電力電子課程設(shè)計(jì)-全控整流電路

1、第1章單相橋式整流電路方案的選擇我們知道，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)a突然增大至180?；虺霭l(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 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)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

2、二極管， 以免發(fā)生失控現(xiàn)象。方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐穫€(gè)導(dǎo)電回路進(jìn) 波形平穩(wěn)，應(yīng)平均值為零，即直流電路簡(jiǎn)圖如下：此電路對(duì)每行控制，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, 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， 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? 電路簡(jiǎn)圖如下：圖1.3一個(gè)可控器件，電此電路只需要路比較簡(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?/p>

3、全波可控整流電路：電路簡(jiǎn)圖如下：圖1.4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(wèn)題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。綜上可知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

4、性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。下面分析各種單相相控整流電路在帶電阻性負(fù)載、 電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況。單相半控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是：線路簡(jiǎn)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(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。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)

5、載）。第二章 系統(tǒng)主體電路的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)原理方框圖如 2.1所示:圖2.1系統(tǒng)原理方框圖根據(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阻感性負(fù)載。2.2系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明主電路原理圖及其工作波形如下所示：圖2.3王電路工作波形圖電路如圖22和圖2.3所示。為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)。(1)工作原理在電源電壓U2正半周期間，VT1、VT2承受正向電壓，若在 F =二時(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，u2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、V

6、T2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U2負(fù)半周期間，晶閘管 VT3 VT4承受正向電壓，在4 :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VT1、t =2二時(shí)，電壓U2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VT2導(dǎo)通時(shí)，VT3、VT4因加反向電壓才截止。值得注意的是，只有當(dāng)：乞-2時(shí)，負(fù)載電流id才連續(xù)，當(dāng)二2時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近零，因此這種電路控制角的移相范圍是022.3原理圖的分析圖2.4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

7、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關(guān)特性實(shí)現(xiàn)將交流變?yōu)橹绷鞯墓δ堋Ｓ|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

8、。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。2.4整流電路參數(shù)計(jì)算1 ）整流輸出電壓的平均值可按下式計(jì)算1 兀垃廠22Ud =2U 2 sin td = U 2 cos： =0.9U2 cos：（2-1）兀百tH當(dāng)a =0時(shí)，Ud取得最大值100V即Ud = 0.9 U2=100V從而得出U2=111V, a =90O時(shí)，Ud=O。a角的移相范圍為90。2）整流輸出電壓的有效值為U =豹t$dgt 尸U2 =111V（2-2）If xx3）整流電流的平均值和有效值分別為UdU2I d 一 =0.9 COS：（

9、2-3）RdRdURdU2Rd(2-4)4）在一個(gè)周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180。，兩組輪流導(dǎo)通，變壓器二次電流是正、負(fù)對(duì)稱的方波，電流的平均值|d和有效值I相等，其波形系數(shù)為 1。兀,1,I dI d2IddT2 二流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流平均值和有效值分別為:(2-5)(2-6)5）晶閘管在導(dǎo)通時(shí)管壓降 UT =0,故其波形為與橫軸重合的直線段；VT和VT2加正向電壓但觸發(fā)脈沖沒到時(shí)，VT3 VT4已導(dǎo)通，把整個(gè)電壓 u2加到VT1或VT2上，則每個(gè)元件承受的最大可能的正向電壓等于 2U 2 ;VT1和VT2反向截止時(shí)漏電流為零，只要另一組晶閘管導(dǎo)通，也就把整個(gè)電壓U2加到VT1或VT2上，故兩

10、個(gè)晶閘管承受的最大反向電壓也為.2U2。2.5元器件的選取由于單相橋式全控整流帶電感性負(fù)載主電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時(shí)主要 考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原則。1）.晶閘管的主要參數(shù)如下：額定電壓Urn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 UTnminU drM ,U rrm】(2-7 )Um （ 23） UTmUTm： 工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓額定電流 I T(AV)It(AV)又稱為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40 和規(guī)定的冷卻條件下，元

11、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。 要注意的是若晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)小于正弦波的半個(gè)周期，即使正向電流值沒超過(guò)額定值，但峰值電流將非常大，可能會(huì)超過(guò)管子所能提供的極限，使管子由于過(guò)熱而損壞。在實(shí)際 使用時(shí)不論流過(guò)管子的電流波形如何、導(dǎo)通角多大，只要其最大電流有效值ITM t)2d(cot) =(2-8 )1 T(AV)JT二 1/2 二 Ims in tdC t)lm(2-9 )波形系數(shù)：有直流分量的電流波形，其有效值It與平均值Wd之比稱為該波形的波形系數(shù),用

12、Kf表示。Kf(2-10)額定狀態(tài)下，晶閘管的電流波形系數(shù)Kf上1 Td= 1.11(2-11 )(2-12 )d = 1；2U 2 sin cotd t 片 2、2 U 2 cosa = 0.9U 2 cos。當(dāng)a =0時(shí)，Ud取得最大值100V即Ud = 0.9 U2=100V從而得出U2=111V , a =90時(shí),Ud=0。a角的移相范圍為90。晶閘管承受最大電壓為 U TM = ； 2U 2 = . 2 111V = 157V考慮到2倍裕量，取400V.晶閘管的選擇原則：I所選晶閘管電流有效值|Tn大于元件 在電路中可能流過(guò)的最大電流有效值。n、選擇時(shí)考慮(1.52)倍的安全余量。即

13、iTn = 0.707 l T(AV)= (1.5 2) l TMIt(av)-(1.52)骨(2-13 )因?yàn)镮則晶閘管的額定電流為It av =10A（輸出電流的有效值為最小值，所以該額定電流也為最小值）考慮到2倍裕量，取20A.即晶閘管的額定電流至應(yīng)大于20A.在本次設(shè)計(jì)中我選用 4個(gè)KP20-4的晶閘管.川、若散熱條件不符合規(guī)定要求時(shí)，則元件的額定電流應(yīng)降低使用。 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。 維持電流Ih。指在常溫門極開路時(shí)，晶閘管從較大的通態(tài)電流降到剛好能保持通態(tài)所需要的最小通態(tài)

14、電流。一般Ih值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電流容量大小而定。 門極觸發(fā)電流lg。在常溫下，陽(yáng)極電壓為6V時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所需的門極電流， 一般為毫安級(jí)。 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt。在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不會(huì)導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài) 到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。 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)在晶閘管剛開通時(shí)，有很大的電流集中在門極附近的 小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過(guò)熱而損壞晶閘管。2）變壓器的選取根據(jù)參數(shù)計(jì)算可知：變壓器應(yīng)選變比為2,容量至少為24.2V A。2.6性能指標(biāo)分析整

15、流電路的性能常用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量：一個(gè)是反映轉(zhuǎn)換關(guān)系的用整流輸出電壓的平均值表示；另一個(gè)是反映輸出直流電壓平滑程度的，稱為紋波系數(shù)。1）整流輸出電壓平均值1 ,拠廠j2x2U d =. 2U 2 sin td t = U 2 cos ： = 0.9U 2 cos：（2-14 ）n n2）紋波系數(shù)紋波系數(shù)Kr用來(lái)表示直流輸出電壓中相對(duì)紋波電壓的大小，即2 2(2-15)ULr U2 -UdK r 一UdUd第三章輔助電路的設(shè)計(jì)3.1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)電路亦稱觸發(fā)電路。 根據(jù)控制

16、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。3.1.1對(duì)觸發(fā)電路的要求晶閘管觸發(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：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)通后電流能迅速上 升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。4）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

17、必須滿足電路要求。圖3.1強(qiáng)觸發(fā)電流波形3.1.2晶閘管觸發(fā)電路類型1. 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1）特點(diǎn)：由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡(jiǎn)單、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、溫度補(bǔ)償性能 好，脈沖前沿陡等優(yōu)點(diǎn)，在小容量的晶閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。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。2）組成：由自激振蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成如圖3.2 （ a）所示:-220 VOt3.2單結(jié)晶,本管觸發(fā)電路及波形Rj加在單結(jié)晶體管兩個(gè)基極d、b2之間；另一路通過(guò).frj/蟲發(fā)尖脈沖Ug，如圖?？刂?BT的導(dǎo)通、截3）工作原理：經(jīng)D1D4整流后的直流電源 UW，一路

18、經(jīng)R2、止；在電容上形成鋸齒波振蕩3.2（b）所示，其振蕩頻率為:上式中 =0.3 0.9是單結(jié)晶體管的分壓比，即調(diào)節(jié)Re,可調(diào)節(jié)振蕩頻率。4）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，故同步電壓與主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓管 Dw削波為梯形波UDW，而削當(dāng) uDW過(guò)零時(shí)，電容C經(jīng)e-b、R1C都從零開始充電。進(jìn)而保證每周期觸 a ） 一致，實(shí)現(xiàn)了同步。Up的時(shí)間增大，第一個(gè)脈鋸齒波形成電路由 Tl、T2、T3和C2等波后的最大值 UW既是同步信號(hào)，又是觸發(fā)電路電源。 迅速放電到零電壓。這就是說(shuō)，每半周開始，電容發(fā)電路送出第一個(gè)脈沖距離過(guò)零的時(shí)刻

19、（即控制角5）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)電壓丁2截止時(shí)，恒流源電流lie對(duì)電容C2沖出現(xiàn)的時(shí)刻推遲，即控制角a增大，實(shí)現(xiàn)了移相。元件組成，其中Ti、Dw、Rw2和R3為一恒流源電路。1I充電，所以C2兩端電壓ue為：ue11edt1etC C3.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子器件承受過(guò)電流和過(guò)電壓的能力 但又不能完全根據(jù)裝置運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的相對(duì)于電機(jī)和繼電器， 接觸器等控制器而言, 較差，短時(shí)間的過(guò)電流和過(guò)電壓就會(huì)把器件損壞。暫時(shí)過(guò)電流和過(guò)電壓的數(shù)值來(lái)確定器件參數(shù)，必須充分發(fā)揮器件應(yīng)有的過(guò)載能力。因此，保護(hù)就成為提高電力電子裝置運(yùn)行可靠性必不可少的重要環(huán)節(jié)。3.2.1主電路的過(guò)

20、電壓保護(hù)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)所能承受的最 大峰值電壓Un都稱為過(guò)電壓，其電路圖見圖3.3RC?圖3.3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，鐵芯中保護(hù)方法：阻容的磁通在短時(shí)間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級(jí)感應(yīng)

21、出很高的瞬時(shí)電壓。保護(hù)2. 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)由于圖3.4主電路的過(guò)電壓保護(hù)322晶閘管的保護(hù)電路1.晶閘管過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電流保護(hù)第一種是采用電子保護(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(guò)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(guò)電壓或過(guò)電流的數(shù)值。第二種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，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。我們這次的課程設(shè)計(jì)采用的是第二種保護(hù)電路。（1 ）晶閘管變流裝置的過(guò)電流保護(hù)晶閘管變流裝置運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流，過(guò)電流分過(guò)載和短 路兩種情況，由于晶閘管的熱容量較小，以及

22、從管心到散熱器的傳導(dǎo)途徑中要遭受到一 系列熱阻，所以一旦過(guò)電流，結(jié)溫上升很快，特別在瞬時(shí)短路電流通過(guò)時(shí)，內(nèi)部熱量來(lái) 不及傳導(dǎo)，結(jié)溫上升更快，晶閘管承受過(guò)載或短路電流的能力主要受結(jié)溫的限制?？捎?作過(guò)電流保護(hù)電路的主要有快速熔斷器，直流快速熔斷器和過(guò)電流繼電器等。在此我們 采用快速熔斷器措施來(lái)進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。圖3.5過(guò)電流保護(hù)采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過(guò)電流保護(hù)措施。在選擇快 熔時(shí)應(yīng)考慮：1）電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。2）電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)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

23、直流母線中。3） 快熔的I 2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許I 2t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。因?yàn)榫чl管的額定電流為 10A,快速熔斷器的熔斷電流大于1.5倍的晶閘管額定電流，所以快速熔斷器的熔斷電流為 15A。（2 ）晶閘管變流裝置的過(guò)電壓保護(hù)電力電子裝置中可能發(fā)生的過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類。外因過(guò)電壓主要 來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外部原因，內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過(guò)程，過(guò)電壓保護(hù)有避雷器保護(hù)，利用非線性過(guò)電壓保護(hù)元件保護(hù)，利用儲(chǔ)能元件保護(hù)， 利用引入電壓檢測(cè)的電子保護(hù)電路作過(guò)電壓保護(hù)。在此我們采用儲(chǔ)能元件保護(hù)即阻容保護(hù)。

24、圖3.6晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)單相阻容保護(hù)的計(jì)算公式如下:C _6i。R _2.32 IU2 U k%(3-2)(3-3)S：變壓器每相平均計(jì)算容量（VA u2 ：變壓器副邊相電壓有效值（V）i %:變壓器激磁電流百分值Uk %變壓器的短路電壓百分值。Uk%=當(dāng)變壓器的容量在（10-1000 ）KVA里面取值時(shí)i0%=（ 4-10 ）在里面取值,（5-10 ）里面取值。電容C的單位為卩F,電阻的單位為歐姆，電容C的交流耐壓1.5UeUe :正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。根據(jù)公式算得電容值為4.8卩F,交流耐壓為165V,電阻值為12.86 Q ,在設(shè)計(jì)中我們?nèi)‰娙轂?卩F,電阻值為13 Q o

25、3.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)3.3.1電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開通時(shí)電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密很大，然后以過(guò)大,0.1mm/卩s的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面，若晶閘管開通時(shí)電流上升率di/dt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 ：圖3.7串聯(lián)電感抑制回路3.3.2電壓上升率 du/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率du/dt也應(yīng)有所限制，如果du/dt過(guò)大由于晶閘管結(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)

26、重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制du/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如下圖：圖3.8并聯(lián)R-C阻容吸收回路第四章電路仿真4.1 SIMULINK仿真軟件介紹Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合 分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操 作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simuli nk具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simuli nk已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用 Simulink

27、。4.2仿真波形打開新建模型窗口，將所需元件模塊從模塊庫(kù)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(kù)連接組成仿真模型，如下圖4-2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)(Simulation Parameters)命令設(shè)定有關(guān)仿真參數(shù)，設(shè)定停止時(shí)間(Stop Time)為0.1秒，仿真算法選擇可變步長(zhǎng)(Variable-step)積分算法函數(shù)，L=700mH,R=500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 )就能顯示其信號(hào)波形。g*lit圖4.1單相橋式全控整流電路仿真電路單相橋式全控整流電路在觸發(fā)角為0時(shí)的仿真波形如下所示:-2嗎515000.040.060.0801負(fù)載電疣涼過(guò)晶閘莒VT1的電涼晶閘育電壓Time off萌t: 0負(fù)載電壓m. “! Ik ! 4u 飛 !V V v I FI 1tIP T I! f圖4.2觸發(fā)角為0時(shí)的仿真波形單相橋式全控整流電路在觸發(fā)角為60時(shí)的仿真波形如下所示:品哥管電壓圖4.3觸發(fā)角為60 時(shí)的仿真波形0.040 0G 0 080.1課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)單相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)整流電路的理解，讓我對(duì)電力電子該 課程產(chǎn)生了濃烈的興趣。整流電路的設(shè)計(jì)方法多種多樣，且根據(jù)負(fù)載的不同