電力電子技術(shù)課程設(shè)計單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路

1、單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路湖南工學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計課題名稱：單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路系別:電氣與信息工程系專業(yè)班級：電氣0505班姓名： 學(xué)號：401050517指導(dǎo)教師：同組人員： 設(shè)計時間：2007年6月前言電力電子技術(shù)無論對改造傳統(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。我國目前仍舊是一個發(fā)展中的國家，尚處于前工業(yè)化階段，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍然是我國國民經(jīng)濟(jì)的主力軍，因此在近期或在較長一段時期內(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經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而電力、機(jī)械、冶金、石油、化工、交

2、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)系到我國工業(yè)基礎(chǔ)的強(qiáng)弱。毫無疑問，電力電子技術(shù)是提高這些產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的重要手段，它是對我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造、建立自動化工業(yè)體系的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)。 工業(yè)供電電源種類繁多，中小功率電源包括交流不間斷電源、通訊電源及各類高頻開關(guān)電源。眾所周知，它們在遠(yuǎn)距離通訊.、數(shù)據(jù)通訊、計算機(jī)和辦公自動化、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)過程控制機(jī)、操作控制臺、測試和測量儀器中均有廣泛的應(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、工業(yè)供電電源、電力輸配電和

3、照明四大方面的各類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)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、通信理論、信號處理、電子學(xué)、微電子學(xué)、金屬學(xué)）以及各種專門技術(shù)（材料、元件制造、半導(dǎo)體及集成電路制造、電磁及電磁兼容測量、計算機(jī)仿真和輔助設(shè)計）等。因此電力電子技術(shù)是門應(yīng)用性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，要徹底改變我國目前電力電子技術(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)對國際學(xué)術(shù)交流活動的支持。特別

4、是必須采取有效措施;提高國內(nèi)電力電子企業(yè)的技術(shù)水平，同時結(jié)合我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大工程項(xiàng)目，以電力電子技術(shù)應(yīng)用為核心，切實(shí)組織好跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨部門的對諸多關(guān)鍵共性技術(shù)和工程技術(shù)的研究和攻關(guān)，徹底克服過去專業(yè)分工過細(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。并采取扶植和鼓勵采用國產(chǎn)電力電子產(chǎn)品的政策，迅速形成我國自己的強(qiáng)大的電力電子產(chǎn)業(yè)，為人類做出更大貢獻(xiàn)。目錄第一章 設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計目的21.2 設(shè)計要求21.3 設(shè)計內(nèi)容21.4設(shè)計題目2第二章 設(shè)計內(nèi)容2.1 方案的論證與選

5、擇3 2.1.1主電路的方案論證32.2 主電路的設(shè)計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4.1 過電流保護(hù)164.2 過電壓保護(hù)17第五章 元器件的選用18第六章 參數(shù)的計算22第七章 心得體會23第八章 參考文獻(xiàn)23第一章 設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計目的：電力電子課程設(shè)計是電氣自動化專業(yè)學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中一項(xiàng)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是走向工作

6、崗位、從事專業(yè)技術(shù)之前的一項(xiàng)綜合性技能訓(xùn)練，對學(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算各元、器件值； 4：編制使用說明書，介紹適用范圍和使用注意事項(xiàng)；說明：負(fù)載形式及參數(shù)可自行選擇1.3設(shè)計內(nèi)容：單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路的設(shè)計。 1：主電路方案論證 2：電路方框圖 3：整流電路方

7、框圖 4：電路方案說明 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，一個電阻，一個電感，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負(fù)載，整流電壓波形脈動次數(shù)多于半波整流電路。變壓器而次繞組中，正負(fù)兩個半周電流方向相反且波形對稱，直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，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，流過晶閘管的平均電流減小一半。 （4

8、）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：1.4設(shè)計題目：單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路1單相橋式整流器的設(shè)計1.41、設(shè)計參數(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；1.42、設(shè)計要求：（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算各元、器件值；（4）編制使用說明書，介紹適用范圍和使用注意事項(xiàng)；說明：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，

9、輸出電壓在0200v可調(diào)，負(fù)載rl=5）第二章 設(shè)計內(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：對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，相對于全控橋而言少了一個控制器件，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，由于電感儲能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負(fù)載電阻上，會發(fā)生一個晶閘管導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(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

10、流電路時的波形，即為失控。所以必須加續(xù)流二極管，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：此電路對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(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)兩個半周電流方向相反且波形對稱，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：單相半波可控整流電路：電路簡圖如下：此電路只需要一個可控器件，電路比較簡單，vt的a 移相范圍為180。但輸出脈動大，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

11、種電路。方案四：單相全波可控整流電路：電路簡圖如下： 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個可控器件，單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，因此少了一個管壓降，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個，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題，適用于輸出低壓的場合作用。但是繞組及鐵心對銅、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方案。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：輸出電壓脈沖大，負(fù)載電流脈沖大（電阻性負(fù)載時），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

12、相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，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。 綜上所述，針對他們的優(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2.2.1帶阻感負(fù)載的單相橋式全控整流電路 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，電感對負(fù)載電

13、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，其波形如圖2 b) 所示。u2過零變負(fù)時，由于電感的作用晶閘管vt1和vt4中仍流過電流id并不關(guān)斷。至t時刻，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vt2和vt3分別向vt1和vt4施加反壓使vt1和vt4關(guān)斷，流過vt1和vt4的電流迅速轉(zhuǎn)移到vt2和vt3上，此過程稱為換相，亦稱換流。至下一周期重復(fù)上述過程，如此循環(huán)下去。帶阻感負(fù)載的單相橋式全控整流電路圖(2) ud波形如 圖2（b)所示，其平均值為當(dāng)= 0時，ud0= 0.9 u2。= 90o時，ud

14、= 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，晶閘管vt1、vt4兩端的電壓波形如圖2 b)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，晶閘管vt1和vt4組成一對橋臂，vt2和vt3組成另一對橋臂。在u2正半周，若4個晶閘管均不導(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，

15、電流從電源a端經(jīng)vt1、r、vt4流回電源b端。當(dāng)u2過零時，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過零時，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。由于在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過負(fù)載，故該電路為全波整流。在一個周期內(nèi)，整流電壓波形脈動2次，脈動次數(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)兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分

16、量為零，如圖2.2所示，不存在變壓器直流磁化問題，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，。=時，?？梢姡堑囊葡喾秶鸀?。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)線截面積等定額，需考慮發(fā)熱問題，為此需計算電流有效值。流過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，要求變壓器的容量為2.3 電路方案說明單相整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋

17、式可控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會有不同的特點(diǎn)。單相橋式全控整流電路應(yīng)用廣泛，只用四只晶閘管，一個電阻，一個電感，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負(fù)載，整流電壓波形脈動次數(shù)多于半波整流電路。變壓器而次繞組中，正負(fù)兩個半周電流方向相反且波形對稱，直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，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

18、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(又稱雙基級二極管)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，其常用的型號有bt33 和bt35 兩種，由等效電阻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述如下：由同步變壓器副邊輸出60v 的交流同步電壓，經(jīng)v

19、d1 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，其過零點(diǎn)與電源電壓的過零點(diǎn)同步，梯形波通過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，單結(jié)晶體管v6 導(dǎo)通，電容通過脈沖變壓器原邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時由于放電時間常數(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，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。在一個梯形波周期內(nèi)，v6 可能導(dǎo)通、關(guān)斷多次，但對晶閘管的觸發(fā)只有第一個輸出脈沖起作用。電容c1 的充電時間常數(shù)由等效電阻等決定，調(diào)節(jié)rp1 可實(shí)現(xiàn)脈沖的移相

20、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電壓ut、偏移電壓ub 及控制電壓uct（rp1 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

21、c4、rp3 耦合到v2 的基極。當(dāng)v1 未導(dǎo)通時，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r9、t1、vd6、v2 對c4 充電至15v 左右，極性為左負(fù)右正。當(dāng)v1 導(dǎo)通的時候，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。同時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)榻刂埂2 的基極電位上升0.7v 的時間

22、由其充放電時間常數(shù)所決定，改變rp3 的阻值就改變了其時間常數(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，所有的測試信號都在面板上引出。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單結(jié)晶體管的發(fā)射極電流與eb間電壓的關(guān)系曲線稱為單結(jié)晶體管伏安特性曲線，特性曲線的測試電路如圖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)晶體管特性曲線的測試單結(jié)晶體管的伏安特性曲線，如圖3.5所示，可分成3個區(qū)域：（1）截止區(qū)：當(dāng)電壓 ueb1ua+ud(o

23、n)時，二極管d處于反向偏置，電流 ie 很小，故稱這段區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)。（2）負(fù)阻區(qū)：當(dāng) 增加到pn結(jié)開始導(dǎo)通的峰點(diǎn)電壓 up時，即 二極管d導(dǎo)通。此時，空穴濃度很高的p區(qū)向電子濃度很低的n型基區(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。由于動態(tài)電阻 為負(fù)值，故pv段稱為負(fù)阻區(qū)。v點(diǎn)電壓uv稱谷點(diǎn)電壓，電流iv稱為谷點(diǎn)電流。（3）飽和區(qū)：達(dá)到v點(diǎn)以后，當(dāng)ie增加時，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不會繼續(xù)減小，恢復(fù)

24、正阻特性。所以把v點(diǎn)以后的區(qū)域稱為飽和區(qū)。三、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)合上開關(guān)s后，電源通過r1、r2加到單結(jié)管的兩個基極上，同時又通過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)通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(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，一種是每個觸發(fā)電路有每個周期內(nèi)只產(chǎn)生一個脈沖，脈沖輸出電路同時觸發(fā)兩個橋臂的晶閘管，這稱為外雙脈沖觸發(fā)。

25、另一種方案是每個觸發(fā)電路在一個周期內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)個相隔60的窄脈沖，脈沖輸出電路只觸發(fā)一個晶閘管，這稱為內(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。當(dāng)t5、t6都導(dǎo)通時，t7、t8截止，沒有脈沖輸出。只要t5、t6有一個截止，都會使t7、t8導(dǎo)通，有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘杹砜刂苩5或t6的截止，就可以主生符合要求的脈沖。其中，第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的對應(yīng)的控制角所產(chǎn)生，使t4由截止變?yōu)閷?dǎo)通，t5瞬時截止，于是t8輸出脈沖。相隔60的第二個脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元主生，使t6瞬時截止，于是本相觸發(fā)單元的t8管又導(dǎo)通，第二次輸出一個脈沖，因現(xiàn)時得到間隔

26、60的雙脈沖。其中d4和r17和作用主要是防止雙脈沖信號互相干擾。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)閠1t2t3t4t5t6，彼此間隔60。本相觸發(fā)電路輸出脈沖時x端發(fā)出信號給相鄰前相觸發(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)脈沖的時刻，必須根據(jù)被觸發(fā)的晶閘管陽極電壓相位，以使觸發(fā)電路在晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。所以，通過使用同步變壓器，使主電

27、路的電壓相位與觸發(fā)電路的輸出電壓信號保持了正確的相位關(guān)系，從而控制晶閘管的開通時刻，得到可控制的輸出電壓。根據(jù)主電路，同步變壓器的接線圖如圖所示。 第四章 保護(hù)電路的設(shè)計4.1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、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生逆變失??；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)，其接線圖（見圖4）。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

28、還沒有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過電流可及時熔斷，保護(hù)晶閘管，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 快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對元件的保護(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圖4所示。圖4 快熔抑制過電流當(dāng)熔和晶閘管串聯(lián)使用時，快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值，快熔的額定電流是用有效值來表示的，一般可按下式選?。?1.57it 式中， 晶閘管的實(shí)際工作電流有效值； 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。4.2過電壓保護(hù):

29、過電壓可分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類，包括：(1) 操作過電壓(2) 雷擊過電壓(3) 換向過電壓(4) 關(guān)斷過電壓其中外電壓主要是雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因,內(nèi)電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，為了保護(hù)整個電路,我們這里采取rc保護(hù).如電路圖中所示。我們根據(jù)資料書上的資料，我們采用阻容保護(hù)，在變壓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電壓，串聯(lián)電阻能夠消耗部分過電壓能量。同時抑制lc回路的振蕩。單相阻容保護(hù)的計算公式如下：s ：變壓器每相平均計算容量（va）u：變壓器副邊相電壓有效值（v）%: 變壓器激磁電流百分

30、值%: 變壓器的短路電壓百分值。當(dāng)變壓器的容量 在（10-1000）kva里面取值時i%=（4-10）在里面取值，u%=（5-10）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的計算二次側(cè)相電壓u2=(udmax+rid+nuvt)/a(cosmin-cuki2/i2n) 式（51）?；蚝喕癁閡2=（1.21.5）udmax/a 式（52）.其中在（51）中：id為電動機(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)過幾個

31、串聯(lián)晶閘管的正向壓降。a為=0時ud與u2之比，對于三相橋式a=2.34。c為短路連接方式系數(shù)，對于三相橋式c=0.5。為電網(wǎng)波動系數(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)計要求得：忽略變壓器和平波電抗器r，取=30，uvt=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的計算對于三相全控橋有i

32、d/i2=1.22 式（53）i1=ki1id/k 式（54）其中ki1為計算系數(shù)取0.816，k是變比系數(shù)。由式（53），id取電動機(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=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=3220158.5105kvas2=3140250

33、=105kvas=105kva從上述 數(shù)據(jù)有：表5.1 變壓器參數(shù)相數(shù)接線容量 （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)的計算1.晶閘管額定電流：itn=（1.52）kfbid 式（58）其中kfb為計算系數(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為kp300-10d。（3）電抗器的選擇電抗器的的主要參數(shù)有流過電抗器的電流和電抗器的電感量。前者一般是已知的，因此

34、電抗器的參數(shù)主要是電感量的計算。1. 限制輸出電流脈動的電感量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)，對于三相電路，取300；udm為最低斜波頻率的電壓幅值；si為脈動系數(shù)。si取0.1，u2=220v。計算得： lm=0.81000220/（23.143000.1305）=3.06（mh）2. 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

35、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.電動機(jī)電感量ld和變壓器漏電感l(wèi)b電動機(jī)電感量ld可按下式計算 ld=kdud/（2pnid）1000（mh） 式（511）式中ud為電動機(jī)額定電壓；id為電動機(jī)的額定電流；n為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；p是電動機(jī)的磁極對數(shù)；kd是計算系數(shù)，對于一般無償電動機(jī)kd=812，在此取10；p取2。由（511）ld=102201000/（223051000）=1.8（mh）變壓器漏電感l(wèi)b計算如下 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

36、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）計算得： lb=3.90.05140/305=0.0895 （mh）3. 實(shí)際串入電抗器的電感量限制電流脈動時的實(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)際臨界電感量 lla=ll-(2lb-ld)=3.18-20.0895-1.8=1.2(mh)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)計算（1）過電壓保護(hù)對于過電壓保護(hù)包括交流側(cè)、直流側(cè)、元件保護(hù)。1 交流側(cè)保護(hù)電源變壓器初級側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然

37、切斷，鐵心中的磁通在短時間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級感應(yīng)出很高的瞬時過電壓，這種過電壓可用阻容保護(hù)。由于電容兩端的電壓不能突變，可以限制變壓器次級的電壓變化率，因而限制了瞬時電壓上升的水平。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=35kva。阻容值可用下式計算 c6i0%s/u22 （vf） 式（513） r2.3u22uk%/i0%/s 式（514）式中 s變壓器每相平均計算容量（va） u2變壓器次級相電壓有效值（v） i0%變壓器勵磁百分?jǐn)?shù)，101000kva的變壓器，

38、對應(yīng)的i0%=104； uk%變壓器的短路比，101000kva的變壓器，對應(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交流電壓的有效值。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，繞線電阻取10，100，3支。 變壓器二次

39、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。取其耐壓值1.5uc=1.53140=364vic2fuc10-6=23.14314010-6=1.52apr2=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性電阻，具有正反向相同且

40、很陡的伏安特性，抑制過電壓能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，本身體積小，是目前較好的過電壓保護(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%而通過壓敏電阻仍保持在1ma以下，以及考慮整流裝置允許過電壓的系數(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)過電壓保護(hù)以電動機(jī)為負(fù)載時，變流裝置的直流側(cè)也會產(chǎn)生過電壓，當(dāng)直流端設(shè)置的快速開關(guān)，突然切

41、斷過載電流時，電源變壓器中儲存能量的釋放也會產(chǎn)生過電壓。雖然交流側(cè)過電壓保護(hù)可以起到抑制過電壓的作用，但過載時變壓器所儲存能量比空載時要大，這種過電壓仍會通過導(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。（3）元件保護(hù)電容cp=1vf,rp=5電容cp的耐壓值（1.11.5）u1ma=377514 v電阻rp的功率1.75fcpu1m210-6 式（518）式中： f為工頻，50hz 代入式：電阻rp的功率1.7550（6140）210-6 =10所以，實(shí)選油錦電容1vf,630v,法郎電阻5，10。5.3過電流保護(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)生過電流可及時熔斷，保護(hù)晶閘管，