三相半波整流電路設(shè)計(jì)正文

1、三相半波整流電路設(shè)計(jì)目錄第一章 技術(shù)論證··············································

2、3;············1第二章 電力電子器件····································

3、;···················21電力電子器件簡(jiǎn)介·····························&

4、#183;······················22電力電子器件分類·························

5、83;··························22.1 按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度分類·················22.2按照驅(qū)動(dòng)電

6、路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)分類···32.3按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間有效信號(hào)波形分類·32.4按照電力電子器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分類·····33電力電子器件優(yōu)點(diǎn)························

7、;····························34晶閘管·····················

8、··········································44.1普通晶閘管的基本工作原·····

9、83;·······································44.2普通晶閘管的工作條件········&

10、#183;······································44.3普通晶閘管的保護(hù)措施·········

11、;······································45電力晶體管··········

12、3;················································45.1電力晶體管工

13、作原理················································55.2電力晶體管

14、的主要參數(shù)·············································66電力晶體管的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)··

15、···········································76.1 GTR基極驅(qū)動(dòng)電路····

16、3;·············································76.2集成化驅(qū)動(dòng)···&

17、#183;·················································&

18、#183;··76.3 GTR的保護(hù)電路·············································

19、·······7第三章 三相半波相控整流電路········································

20、83;·····91 電阻性負(fù)載···········································&

21、#183;··············92 三相半控橋觸發(fā)電路·································&

22、#183;················122.1模擬與數(shù)字觸發(fā)電路·······························

23、;·················12第四章 整流器件的選擇及型號(hào)的確定·····························

24、3;··········13總結(jié)·······································

25、······························14致謝···················&#

26、183;·················································15

27、參考文獻(xiàn)·················································&#

28、183;···············16第一章 技術(shù)論證三相可控整流電路的控制量可以很大，輸出電壓脈動(dòng)較小，易濾波，控制滯后時(shí)間短，因此在工業(yè)中幾乎都是采用三相可控整流電路。在電子設(shè)備中有時(shí)也會(huì)遇到功率較大的電源，例如幾百瓦甚至超過(guò)12kw的電源，這時(shí)為了提高變壓器的利用率，減小波紋系數(shù)，也常采用三相整流電路。另外由于三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，為此在應(yīng)用中較少。而采用三相橋式全控整流電路，可以有效的避免

29、直流磁化作用。實(shí)際中，由于三相相控橋式整流電路輸出電壓脈動(dòng)小、脈動(dòng)頻率高、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，在中、大功率領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用，但是三相半波相控整流電路是基礎(chǔ)，其分析方法對(duì)研究其他整流電路非常有益。第二章電力電子器件1電力電子器件簡(jiǎn)介20世紀(jì)50年代，電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管。60年代發(fā)展起來(lái)的晶閘管，因其工作可靠、壽命長(zhǎng)、體積小、開關(guān)速度快，而在電力電子電路中得到廣泛應(yīng)用。70年代初期，已逐步取代了汞弧閘流管。80年代，普通晶閘管的開關(guān)電流已達(dá)數(shù)千安，能承受的正、反向工作電壓達(dá)數(shù)千伏。在此基礎(chǔ)上，為適應(yīng)電力電子技術(shù)發(fā)展的需要，又開發(fā)出門極可關(guān)斷晶閘管、雙向晶閘管、

30、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等一系列派生器件，以及單極型MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極型功率晶體管、靜電感應(yīng)晶閘管、功能組合模塊和功率集成電路等新型電力電子器件。 各種電力電子器件均具有導(dǎo)通和阻斷兩種工作特性。功率二極管是二端(陰極和陽(yáng)極)器件，其器件電流由伏安特性決定，除了改變加在二端間的電壓外，無(wú)法控制其陽(yáng)極電流，故稱不可控器件。普通晶閘管是三端器件，其門極信號(hào)能控制元件的導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷，稱半控型器件?？申P(guān)斷晶閘管、功率晶體管等器件，其門極信號(hào)既能控制器件的導(dǎo)通，又能控制其關(guān)斷，稱全控型件。后兩類器件控制靈活，電路簡(jiǎn)單，開關(guān)速度快，廣泛應(yīng)用于整流、逆變、器斬波電路中，是電動(dòng)機(jī)調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)

31、磁、感應(yīng)加熱、電鍍、電解電源、直接輸電等電力電子裝置中的核心部件。這些器件構(gòu)成裝置不僅體積小、工作可靠，而且節(jié)能效果十分明顯(一般可節(jié)電10%40%)。 單個(gè)電力電子器件能承受的正、反向電壓是一定的，能通過(guò)的電流大小也是一定的。因此，由單個(gè)電力電子器件組成的電力電子裝置容量受到限制。所以，在實(shí)用中多用幾個(gè)電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)形成組件，其耐壓和通流的能力可以成倍地提高，從而可極大地增加電力電子裝置的容量。器件串聯(lián)時(shí)，希望各元件能承受同樣的正、反向電壓；并聯(lián)時(shí)則希望各元件能分擔(dān)同樣的電流。但由于器件的個(gè)異性，串、并聯(lián)時(shí)，各器件并不能完全均勻地分擔(dān)電壓和電流。所以，在電力電子器件串聯(lián)時(shí)，要采取均壓

32、措施；在并聯(lián)時(shí)，要采取均流措施。 電力電子器件工作時(shí)，會(huì)因功率損耗引起器件發(fā)熱、升溫。器件溫度過(guò)高將縮短壽命，甚至燒毀，這是限制電力電子器件電流、電壓容量的主要原因。為此，必須考慮器件的冷卻問(wèn)題。常用冷卻方式有自冷式、風(fēng)冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸發(fā)冷卻式等。2電力電子器件分類2.1按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度分類：1.半控型器件，例如晶閘管； 2.全控型器件，例如GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、GTR（電力晶體管），MOSFET（電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極晶體管）；3.不可控器件，例如電力二極管。2.2按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)的

33、性質(zhì)分類：1.電壓驅(qū)動(dòng)型器件，例如IGBT、MOSFET、SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）；2.電流驅(qū)動(dòng)型器件，例如晶閘管、GTO、GTR。2.3按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號(hào)波形分類：1.脈沖觸發(fā)型，例如晶閘管、GTO；2.電子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT。2.4 按照電力電子器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分類：1.單極型器件，例如電力二極管、晶閘管、GTO、GTR；2.雙極型器件，例如MOSFET、IGBT； 3.復(fù)合型器件，例如MCT（MOS控制晶閘管）。3電力電子器件優(yōu)點(diǎn)電力二極管：結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠；晶閘管：承受電壓和電流容量在所有

34、器件中最高；IGBT：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率??；缺點(diǎn)：開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTO GTR：耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低；缺點(diǎn)：開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題GTO：電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)；缺點(diǎn)：電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低MOSFET：開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿

35、問(wèn)題；缺點(diǎn)：電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。 制約因素：耐壓，電流容量。4晶閘管4.1普通晶閘管的基本工作原理普通晶閘管T在工作過(guò)程中，它的陽(yáng)極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成普通晶閘管的主電路，普通晶閘管的門極G和陰極K與控制普通晶閘管的裝置連接，組成普通晶閘管的控制電路。4.2普通晶閘管的工作條件1. 普通晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，普通晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。2. 普通晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下普通晶閘管才導(dǎo)通。3. 普通晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽(yáng)極電壓，不論門極電壓如何，普通晶閘管保持導(dǎo)通，即普

36、通晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。4. 普通晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)，普通晶閘管關(guān)斷。4.3普通晶閘管的保護(hù)措施普通晶閘管的主要缺點(diǎn)：過(guò)流、過(guò)壓能力很差。普通晶閘管的熱容量很?。阂坏┻^(guò)流，溫度急劇上升，器件被燒壞。普通晶閘管承受過(guò)電壓的能力極差：電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。正向電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流較大，使器件受損。（1）過(guò)流保護(hù)措施快速熔斷器：電路中加快速熔斷器。過(guò)流繼電器：在輸出端串接直流過(guò)電流繼電器過(guò)流截止電路：利用電流反饋減小普通晶閘管的 導(dǎo)通角或停止觸發(fā)，從而切斷過(guò)流電路。（2）過(guò)壓保護(hù)阻容吸收：利用電容吸

37、收過(guò)壓。即將過(guò)電壓的能量變成電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存到電容中，然后由電阻消耗掉。5電力晶體管電力晶體管按英文Giant Transistor直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），所以有時(shí)也稱為Power BJT；其特性有：耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，但驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)功率大；GTR和普通雙極結(jié)型晶體管的工作原理是一樣的。GTR是一種電流控制的雙極雙結(jié)大功率、高反壓電力電子器件，具有自關(guān)斷能力,產(chǎn)生于本世紀(jì)70年代，其額定值已達(dá)1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。它

38、既具備晶體管飽和壓降低、開關(guān)時(shí)間短和安全工作區(qū)寬等固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所組成的電路靈活、成熟、開關(guān)損耗小、開關(guān)時(shí)間短，在電源、電機(jī)控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。GTR的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。在開關(guān)電源和UPS內(nèi)，GTR正逐步被功率MOSFET和IGBT所代替。它的符號(hào)如圖1,和普通的NPN晶體管一樣。5.1電力晶體管工作原理在電力電子技術(shù)中，GTR主要工作在開關(guān)狀態(tài)。GTR通常工作在正偏(Ib0)時(shí)大電流導(dǎo)通；反偏(Ib0時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，給GTR的基極施加幅度足夠大的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它將工作于導(dǎo)通和截止的開關(guān)狀態(tài)

39、。電力晶體管的基本特性(1)靜態(tài)特性 共發(fā)射極接法時(shí)可分為三個(gè)工作區(qū)： 截止區(qū)。在截止區(qū)內(nèi)，iB0，uBE0，uBC0，集電極只有漏電流流過(guò)。 放大區(qū)。iB 0，uBE0，uBC0，iC =iB。 飽和區(qū)。iB Ics/，uBE0，uBC0，iCS是集電極飽和電流，其值由外電路決定。 結(jié)論：兩個(gè)PN結(jié)都為正向偏置是飽和的特征。飽和時(shí)，集電極、發(fā)射極間的管壓降uCE很小，相當(dāng)于開關(guān)接通，這時(shí)盡管電流很大，但損耗并不大。GTR剛進(jìn)入飽和時(shí)為臨界飽和，如iB繼續(xù)增加，則為過(guò)飽和，用作開關(guān)時(shí)，應(yīng)工作在深度飽和狀態(tài)，這有利于降低uCE和減小導(dǎo)通時(shí)的損耗。 (2)動(dòng)態(tài)特性 圖2.1 GTR共發(fā)射極接法的輸

40、出特性   圖2.1GTR開關(guān)特性 GTR在關(guān)斷時(shí)漏電流很小，導(dǎo)通時(shí)飽和壓降很小。因此，GTR在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)下?lián)p耗都很小，但在關(guān)斷和導(dǎo)通的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電流和電壓都較大，所以開關(guān)過(guò)程中損耗也較大。當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗是總損耗的主要部分。因此，縮短開通和關(guān)斷時(shí)間對(duì)降低損耗、提高效率和提高運(yùn)行可靠性很有意義。 5.2電力晶體管的主要參數(shù)(1)最高工作電壓 (2)集電極最大允許電流ICM (3)集電極最大允許耗散功率PCM (4)最高工作結(jié)溫TJM 二次擊穿和安全工作區(qū) (1)二次擊穿 二次擊穿是影響GTR安全可靠工作的一個(gè)重要因素。二次擊穿是由于集電極電壓升高到一定值(未

41、達(dá)到極限值)時(shí)，發(fā)生雪崩效應(yīng)造成的。防止二次擊穿的辦法是：應(yīng)使實(shí)際使用的工作電壓比反向擊穿電壓低得多。必須有電壓電流緩沖保護(hù)措施。 (2)安全工作區(qū)   圖2.2 GTR安全工作區(qū)以直流極限參數(shù)ICM、PCM、UCEM構(gòu)成的工作區(qū)為一次擊穿工作區(qū)，以USB (二次擊穿電壓)與ISB (二次擊穿電流)組成的PSB (二次擊穿功率)是一個(gè)不等功率曲線。為了防止二次擊穿，要選用足夠大功率的GTR，實(shí)際使用的最高電壓通常比GTR的極限電壓低很多。   圖2.3 GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形6電力晶體管的保護(hù)6.3 GTR的保護(hù)電路 開關(guān)頻率較高，采用快熔保護(hù)是無(wú)效的。

42、一般采用緩沖電路。主要有RC緩沖電路、充放電型R、C、VD緩沖電路和阻止放電型R、C、VD緩沖電路三種形式，如圖2.5所示。    圖2.5 GTR的緩沖電路 第三章 三相半波相控整流電路1. 電阻性負(fù)載a= 0 °時(shí)的工作情況圖3.1是三相半波可控整流電路，它是組成其它三相整流電路的基本單元。從圖中可見三個(gè)晶閘管的陰極連接在一起，這種接法稱共陰極接法，這對(duì)觸發(fā)電路有公共線者安排比較方便。圖3.1圖3.2（a）（e）示出三相半波整流電路的電壓、電流波形。圖3.2如果將電路中的晶閘管全換成整流管，那么整流元件就在wt1、wt2、wt3處自然換相，并總是換到電壓最高的

43、一相上去，相應(yīng)地輸出a相、b相、c相電壓。因此相電壓的交點(diǎn)就是三相半波電路的自然換相點(diǎn)，即該處的a= 0 °。在wt1wt2期間內(nèi)，a相電壓比b、c相都高。如果在wt1時(shí)刻觸發(fā)晶閘管T1，可使T1導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載上得到a相電壓ua，在wt2wt3期間，b相電壓最高，在wt2時(shí)刻觸發(fā)晶閘管T2，可使T2導(dǎo)通，此時(shí)T1因承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載上得到b相電壓ub，.如此，各晶閘管都按同樣的規(guī)律依次觸發(fā)導(dǎo)通并關(guān)斷前面一個(gè)已導(dǎo)通的晶閘管。如圖（c）所示，輸出的整流電壓是三相交流相電壓正半周的包絡(luò)線。 從圖（b）可以看出，各晶閘管上的觸發(fā)脈沖相序應(yīng)與電源的相序相同。各相觸發(fā)脈沖依次間隔120 °，每相晶閘管各導(dǎo)電120°，負(fù)載電流波形與整流電壓波形相同，是連續(xù)的。圖