電力電子技術課程設計--單相全控橋式整流電路帶電阻+反電動勢負載 - 副本

1、中南大學電力電子技術課程設計報告班級: 電氣1203班學號: 0909122413姓名: 鄭 沛 洲 指導老師: 陳有根 前言電力電子學,又稱功率電子學(Power Electronics)。它主要研究各種電力電子器件，以及由這些電力電子器件所構成的各式各樣的電路或裝置，以完成對電能的變換和控制。它既是電子學在強電(高電壓、大電流)或電工領域的一個分支，又是電工學在弱電(低電壓、小電流)或電子領域的一個分支，或者說是強弱電相結合的新科學。電力電子學是橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個領域的一個新興工程技術學科。隨著科學技術的日益發(fā)展人們對電路的要求也越來越高,由于在生產(chǎn)實際中需要大小可調的直

2、流電源,而相控整流電路結構簡單、控制方便、性能穩(wěn)定,利用它可以方便地得到大中、小各種容量的直流電能,是目前獲得直流電能的主要方法,得到了廣泛應用。在電能的生產(chǎn)和傳輸上，目前是以交流電為主。電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而在許多場合，例如電解、蓄電池的充電、直流電動機等，需要用直流電。要得到直流電，除了直流發(fā)電機外，最普遍應用的是利用各種半導體元件產(chǎn)生直流電。這個方法中，整流是最基礎的一步。整流，即利用具有單向導電特性的器件，把方向和大小交變的電流變換為直流電。整流的基礎是整流電路。由于電力電子技術是將電子技術和控制技術引入傳統(tǒng)的電力技術領域，利用半導體電力開關器件組成各種電力變換電路實現(xiàn)電能和變換

3、和控制，而構成的一門完整的學科。本次課程設計主要是對單相全控橋式晶閘管整流電路的研究。首先是對單相全控橋式晶閘管整流電路的整體設計，包括主電路，觸發(fā)電路，保護電路。主電路中包括電路參數(shù)的計算，器件的選型；觸發(fā)電路中包括器件選擇，參數(shù)設計；保護電路包括過電壓保護，過電流保護，電壓上升率抑制，電流上升率抑制。之后就對整體電路進行Matlab仿真，最后對仿真結果進行分析與總結。目錄前言2一、設計題目與要求4二、主電路設計42.1 主電路原理圖42.2 工作原理52.3 元器件介紹晶閘管（SCR）52.4 整流電路參數(shù)計算72.5 晶閘管元件選取82.6 晶閘管電路對電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響92.6.

4、1 對電網(wǎng)的影響92.6.2 系統(tǒng)功率因數(shù)分析10三、驅動電路設計123.1 觸發(fā)電路簡介123.2 觸發(fā)電路設計要求123.3 集成觸發(fā)電路TCA785133.3.1 TCA785芯片介紹133.3.2 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路17四、保護電路設計184.1 過電壓保護184.2 過電流保護204.3 電流上升率的抑制214.4 電壓上升率的抑制21五、系統(tǒng)MATLAB仿真225.1 MATLAB軟件介紹225.2 系統(tǒng)建模與參數(shù)設置225.3 系統(tǒng)仿真結果及分析25設計心得30參考文獻30附錄 主電路圖與觸發(fā)電路圖31一、設計題目與要求單相全控橋式晶閘管整流電路的設計（反電勢、電阻負

5、載）1. 設計條件：1) 電源電壓：交流100V/50Hz2) 輸出功率：1KW3) 移相范圍：30o-150o4) 反電勢：E=70V2.要求完成的主要任務：1) 主電路設計（包括整流元件定額的選擇和計算等）,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），同步信號的產(chǎn)生。3) 晶閘管的過電壓保護與過電流保護電路設計，計算保護元件參數(shù)并選擇保護元件型號。4) 利用仿真軟件分析電路的工作過程。二、主電路設計2.1系統(tǒng)原理方框圖系統(tǒng)原理方框圖如2.1所示：整流電路主要由驅動電路、保護電路和整流主電路組成。根據(jù)設計任務，在此設計中采用單相橋式全控整流

6、電路接電阻性負載。2.2 主電路原理圖圖2-1 單相橋式全控整流電路接反電動勢-電阻負載2.3 工作原理當整流電壓的瞬時值小于反電勢E 時，晶閘管承受反壓而關斷，這使得晶閘管導通角減小。晶閘管導通時，,晶閘管關斷時，。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度d停止導電，d稱作停止導電角。若 <d時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發(fā)角被推遲，即=d。2.4 元器件介紹晶閘管（SCR）晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1

7、957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導體結構，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、流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。 外形有螺栓型和平板型兩種封裝，引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端，對于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便，平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。 在分析SCR的工作原理時，常將其等效為兩個晶體管V1和V2串級而成。其工作過程如下：UGK>0產(chǎn)生IGV2通產(chǎn)

8、生IC2V1通IC1IC2出現(xiàn)強烈的正反饋，G極失去控制作用，V1和V2完全飽和，SCR飽和導通。晶閘管導通后，即使去掉門極電流，仍能維持導通。圖2-4 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理晶閘管基本工作特性歸納：承受反向電壓時(UAK <0)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通；承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通(即UAK >0，IGK >0才能開通)。（1）晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用；（2） 要使晶閘管關斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。2.5整流電路參數(shù)計算當晶閘管導通時，輸出端電壓仍是，

9、當電流斷續(xù)，晶閘管阻斷時，輸出端電壓即為反電勢電壓，因為輸出平均電壓比電阻負載時高，其輸出平均電壓為：當<d時，如果觸發(fā)脈沖寬度小于d-a則電路無法工作，如為寬脈沖觸發(fā)，則總是在a=d處觸發(fā)脈沖起作用，其最大輸出平均電壓為:可見其最大輸出平均電壓與停止導電角d有關。因為則最大輸出平均電壓：根據(jù)設計要求，滿足>d，即晶閘管可以正常觸發(fā)導通。根據(jù)熱效應發(fā)熱相等原理，整流輸出電壓有效值：105.14V整流輸出電流有效值：因為P=1000W，E=70V，則，所以R=3.7那么最大輸出平均電流： 流過晶閘管的電流平均值：流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次電流有效值與輸出直流電流有效值相等：不

10、考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量：2.6 晶閘管元件選取由于單相橋式全控整流帶電阻負載主電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時主要考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原則。1）額定電壓 通常取和中較小的，再取靠近標準的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時，額定電壓應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： 其中 是電路中加在管子上的最大瞬時電壓，本電路，則額定電壓取3倍裕量：2）額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于實際流過管子電流最大有效值 ，即，一般取則額定電流取2倍裕量：3）通態(tài)平均管壓降。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導

11、通的正弦波半個周期內陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2V。4）維持電流。指在常溫門極開路時，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)電流。一般值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電流容量大小而定。5）門極觸發(fā)電流。在常溫下，陽極電壓為6V時，使晶閘管能完全導通所需的門極電流，一般為毫安級。6）斷態(tài)電壓臨界上升率。在額定結溫和門極開路的情況下，不會導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。7）通態(tài)電流臨界上升率。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電流上升率。若晶閘管導通時電流上升太快，則會在晶閘管剛開通時，有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內，從而造成

12、局部過熱而損壞晶閘管。綜上所述，參考KP晶閘管型號參數(shù)表 滿足本次設計要求的是KP20，因此選用4個KP20型號的晶閘管。2.6 晶閘管電路對電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響2.6.1 對電網(wǎng)的影響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，使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

13、要在輸入端串聯(lián)“進線電抗器”以減少對電網(wǎng)的污染。 晶閘管裝置中的無功功率，會對公用電網(wǎng)帶來不利影響： 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

14、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，降低通信質量，重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。2.6.2 系統(tǒng)功率因數(shù)分析忽略換相過程和電流脈動，帶電阻-反電動勢負載，假設接了平波電抗器，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)。那么變壓器二次電流波形近似為理想方波，電流i2的波形見圖2-5。圖2-5將電流波形分解

15、為傅里葉級數(shù)，可得：其中基波和各次諧波有效值為： 可見，電流中僅含奇次諧波。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。 基波電流有效值為的有效值，結合上式可得基波因數(shù)為從圖2-5可以明顯看出，電流基波與電壓的相位差就等于控制角a ，故位移因數(shù)為所以，功率因數(shù)為三、驅動電路設計3.1 觸發(fā)電路簡介電力電子器件的驅動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用良好性能的驅動電路，可以使電力電子器件工作在比較理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有很大的意義。對于相控電路這樣使用晶閘管的場合，

16、在晶閘管陽極加上正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發(fā)電壓，晶閘管才能從截止轉變?yōu)閷?，習慣上稱為觸發(fā)控制。提供這個觸發(fā)電壓的電路稱為晶閘管的觸發(fā)電路。它決定每一個晶閘管的觸發(fā)導通時刻，是晶閘管裝置中不可缺少的一個重要組成部分。晶閘管相控整流電路，通過控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始位來控制輸出電壓的大小，為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應保證觸發(fā)角的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。3.2 觸發(fā)電路設計要求晶閘管的型號很多，其應用電路種類也很多，不同的晶閘管型號，應用電路對觸發(fā)信號都會有不同的要求。但是，歸納起來，晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)，過零觸發(fā)和脈沖列調制

17、觸發(fā)等。不管是哪種觸發(fā)電路，對它產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖都有如下要求：1、觸發(fā)信號為直流、交流或脈沖電壓，由于晶閘管導通后，門極觸發(fā)信號即失去了控制作用，為了減小門極的損耗，一般不采用直流或交流信號觸發(fā)晶閘管，而廣泛采用脈沖觸發(fā)信號。2、觸發(fā)信號應有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。觸發(fā)信號功率大小是晶閘管元件能否可靠觸發(fā)的一個關鍵指標。由于晶閘管元件門極參數(shù)的分散性很大，且隨溫度的變化也大，為使所有合格的元件均能可靠觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄來設計觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并有一定的裕量。 3、觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)信號導通后，陽極電流能迅速上升超過

18、掣住電流而維持導通。普通晶閘管的導通時間約為6，故觸發(fā)電路的寬度至少應有以上，對于電感性負載，由于電感會抑制電流的上升，觸發(fā)脈沖的寬度應更大一些，通常為0.5至1，此外，某些具體電路對觸發(fā)脈沖寬度會有一定的要求，如三相全控橋等電路的觸發(fā)脈沖寬度要大于60°或采用雙窄脈沖。為了快速而可靠地觸發(fā)大功率晶閘管，常在觸發(fā)脈沖的前沿疊加一個強觸發(fā)脈沖，強觸發(fā)脈沖的電流波形如圖3-1所示。強觸發(fā)電流的幅值可達到最大觸發(fā)電流的5倍。前沿約為幾。圖3-1 強觸發(fā)電流波形4、觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。為保證控制的規(guī)律性，要求晶閘管在每個陽極電壓周期都在相同控制角

19、觸發(fā)導通，這就要求脈沖的頻率必須與陽極電壓同步。同時，不同的電路或者相同的電路在不同的負載、不同的用途時，要求的變化的范圍（移相范圍）亦即觸發(fā)脈沖前沿與陽極電壓的相位變化范圍不同，所用觸發(fā)電路的脈沖移相范圍必須滿足實際的需要。3.3 集成觸發(fā)電路TCA7853.3.1 TCA785芯片介紹    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，它在國內變流行業(yè)中已廣泛應用。

20、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調節(jié)，所以適用范圍較廣。（1）引腳排列、各引腳的功能及用法TCA785是雙列直插式16引腳大規(guī)模集成電路。它的引腳排列如圖3-2所示。圖3-2 TCA785的引腳排列各引腳的名稱、功能及用法如下：  引腳16(VS)：電源端。使用中直接接用戶為該集成電路工作提供的工作電源正端。  引腳1(OS)：接地端。應用中與直流電源VS、同步電壓VSYNC及移相控制信號V11的地端相連接。  引腳4(Q1

21、)和2(Q2)：輸出脈沖1與2的非端。該兩端可輸出寬度變化的脈沖信號，其相位互差180°，兩路脈沖的寬度均受非脈沖寬度控制端引腳13(L)的控制。它們的高電平最高幅值為電源電壓VS，允許最大負載電流為10mA。若該兩端輸出脈沖在系統(tǒng)中不用時，電路自身結構允許其開路。  引腳14(Q1)和15(Q2)：輸出脈沖1和2端。該兩端也可輸出寬度變化的脈沖，相位同樣互差180°，脈沖寬度受它們的脈寬控制端引腳12(C12)的控制。兩路脈沖輸出高電平的最高幅值為5VS。  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-0.5V5

22、VS，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

23、壓V11的有效范圍為0.2VVs-2V，當其在此范圍內連續(xù)變化時，輸出脈沖Q1、Q2及Q1，Q2的相位便在整個移相范圍內變化，其觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻為：trr=(V11R9C10)/(VREFK)式中 R9、C10、VREF分別為連接到TCA785引腳9的電阻、引腳10的電容及引腳8輸出的基準電壓；K常數(shù)。  為降低干擾，應用中引腳11通過0.1F的電容接地，通過2.2F的電容接正電源。  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，C

24、11兩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  連接于引腳9的電阻亦決定了引腳10鋸齒波電壓幅度的高低，鋸齒波幅值為： V10=VREFK/(R9C10) ，電阻R9的應用范圍為3300k。  引腳8(VREF)：TCA785自身輸出的高穩(wěn)定基準電壓端。負載能力為驅動10塊CMOS集成電路，隨著TCA785應用的工作電源電壓VS及其輸出脈沖頻率的不同，VREF的變化范圍為2.83.4V，當T

25、CA785應用的工作電源電壓為15V，輸出脈沖頻率為50Hz時，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。其高電平脈沖幅值最大為VS-2V，高電平最大負載能力為10mA。QZ為窄脈沖信號，它的頻率為輸出脈沖Q2與Q1或Q1與Q2的兩倍，是Q1與Q2或Q1與Q2的或信號，QV為寬脈沖信號，它的寬度為移相控制角+180°，它與Q1、Q2或Q1、Q2同步，頻率與Q1、Q2或Q1、Q2相同，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

26、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，當該端通過電阻接地，且該端電壓低于2.5V時，則封鎖功能起作用，輸出脈沖被封鎖。而該端通過電阻接正電源，且該端電壓高于4V時，則封鎖功能不起作用。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20200A，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20

27、0k時，同步電壓可直接取AC220V。（2）基本設計特點  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動能力，每路可直接輸出250mA的驅動電流；其電路結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，

28、可應用于較寬的環(huán)境溫度范圍(-25+85°C)和工作電源電壓范圍(-0.5+18V)。（3）極限參數(shù)電源電壓：+818V或±49V；移相電壓范圍：0.2VVS-2V;輸出脈沖最大寬度：180°；最高工作頻率：10500Hz；高電平脈沖負載電流：400mA；低電平允許最大灌電流：250mA；輸出脈沖高、低電平幅值分別為VS和0.3V；同步電壓隨限流電阻不同可為任意值；最高工作頻率：10500Hz；工作溫度范圍：軍品 -55+125，工業(yè)品 -25+85，民品 0+70。3.3.2 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路由于TCA785自身的優(yōu)良性能，決定了它可以方便地用于主

29、電路為單個晶閘管或晶體管，單相半控橋、全控橋和三相半控橋、全控橋及其它主電路形式的電力電子設備中觸發(fā)晶閘管或晶體管，進而實現(xiàn)用戶需要的整流、調壓、交直流調速、及直流輸電等目的。西門子TCA785觸發(fā)電路，它對零點的識別可靠，輸出脈沖的齊整度好，移相范圍寬；同時它輸出脈沖的寬度可人為自由調節(jié)。西門子TCA785外圍電路如圖3-3 所示。圖3-3 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路原理圖鋸齒波斜率由電位器RP1 調節(jié)，RP2 電位器調節(jié)晶閘管的觸發(fā)角。交流電源采用同步變壓器提供，同步變壓器與整流變壓器為同一輸入，根據(jù)TCA785能可靠地對同步交流電源的過零點進行識別，從而可保證觸發(fā)脈沖與晶閘管的陽極電

30、壓保持同步。同步變壓器的變比選為。四、保護電路設計在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓、過電流、保護和保護也是必要的。4.1 過電壓保護以過電壓保護的部位來分，有交流側過壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。圖4-1過電壓抑制措施及配置位置F¾避雷器D¾變壓器靜電屏蔽層C¾靜電感應過電壓抑制電容RC1¾閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2¾閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV¾壓敏電阻過電壓抑制器RC3¾閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4¾直流側R

31、C抑制電路RCD¾閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路（1）交流側過電壓保護可采用阻容保護或壓敏電阻保護。 阻容保護（即在變壓器二次側并聯(lián)電阻R和電容C進行保護）單相阻容保護的計算公式如下：S：變壓器每相平均計算容量（VA）；：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。當變壓器的容量在（101000）KVA里面取值時%=(410)在里面取值，%=(510）里面取值。電容C的單位為F，電阻的單位為。電容C的交流耐壓1.5U。U：正常工作時阻容兩端交流電壓有效值。根據(jù)公式算得電容值為2.3F,交流耐壓為150V，電阻值為27.04，在設計中我們取電容

32、為3F，電阻值為28。 壓敏電阻的計算=1.3××100=183.85V選MYG-40D210K型壓敏電阻（允許偏差+10）作交流側浪涌過電壓保護。（2）直流側過電壓保護直流側保護可采用與交流側保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。(1.82)=(1.82.2)×101.31=182.36222.88V選MYG-40D210K型壓敏電阻(允許偏差+10)作直流側過壓保護。（3）晶閘管兩端的過電壓保護 抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電

33、路方法，可查下面的經(jīng)驗值表確定阻容參數(shù)值。表4-1 阻容保護的數(shù)值(一般根據(jù)經(jīng)驗選定)晶閘管額定電流/A1020501002005001000電容/F0.10.150.20.250.512電阻/1008040201052由于，由上表可知選取C=0.1µF，R=100。4.2 過電流保護圖4-2過電流保護措施及配置位置電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。 快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯(lián)。與晶閘管串聯(lián)的

34、快速熔斷器的選用一般遵循以下幾條原則：（1）快速熔斷器的額定電壓應大于線路正常工作電壓的有效值。（2）快速熔斷器的額定電流是指電流有效值，晶閘管額定電流是指電流平均值（通態(tài)電流平均值）。選用時要求快速熔斷器的熔體額定電流小于被保護晶閘管額定電流所對應的有效值的1.57，同時要大于正常運行時線路中流過該元件實際電流有效值。即式中 晶閘管通態(tài)電流平均值 快速熔斷器的熔體額定電流 流過晶閘管的電流有效值（3）熔斷器（安裝熔體的外殼）的額定電流應大于或等于熔體額定電流值。接電阻-反電動勢負載的單相全控橋電路，通過晶閘管的有效值，那么選擇比較合適。選取RLS-10快速熔斷器，熔體額定電流10A。4.3

35、電流上升率的抑制 晶閘管初開通時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0.1mm/s的擴展速度將電流擴展到整個陰極面，若晶閘管開通時電流上升率過大，會導致PN結擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如圖4-3所示。圖4-3 串聯(lián)電感抑制回路4.4 電壓上升率的抑制 加在晶閘管上的正向電壓上升率也應有所限制,如果過大，由于晶閘管結電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴重時引起晶閘管誤導通。為抑制的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖4-4所示。圖

36、4-4 并聯(lián)R-C阻容吸收回路五、系統(tǒng)MATLAB仿真5.1 MATLAB軟件介紹本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結構圖，使用Power System工具箱進行調速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。5.2 系統(tǒng)建模與參數(shù)設置單相全控橋式整流電路模型主要由交流電源、同步觸發(fā)脈沖、晶閘管全控橋、電阻-反電動勢負載、測量等部分組成。采用MATLAB面向電氣原理結構圖方法構成的單相全控橋式整流電路仿真模型如圖5-1所示。(仿真工具：matlab R1010a)圖5-1 單相全控橋式整流電路仿真模型相應的參數(shù)設置：（1）