單相全波整流電路的設(shè)計(jì)

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)之單相全波整流電路的設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 年 級(jí) 專(zhuān) 業(yè) 系（院） 指導(dǎo)教師 201目錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1 設(shè)計(jì)目的 21.2 設(shè)計(jì)要求 21.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 21.4設(shè)計(jì)題目 2第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1 方案的論證與選擇 3 2.1.1主電路的方案論證32.2 主電路的設(shè)計(jì) 52.2.1帶阻感負(fù)載的單相橋式全控整流電路52.2.2 原理圖分析62.3 電路方案說(shuō)明 7第三章 觸發(fā)電路3.1 同步觸發(fā)電路 73. 2 晶閘管的觸發(fā)條件73.3 晶閘管的分類(lèi)133.4 同步環(huán)節(jié)133.5 脈沖形成環(huán)節(jié)143.6雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)143.7 同步變壓器15第四章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

2、4.1 過(guò)電流保護(hù)164.2 過(guò)電壓保護(hù)17第五章 元器件的選用20第六章 參數(shù)的計(jì)算26第七章 心得體會(huì)27第八章 參考文獻(xiàn)28引言 電力電子技術(shù)無(wú)論對(duì)改造傳統(tǒng)工業(yè)（電力、機(jī)械、礦冶、交通、化工、輕紡等），還是對(duì)新建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)（航天、激光、通信、機(jī)器人等）和高效利用能源均至關(guān)重要。我國(guó)目前仍舊是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家，尚處于前工業(yè)化階段，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍然是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主力軍，因此在近期或在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和發(fā)展將在很大程度上決定著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而電力、機(jī)械、冶金、石油、化工、交通運(yùn)輸是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要支柱，這些產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的高低直接關(guān)系到我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)的強(qiáng)弱。毫無(wú)疑問(wèn)，電力電子技術(shù)是提高

3、這些產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的重要手段，它是對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造、建立自動(dòng)化工業(yè)體系的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)。 工業(yè)供電電源種類(lèi)繁多，中小功率電源包括交流不間斷電源、通訊電源及各類(lèi)高頻開(kāi)關(guān)電源。眾所周知，它們?cè)谶h(yuǎn)距離通訊.、數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)和辦公自動(dòng)化、工業(yè)和儀表、新型先進(jìn)醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、工業(yè)過(guò)程控制機(jī)、操作控制臺(tái)、測(cè)試和測(cè)量?jī)x器中均有廣泛的應(yīng)用。而大功率直流電源及低頻交流電源則在現(xiàn)代工業(yè)中具有十分重要的地位。大功率直流電源包括電解、電弧爐、電鍍用的直流電源等。 電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)、工業(yè)供電電源、電力輸配電和照明四大方面的各類(lèi)電力電子裝置與系統(tǒng)的主要理論基礎(chǔ)是電力電子學(xué)，并和其它許多相關(guān)的學(xué)科基礎(chǔ)密切相關(guān)，如基礎(chǔ)

4、理論（固體物理、電磁學(xué)、電路理論、熱力學(xué)、光學(xué)、化學(xué)）、專(zhuān)業(yè)理論（電力系統(tǒng)、系統(tǒng)與控制理論、電機(jī)學(xué)及電力傳動(dòng)、通信理論、信號(hào)處理、電子學(xué)、微電子學(xué)、金屬學(xué)）以及各種專(zhuān)門(mén)技術(shù)（材料、元件制造、半導(dǎo)體及集成電路制造、電磁及電磁兼容測(cè)量、計(jì)算機(jī)仿真和輔助設(shè)計(jì)）等。因此電力電子技術(shù)是門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，要徹底改變我國(guó)目前電力電子技術(shù)及其應(yīng)用的落后狀況，一方面必須加大對(duì)電力電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究的投資強(qiáng)度和加強(qiáng)對(duì)電力電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究的項(xiàng)目跟蹤管理，采取有效措施加強(qiáng)對(duì)國(guó)際學(xué)術(shù)交流活動(dòng)的支持。特別是必須采取有效措施;提高國(guó)內(nèi)電力電子企業(yè)的技術(shù)水平，同時(shí)結(jié)合我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大工程項(xiàng)目，以電力電子技術(shù)

5、應(yīng)用為核心，切實(shí)組織好跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨部門(mén)的對(duì)諸多關(guān)鍵共性技術(shù)和工程技術(shù)的研究和攻關(guān)，徹底克服過(guò)去專(zhuān)業(yè)分工過(guò)細(xì)、“單打一”（如只搞器件，不搞裝置;只搞裝置，不搞應(yīng)用;只搞電，不搞機(jī);只搞弱電，不搞強(qiáng)電等）及基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用脫節(jié)的種種弊端，務(wù)求實(shí)效，一抓到底。并采取扶植和鼓勵(lì)采用國(guó)產(chǎn)電力電子產(chǎn)品的政策，迅速形成我國(guó)自己的強(qiáng)大的電力電子產(chǎn)業(yè)，為人類(lèi)做出更大貢獻(xiàn)。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1 設(shè)計(jì)目的：電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是配合交流電路理論教學(xué)，為自動(dòng)化和電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)技能設(shè)計(jì)，是自動(dòng)化和電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中一項(xiàng)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是走向工作崗位、從事專(zhuān)業(yè)技術(shù)

6、之前的一項(xiàng)綜合性技能訓(xùn)練，對(duì)學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)和實(shí)踐技能訓(xùn)練具有相當(dāng)重要的意義。主要目的在于： 1：進(jìn)一步掌握晶閘管相控整流電路的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理； 2：重點(diǎn)理解移相電路的功能、結(jié)構(gòu)、工作原理； 3：理解同步變壓器的功能。1.2 設(shè)計(jì)要求： 1：根據(jù)課題正確選擇電路形式； 2：繪制完整電氣原理圖（包括主要電氣控制部分）； 3：詳細(xì)介紹整體電路和各功能部件工作原理并計(jì)算各元、器件值； 4：編制使用說(shuō)明書(shū)，介紹適用范圍和使用注意事項(xiàng)；說(shuō)明：負(fù)載形式及參數(shù)可自行選擇1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐返脑O(shè)計(jì)。 1：主電路方案論證 2：電路方框圖 3：整流電路方框圖 4：電路方案說(shuō)明單相整流電路可分為

7、單相半波、單相全波和單相橋式可控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。單相橋式全控整流電路應(yīng)用廣泛，只用四只晶閘管，一個(gè)電阻，一個(gè)電感，投資比較少，在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過(guò)負(fù)載，整流電壓波形脈動(dòng)次數(shù)多于半波整流電路。變壓器而次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱(chēng)，直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器繞組的利用率高。單相橋式全控橋整流電路與半波整流電路相比較： （1） 的移相范圍相等，均為0180 。 （2）輸出電壓平均值Ud是半波整流電路的2倍。 （3）相同的負(fù)載功率下，流過(guò)晶閘管的平均電流減小一半。 （4）功率因數(shù)提高了1.414倍。單相橋式全控

8、整流電路與單相全波整流電路相比較：1.4設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐?.41單相單相全波整流電路的設(shè)計(jì)1.42、設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）單相橋式全控整流電路接電阻性負(fù)載；（2）要求輸出電壓在0100V連續(xù)可調(diào)；（3）輸出電流在20A以上；（4）采用220V變壓器降壓供電；1.43、設(shè)計(jì)要求：（1）根據(jù)課題正確選擇電路形式；（2）繪制完整電氣原理圖（包括主要電氣控制部分）；（3）詳細(xì)介紹整體電路和各功能部件工作原理并計(jì)算各元、器件值；（4）編制使用說(shuō)明書(shū)，介紹適用范圍和使用注意事項(xiàng)；說(shuō)明：負(fù)載形式及參數(shù)可自行選擇（例如：輸入的為市電，即相電壓為220V，輸出電壓在0200V可調(diào)，負(fù)載RL=5）第二章 設(shè)計(jì)

9、內(nèi)容2、1方案的論證與選擇2.1.1主電路的方案論證：我們知道，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：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐冯娐泛?jiǎn)圖如下：對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，相對(duì)于全控橋而言少了一個(gè)控制器件，用二極管代替，有利于降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當(dāng)突然增大至180或出發(fā)脈沖丟失時(shí)，由于電感儲(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，這使成為正弦半波，即半周期為正弦，另外半周期為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當(dāng)于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)流二極管，以免

10、發(fā)生失控現(xiàn)象。方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐冯娐泛?jiǎn)圖如下： 此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，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。方案三：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐罚弘娐泛?jiǎn)圖如下：此電路只需要一個(gè)可控器件，電路比較簡(jiǎn)單，VT的a 移相范圍為180。但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積，增大了設(shè)備的容量。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。方案四：?jiǎn)蜗嗳煽卣麟娐罚弘娐泛?jiǎn)圖如下

11、： 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(mén)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橋的2倍。不存在直流磁化的問(wèn)題，適用于輸出低壓的場(chǎng)合作用。但是繞組及鐵心對(duì)銅、鐵等材料的消耗比單相全控橋多，在當(dāng)今世界上有色金屬有限的情況下，這是很不利的，所以我們也放棄了這個(gè)方案。單相半控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是：線(xiàn)路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈沖大，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

12、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。 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（負(fù)載為阻感性負(fù)載）。2、2主電路的設(shè)計(jì)2.2.1帶阻感負(fù)載的單相橋式全控整流電路 圖 2.1 單相全控橋式整流電路電感性負(fù)載及其波形(a)電路； (b) 電源電壓； (c) 觸發(fā)脈沖； (d) 輸出電壓； (e) 輸出電流； (f) 晶閘管V -1 , V -4上的電流； (g) 晶閘管V -2 , V -3上的電流；(h) 變壓器副邊

13、電流； (i) 晶閘管V -1 , V -4上的電壓電路如圖2 a) 所示。為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)。（1）工作原理：在u2正半周期，觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開(kāi)通，ud = u2負(fù)載中有電感存在使負(fù)載電流不能突變，電感對(duì)負(fù)載電流起平波作用，假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線(xiàn)，其波形如圖2 e) 所示。u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流id并不關(guān)斷。至t時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷

14、，流過(guò)VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過(guò)程稱(chēng)為換相，亦稱(chēng)換流。至下一周期重復(fù)上述過(guò)程，如此循環(huán)下去。(2) ud波形如 圖2（d)所示，其平均值為:當(dāng)= 0時(shí)，Ud0= 0.9 U2。= 90o時(shí)，Ud = 0。角的移相范圍為90o。單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)，晶閘管VT1、VT4兩端的電壓波形如圖2 i)所示，晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。 晶閘管導(dǎo)通角與無(wú)關(guān)，均為180o，其電流波形如圖2 b)所示，平均值和有效值分別為： 和 變壓器二次電流 i2的波形為正負(fù)各180o的矩形波，其相位由角決定，有效值I2= Id。2.2.2原理圖分析：在單相橋式全控整流電路中，

15、晶閘管VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂。在U2正半周，若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流Id為零，也為零，VT1和VT4串聯(lián)承受電壓U2。若在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)角處觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。到u2過(guò)零時(shí)，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通，如此循環(huán)的工作下去，晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和。由于在交流電

16、源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過(guò)負(fù)載，故該電路為全波整流。在一個(gè)周期內(nèi)，整流電壓波形脈動(dòng)2次，脈動(dòng)次數(shù)多于半波整流電路，該電路屬于雙脈波整流電路。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，如圖2.2所示，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器繞組的利用率也高。 整流電壓平均值為： U2sintd(t)= 2 U2=0時(shí)，。=時(shí)，?？梢?jiàn)，角的移相范圍為。向負(fù)載輸出的直流電流平均值為： = =0.9 U2晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3輪流導(dǎo)電，流過(guò)晶閘管的電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即 為選擇晶閘管、變壓器容量、導(dǎo)線(xiàn)截面積等定額，需考慮發(fā)熱問(wèn)題，

17、為此需計(jì)算電流有效值。流過(guò)晶閘管的電流有效值為= 變壓器二次電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，為由上面的公式可知 不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為2.3 電路方案說(shuō)明單相整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式可控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。單相橋式全控整流電路應(yīng)用廣泛，只用四只晶閘管，一個(gè)電阻，一個(gè)電感，投資比較少，在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過(guò)負(fù)載，整流電壓波形脈動(dòng)次數(shù)多于半波整流電路。變壓器而次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱(chēng)，直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器繞組的利用率高。單相橋式全控橋整流電路與半波整流電路相比較

18、：（1） 的移相范圍相等，均為0180 。（2） 輸出電壓平均值Ud是半波整流電路的2倍。（3） 相同的負(fù)載功率下，流過(guò)晶閘管的平均電流減小一半。（4） 功率因數(shù)提高了1.414倍。 單相橋式全控整流電路與單相全波整流電路相比較：（1）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。（2）在相同的負(fù)載下流過(guò)晶閘管的平均電流減小一半。（3）且功率因數(shù)提高了一半。第三章 觸發(fā)電路31同步觸發(fā)電路1、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路利用單結(jié)晶體管(又稱(chēng)雙基級(jí)二極管)的負(fù)阻特性和RC的充放電特性，可組成頻率可調(diào)的自激振蕩電路，如圖3-1 所示。圖中V6 為單結(jié)晶體管，其常用的型號(hào)有BT33 和BT35 兩種，由

19、等效電阻V5 和C1 組成組成RC 充電回路，由C1-V6-脈沖變壓器組成電容放電回路，調(diào)節(jié)RP1 即可改變V5 的等效電阻。圖3-1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路原理圖工作原理簡(jiǎn)述如下：由同步變壓器副邊輸出60V 的交流同步電壓，經(jīng)VD1 半波整流，再由穩(wěn)壓管V1、V2 進(jìn)行削波，從而得到梯形波電壓，其過(guò)零點(diǎn)與電源電壓的過(guò)零點(diǎn)同步，梯形波通過(guò)R7 及等效可變電阻向電容C1 充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到單結(jié)晶體管的峰值電壓UP 時(shí)，單結(jié)晶體管V6 導(dǎo)通，電容通過(guò)脈沖變壓器原邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時(shí)由于放電時(shí)間常數(shù)很小，C1 兩端的電壓很快下降到單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓Uv，使V6 關(guān)斷，C1 再次充電，

20、周而復(fù)始，在電容C1 兩端呈現(xiàn)鋸齒波形，在脈沖變壓器副邊輸出尖脈沖。在一個(gè)梯形波周期內(nèi)，V6 可能導(dǎo)通、關(guān)斷多次，但對(duì)晶閘管的觸發(fā)只有第一個(gè)輸出脈沖起作用。電容C1 的充電時(shí)間常數(shù)由等效電阻等決定，調(diào)節(jié)RP1 可實(shí)現(xiàn)脈沖的移相控制。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的各點(diǎn)波形如圖3-2 所示圖3-2 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點(diǎn)的電壓波形2、正弦波同步移相觸發(fā)電路正弦波同步移相觸發(fā)電路由同步移相、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成，其原理如圖3-3 所示。圖3-3 正弦波同步移相觸發(fā)電路原理圖同步信號(hào)由同步變壓器副邊提供。三極管V1 左邊部分為同步移相環(huán)節(jié)，在V1 的基極綜合了同步信號(hào)電壓UT、偏移電壓Ub 及控制電壓Uct（RP

21、1 電位器調(diào)節(jié)Uct ，RP2 調(diào)節(jié)Ub）。調(diào)節(jié)RP1 及RP2 均可改變V1 三極管的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，從而控制觸發(fā)角的位置。脈沖形成整形環(huán)節(jié)是一分立元件的集基耦合單穩(wěn)態(tài)脈沖電路，V2 的集電極耦合到V3 的基極，V3 的集電極通過(guò)C4、RP3 耦合到V2 的基極。當(dāng)V1 未導(dǎo)通時(shí)，R6 供給V2 足夠的基極電流使之飽和導(dǎo)通，V3 截止。電源電壓通過(guò)R9、T1、VD6、V2 對(duì)C4 充電至15V 左右，極性為左負(fù)右正。當(dāng)V1 導(dǎo)通的時(shí)候，V1 的集電極從高電位翻轉(zhuǎn)為低電位，V2 截止，V3 導(dǎo)通，脈沖變壓器輸出脈沖。由于設(shè)置了C4、RP3 阻容正反饋電路，使V3 加速導(dǎo)通，提高輸出脈沖的前沿陡度。同

22、時(shí)V3 導(dǎo)通經(jīng)正反饋耦合，V2 的基極保持低電壓，V2 維持截止?fàn)顟B(tài)，電容通過(guò)RP3、V3 放電到零，再反向充電，當(dāng)V2 的基極升到0.7V 后，V2 從截止變?yōu)閷?dǎo)通，V3 從導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。V2 的基極電位上升0.7V 的時(shí)間由其充放電時(shí)間常數(shù)所決定，改變RP3 的阻值就改變了其時(shí)間常數(shù)，也就改變了輸出脈沖的寬度。正弦波同步移相觸發(fā)電路的各點(diǎn)電壓波形如圖3-4 所示。電位器RP1、RP2、RP3 均已安裝在面板上，同步變壓器副邊已在內(nèi)部接好，所有的測(cè)試信號(hào)都在面板上引出。圖3-4 正弦波同步移相觸發(fā)電路的各點(diǎn)電壓波形3單結(jié)晶體管的工作原理和特性曲線(xiàn)單結(jié)晶體管的發(fā)射極電流與EB間電壓的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)

23、為單結(jié)晶體管伏安特性曲線(xiàn)，特性曲線(xiàn)的測(cè)試電路如圖3.5所示，方框內(nèi)為單結(jié)晶體管的等效電路。圖3.5 單結(jié) HYPERLINK /show.aspx?id=325913&cid=177 o 晶體管 晶體管特性曲線(xiàn)的測(cè)試單結(jié)晶體管的伏安特性曲線(xiàn)，如圖3.5所示，可分成3個(gè)區(qū)域：（1）截止區(qū)：當(dāng)電壓 UEB1UA+UD(on)時(shí)，二極管 D處于反向偏置，電流 iE 很小，故稱(chēng)這段區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)。（2）負(fù)阻區(qū)：當(dāng)增加到PN結(jié)開(kāi)始導(dǎo)通的峰點(diǎn)電壓 UP時(shí)，即 HYPERLINK /show.aspx?id=325787&cid=178 o 二極管 二極管D導(dǎo)通。此時(shí)，空穴濃度很高的P區(qū)向電子濃度很低的N型基

24、區(qū)注入大量空穴載流子，使 RB1減小，由式（3.2）可知，UA下降，iE增大。而UA的降低，又使PN結(jié)正偏增加，iE的增大使RB1進(jìn)一步減小直至點(diǎn)，形成正反饋，即出現(xiàn)了如PV段所示特性。由于動(dòng)態(tài)電阻為負(fù)值，故PV段稱(chēng)為負(fù)阻區(qū)。V點(diǎn)電壓UV稱(chēng)谷點(diǎn)電壓，電流IV稱(chēng)為谷點(diǎn)電流。（3）飽和區(qū)：達(dá)到V點(diǎn)以后，當(dāng)iE增加時(shí)，UEB1也有所增加。這是由于P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴濃度已達(dá)到飽和程度，RB1不會(huì)繼續(xù)減小，恢復(fù)正阻特性。所以把V點(diǎn)以后的區(qū)域稱(chēng)為飽和區(qū)。3.2、單結(jié)晶體管振蕩電路 1、如下圖所示，它能產(chǎn)生一系列脈沖，用來(lái)觸發(fā)晶閘管。（a）電路圖 (b)波形圖 （3.6）單結(jié)管振蕩電路及波形2.當(dāng)合上開(kāi)關(guān)

25、S后，電源通過(guò)R1、R2加到單結(jié)管的兩個(gè)基極上，同時(shí)又通過(guò)R、RP向電容器C充電，uC按指數(shù)規(guī)律上升。在uC（uC=uE ）-Uc,T5又重新導(dǎo)通，使T7、T8截止，輸出脈沖終止。輸出、脈沖前沿由T4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。3.6、雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)產(chǎn)生雙脈沖的方法有兩種，一種是每個(gè)觸發(fā)電路有每個(gè)周期內(nèi)只產(chǎn)生一個(gè)脈沖，脈沖輸出電路同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)橋臂的晶閘管，這稱(chēng)為外雙脈沖觸發(fā)。另一種方案是每個(gè)觸發(fā)電路在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)個(gè)相隔60的窄脈沖，脈沖輸出電路只觸發(fā)一個(gè)晶閘管，這稱(chēng)為內(nèi)雙脈沖觸發(fā)。內(nèi)雙脈沖是目前應(yīng)用最多的一種觸發(fā)方式。T5、T6構(gòu)成或門(mén)。當(dāng)T5、T6都導(dǎo)

26、通時(shí)，T7、T8截止，沒(méi)有脈沖輸出。只要T5、T6有一個(gè)截止，都會(huì)使T7、T8導(dǎo)通，有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘?hào)來(lái)控制T5或T6的截止，就可以主生符合要求的脈沖。其中，第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的對(duì)應(yīng)的控制角所產(chǎn)生，使T4由截止變?yōu)閷?dǎo)通，T5瞬時(shí)截止，于是T8輸出脈沖。相隔60的第二個(gè)脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元主生，使T6瞬時(shí)截止，于是本相觸發(fā)單元的T8管又導(dǎo)通，第二次輸出一個(gè)脈沖，因現(xiàn)時(shí)得到間隔60的雙脈沖。其中D4和R17和作用主要是防止雙脈沖信號(hào)互相干擾。其連接框圖如圖所示。 在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)門(mén)1T2T3T4T5T6，彼此間隔60。本相觸發(fā)電路輸出脈

27、沖時(shí)X端發(fā)出信號(hào)給相鄰前相觸發(fā)電路Y端，使前相觸發(fā)電路補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖。3.7、同步變壓器在晶閘管裝置中，送到主電路各晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽(yáng)極電壓之間必須保持正確的相位關(guān)系，才能保證裝置正常工作。觸發(fā)脈沖只有在晶閘管陽(yáng)極電壓為正的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，晶閘管才能被觸發(fā)導(dǎo)通。鋸齒波同步觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的時(shí)刻，必須根據(jù)被觸發(fā)的晶閘管陽(yáng)極電壓相位，以使觸發(fā)電路在晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時(shí)刻輸出脈沖。所以，通過(guò)使用同步變壓器，使主電路的電壓相位與觸發(fā)電路的輸出電壓信號(hào)保持了正確的相位關(guān)系，從而控制晶閘管的開(kāi)通時(shí)刻，得到可控制的輸出電壓。根據(jù)主電路，同步變壓器的接線(xiàn)圖如圖所示。 第第四章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)4.1過(guò)電流保

28、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)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過(guò)載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生逆變失??；以及交流電源電壓過(guò)高或過(guò)低；均能引起裝置或其他元件的電流超過(guò)正常工作電流，即出現(xiàn)過(guò)電流。因此，必須對(duì)電力電子裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電流保護(hù)。采用快速熔斷器作過(guò)電流保護(hù)，其接線(xiàn)圖（見(jiàn)圖4.1）。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，這

29、里就應(yīng)用這一方法快熔抑制過(guò)電流電路圖如下圖所示：圖4.1 快速熔斷器的接入方法A型熔斷器特點(diǎn)：是熔斷器與每一個(gè)元件串連，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)于第二類(lèi)過(guò)流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見(jiàn)的電子保護(hù)原理圖如4.2所示圖4.2過(guò)流保護(hù)原理圖 當(dāng)熔和晶閘管串聯(lián)使用時(shí)，快熔的額定電壓應(yīng)大于線(xiàn)路正常工作電壓的有效值，快熔的額定電流是用有效值來(lái)表示的，一般可按下式選取： 1.57IT 式中， 晶閘管的實(shí)際工作電流有效值；

30、IT晶閘管的額定電流。因?yàn)榫чl管的額定電流 IT =2A所以 1.57IT=1.572A=3.14A所以所選熔斷器為： RS13 六個(gè)。4.2過(guò)電壓保護(hù): 設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)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(guò)電壓出現(xiàn)。過(guò)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(xiàn)性元件加以抑制。見(jiàn)圖4.3和圖4.4圖4.3阻容三角抑制過(guò)電壓 圖4.4壓敏電阻過(guò)壓 過(guò)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(jiàn)的電子保護(hù)原圖如圖4.5所示：圖4.5過(guò)電壓保護(hù)電路根據(jù)資料書(shū)上的資料，我們采用阻容保護(hù)(圖4.3)，在變壓

31、器副邊電路兩端并聯(lián)電阻R和電容C，利用電容兩端的電壓不能夠突變的特性，可以有效的抑制變壓器繞組中的過(guò)電壓，串聯(lián)電阻能夠消耗部分過(guò)電壓能量。同時(shí)抑制LC回路的振蕩。 單相阻容保護(hù)的計(jì)算公式如下：S ：變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）U：變壓器副邊相電壓有效值（V）%: 變壓器激磁電流百分值%: 變壓器的短路電壓百分值。當(dāng)變壓器的容量 在（101000）KVA里面取值時(shí)i%=（410）在里面取值，U%=（510）里面取值。電容C的單位為F，電阻的單位為歐姆電容C的交流耐壓1.5UU為正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。 第五章、元器件的選用5.1.主電路元器件的選用（1）.整流器的選用1二次相電壓U2

32、的計(jì)算 二次側(cè)相電壓U2=(Udmax+Rid+nUvT)/A(COSmin-CUkI2/I2N) 式（51）?；蚝?jiǎn)化為U2=（1.21.5）Udmax/A 式（52）.其中在（51）中：Id為電動(dòng)機(jī)額定電流，R為整流變壓器內(nèi)阻和平波電抗器電阻之和，nUvT為主電路中電流經(jīng)過(guò)幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的正向壓降。A為=0時(shí)Ud與U2之比，對(duì)于三相橋式A=2.34。C為短路連接方式系數(shù)，對(duì)于三相橋式C=0.5。為電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)，一般區(qū)0.9。min為最小控制角，一般可逆系統(tǒng)min=3035。Uk為變壓器短路電壓比，在10060W以下，Uk取0.05。根據(jù)設(shè)計(jì)要求得：忽略變壓器和平波電抗器R，取=30，UvT=

33、1V，n=2,I2/I2n=1,Udmax=UN=220V,A=2.34,C=0.5,Uk=0.05,代入式（51）得：U2=（220+21）/2.340.9（0.866-0.50.051）=125V 實(shí)取U2=140V。2二次側(cè)相電流I2和一次側(cè)電流I1的計(jì)算對(duì)于三相全控橋有Id/I2=1.22 式（53） I1=Ki1Id/K 式（54） 其中Ki1為計(jì)算系數(shù)取0.816，K是變比系數(shù)。 由式（53），Id取電動(dòng)機(jī)額定電流305A， 進(jìn)而可知I2=Id/1.22=305/1.22=250A. 由二次側(cè)電壓U2=140V，可知K=U1/U2=380/140=2.714。 由式（54），I1=

34、0.816305/2.714=92A。3.變壓器容量 S1=m1U1I1 式（55） S2=m2U2I2 式（56） S=1/2（S1+S2） 式（57）其中m1,m2分別是一次側(cè)，二次側(cè)整流變壓器的相數(shù)。代入式（55），（56），（57）有 S1=3220158.5105KVA S2=3140250=105KVA S=105KVA從上述 數(shù)據(jù)有：表5.1 變壓器參數(shù)相數(shù)接線(xiàn)容量 （KVA）一次側(cè)電壓 （V）一次側(cè)電流（A）二次側(cè)電壓 （V）二次側(cè)電流 （A） 3D，Ya11105220 92 140 250（2）晶閘管參數(shù)的計(jì)算1.晶閘管額定電流：ITN=（1.52）KfbId 式（58）其

35、中Kfb為計(jì)算系數(shù)，取Kfb=0.368代入式（58）得，ITN=264352A取ITN=300A2.晶閘管額定電壓：UTN=（23）6U2=685.8571028.78所以有晶閘管的型號(hào)為KP300-10D。（3）電抗器的選擇電抗器的的主要參數(shù)有流過(guò)電抗器的電流和電抗器的電感量。前者一般是已知的，因此電抗器的參數(shù)主要是電感量的計(jì)算。限制輸出電流脈動(dòng)的電感量LmLm=(Udm/U2)1000/2fdU2/SiId(mH) 式（59）在式中U2為電源相電壓有效值；fd為輸出電流的最低斜波頻率，和主電路有關(guān)，對(duì)于三相電路，取300；Udm為最低斜波頻率的電壓幅值；Si為脈動(dòng)系數(shù)。Si取0.1，U2

36、=220V。計(jì)算得： Lm=0.81000220/（23.143000.1305）=3.06（mH）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量LlLl=KlU2/Idmin(mH) 式（510）式中K1為與整流電路有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于三相橋式K1取0.693；U2為變壓器二次側(cè)相電壓。Idmin為電路所需的最低電流，一般為5%10%Id。在此取10%。由式（510）得： L1=0.693140/（0.1305）=3.18(mH)3.電動(dòng)機(jī)電感量LD和變壓器漏電感LB電動(dòng)機(jī)電感量LD可按下式計(jì)算 LD=KDUD/（2pnId）1000（mH） 式（511）式中UD為電動(dòng)機(jī)額定電壓；Id為電動(dòng)機(jī)的額定電流；n為電動(dòng)機(jī)

37、的額定轉(zhuǎn)速；p是電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；KD是計(jì)算系數(shù)，對(duì)于一般無(wú)償電動(dòng)機(jī)KD=812，在此取10；P取2。由（511）LD=102201000/（223051000）=1.8（mH）變壓器漏電感LB計(jì)算如下 LB=KBUk U2/Id 式（512）其中KB為與電路形式有關(guān)的系數(shù)；U2為變壓器二次側(cè)相電壓的有效值；Uk為變壓器短路電壓比。在此KB取3.9，Uk=0.05。由式（512）計(jì)算得： LB=3.90.05140/305=0.0895 （mH）實(shí)際串入電抗器的電感量限制電流脈動(dòng)時(shí)的實(shí)際電感量 Lma=Lm-(2LB-LD)=3.06-20.0895-1.8=1.08（mH輸出電流連續(xù)的實(shí)際臨

38、界電感量 Lla=Ll-(2LB-LD)=3.18-2取較大者，做為串入電抗器的電感量即1.2mH。5.2.保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算（1）過(guò)電壓保護(hù)對(duì)于過(guò)電壓保護(hù)包括交流側(cè)、直流側(cè)、元件保護(hù)。交流側(cè)保護(hù)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，鐵心中的磁通在短時(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)過(guò)電壓，這種過(guò)電壓可用阻容保護(hù)。由于電容兩端的電壓不能突變，可以限制變壓器次級(jí)的電壓變化率，因而限制了瞬時(shí)電壓上升的水平。電容器把變壓器鐵心的磁能轉(zhuǎn)化成電容電能。串聯(lián)的電阻可以消耗部分能量，并可抑制LC回路的振蕩。 變壓器一次側(cè)阻容吸收裝置變壓器每相平均容量： S=1/3S變=35K

39、VA。阻容值可用下式計(jì)算 C6i0%S/U22 （vF） 式（513） R2.3U22Uk%/i0%/S 式（514）式中 S變壓器每相平均計(jì)算容量（VA） U2變壓器次級(jí)相電壓有效值（V） i0%變壓器勵(lì)磁百分?jǐn)?shù)，101000KVA的變壓器，對(duì)應(yīng)的i0%=104； Uk%變壓器的短路比，101000KVA的變壓器，對(duì)應(yīng)的Uk%=510。在此取i0%=5，Uk%=5。代入式（513） C16535103/3802=7.3(vF)由（514）得： R12.3 3802/（35103）=9.49實(shí)取C=10vF, R=10。電容C1的耐壓值1.5UC。Uc=380VUC是阻容兩端在正常工作時(shí)交流電

40、壓的有效值。Ic2fUC10-6=1.19A。所以有電容C1的耐壓值1.5UC=1.5380=570V電阻功率PR=(34)IcR=41.19210=56.65一次側(cè)阻容裝置為10vF,650V,3支，繞線(xiàn)電阻取10，100，3支。 變壓器二次側(cè)阻容吸收裝置因?yàn)槿喽蝹?cè)是Y接，阻容接法是接法。所以有C21/3（6i0%S/U22 ） （vF）式（515） R232.3U22（Uk%/i0%）/S 式（516）代入式（515）得： C21/36535103/1402=17.86（vF）代入式（516）得： R232.3U221/35103=3.864 實(shí)取C2=20（vF），R2=4。 取其耐

41、壓值1.5Uc=1.53140=364V Ic2fUC10-6=23.14314010-6=1.52A PR2=441.522=37。實(shí)取變壓器二次側(cè)電容：20Vf，630V。電阻為4，503支。 壓敏電阻的保護(hù) 壓敏電阻是一種非線(xiàn)性電阻，具有正反向相同且很陡的伏安特性，抑制過(guò)電壓能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，本身體積小，是目前較好的過(guò)電壓保護(hù)元件，她的主要缺點(diǎn)是：持續(xù)的平均功率小。 壓敏電阻的額定電壓U1MA/（0.80.9）（壓敏電阻承受的額定電壓峰值） 式（517）式中： 電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1.081.10； 系數(shù)（0.80.9）考慮U1MA下降10%而通過(guò)壓敏電阻仍保持在1mA以下，以及考慮整流裝置允許過(guò)電壓的系數(shù)。代入（517）有：U1MA=419472V所以取的壓敏電阻為： MY31440/3 取3支，額定電壓440V，逆流容量3KA。（2） 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)以電動(dòng)機(jī)為負(fù)載時(shí)，變流裝置的直流側(cè)也會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，當(dāng)直流端設(shè)置的快速開(kāi)關(guān)，突然切斷過(guò)載電流時(shí)，電源變壓器中儲(chǔ)存能量的釋放也會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。雖然交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)可以起到抑制過(guò)電壓的作用，但過(guò)載時(shí)變壓器所儲(chǔ)存能量比空載時(shí)要大，這種過(guò)電壓仍會(huì)通過(guò)導(dǎo)通的晶閘管反映到直流側(cè)。 采用壓敏電阻保護(hù)，有：MY31440/3 取3支，額定電壓440V，逆流容量3KA。（