.02PulseWidth(Phasedelay(secs)=0.02/12Plausegenerator2%ofperiod)=5Amplitude=1P