單相橋式全控整流電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、成績(jī)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）題目 單相橋式全控整流電路 課 程 名 稱 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 院 (系、部、中心) 專 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 （智能建筑電氣） 班 級(jí) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) 指 導(dǎo) 教 師 設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2010 年12月27日至2011年1月7日目錄任務(wù)書2第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求51.1課程設(shè)計(jì)目的51.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)51.3 課程設(shè)計(jì)要求5第2章 課程設(shè)計(jì)方案的選擇52.1整流電路62.2元器件的選擇62.2.1晶閘管62.2.2 可關(guān)斷晶閘管8第3章 主電路的設(shè)計(jì)83.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖93.2系統(tǒng)主體電路原理及說明93.3原理圖的分析11第4章

2、輔助電路的設(shè)計(jì)114.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)114.1.1觸發(fā)電路124.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)134.2.1 主電路的過電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)134.2.2主電路的過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)144.2.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)14第五章 元器件和電路參數(shù)計(jì)算155.1. 晶閘管的基本特性155.1.1靜態(tài)特性155.1.2動(dòng)態(tài)特性165.2晶閘管基本參數(shù)175.2.1晶閘管的主要參數(shù)說明175.2.2晶閘管的選型195.2.3變壓器的選取195.3性能指標(biāo)分析：195.4元器件清單20第六章 系統(tǒng)仿真20第七章 設(shè)計(jì)總結(jié)21任務(wù)書1課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的1）培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Interne

3、t檢索需要的文獻(xiàn)資料。2）培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。4）提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。2課程設(shè)計(jì)題目及要求設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)蜗鄻蚴饺鼐чl管整流電路的設(shè)計(jì)（反電勢(shì)、電阻負(fù)載）設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)完成單相全控橋式晶閘管整流電路，并滿足下列條件：1、 電源電壓：交流100V/50Hz2、 輸出功率：500W3、 移相圍0º90 º3課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、圖紙、實(shí)物樣品等要求設(shè)計(jì)任務(wù)：1）進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案；2）完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件（晶閘管）的說明；3）完成主電路的原理分析

4、，各主要元器件的選擇；4）完成驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；工作量要求：（1）要求具體電路方案的選擇必須有論證說明，要說明其有哪些特點(diǎn)。 主電路具體電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)過程中，并給出這些問題的解法。（2）在老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路，控制電路等詳細(xì)設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型）。（3）課程設(shè)計(jì)的主要容是主電路的確定，主電路的分析說明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路的設(shè)計(jì)（4）課程設(shè)計(jì)用紙和格式統(tǒng)一A4 紙打印（頁邊距：上下左右

5、各留1.8cm）大標(biāo)題：3 號(hào)字；小標(biāo)題：4 號(hào)字；正文：小4 號(hào)字4主要參考文獻(xiàn)（1）浣喜明，為正 電力電子技術(shù) 高等教育 2004（2）黃俊 半導(dǎo)體交流技術(shù) 機(jī)械工業(yè) 1980（3）傳琦 電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 電子工業(yè) 2006（4）王兆安，進(jìn)軍 電力電子技術(shù) 機(jī)械工業(yè) 2009（5）先允 電力電子技術(shù) 中國(guó)電力 20105課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排起 止 日 期工 作 容12月27日12月28日12月 28日12月29日 12月 29日12月30日1月30日 1 月31 日1月3日 1 月 4日 1月4日 1 月 5日 1月5 日 1 月 7日收集資料。方案論證主電路設(shè)計(jì)理論計(jì)算。選擇器件的

6、具體型號(hào)觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，確定變壓器變比及容量總結(jié)并撰寫說明書6成績(jī)考核辦法教研室審查意見：教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見：主管領(lǐng)導(dǎo)簽字： 年 月 日第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1課程設(shè)計(jì)目的“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。因此，通過電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：1）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，并設(shè)計(jì)出具有電壓可調(diào)功能的直流電源系統(tǒng)的能力；2）較全面地鞏固和應(yīng)用本課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌整流電路設(shè)計(jì)的基本方法。3）培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力；4）培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報(bào)告的能力。1.2課程設(shè)計(jì)

7、的預(yù)備知識(shí)熟悉電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)。1.3 課程設(shè)計(jì)要求1、單相橋式相控整流的設(shè)計(jì)要求為： 負(fù)載為感性負(fù)載,L=700mH,R=500歐姆.2、技術(shù)要求: 1)、電源電壓：交流100V/50Hz2)、輸出功率：500W3)、移相圍0º90º 按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書提供的課題，根據(jù)基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。第2章 課程設(shè)計(jì)方案的選擇2.1整流電路 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)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。而負(fù)載性質(zhì)又分為帶電阻性負(fù)載、電阻-電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況。單相橋式全控整流電路（電阻-電感性負(fù)載）

8、電路簡(jiǎn)圖如下：圖2.1此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，與單相橋式半控整流電路相比，無須用續(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，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。單相全控橋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，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。   單相全控橋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。根據(jù)以上的分析，我選擇的方案為單相全控橋式整流電

9、路（負(fù)載為電阻-電感性負(fù)載）。2.2元器件的選擇 2.2.1晶閘管晶管又稱為晶體閘流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier-SCR），開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代; 20世紀(jì)80年代以來，開始被性能更好的全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，以被廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域，成為功率低頻（200Hz以下）裝置中的主要器件。晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型-普通晶閘管。廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件。 1）晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是大功率器件，工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱，因此必須安裝散熱器。引出陽極A、陰極

10、K和門極（或稱柵極）G三個(gè)聯(lián)接端。部結(jié)構(gòu):四層三個(gè)結(jié)如圖2.22）晶閘管的工作原理圖晶閘管由四層半導(dǎo)體（P1、N1、P2、N2）組成，形成三個(gè)結(jié)J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分別從P1、P2、N2引入A、G、K三個(gè)電極，如圖1.2(左)所示。由于具有擴(kuò)散工藝，具有三結(jié)四層結(jié)構(gòu)的普通晶閘管可以等效成如圖2.3（右）所示的兩個(gè)晶閘管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）組成的等效電路。 圖2.2晶閘管的外形、部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和模塊外形a)晶閘管外形 b)部結(jié)構(gòu) c)電氣圖形符號(hào) d)模塊外形圖2.3 晶閘管的部結(jié)構(gòu)和等效電路3）晶閘管的門極觸發(fā)條件（1）: 晶

11、閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通； （2）：晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通；（3）：晶閘管一旦導(dǎo)通門極就失去控制作用；（4）：要使晶閘管關(guān)斷，只能使其電流小到零一下。晶閘管的驅(qū)動(dòng)過程更多的是稱為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流的電路稱為門極觸發(fā)電路。也正是由于能過門極只能控制其開通，不能控制其關(guān)斷，晶閘管才被稱為半控型器件。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。2.2.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管簡(jiǎn)稱GTO1） 可關(guān)斷晶閘管的工作原理圖1.3 GTO的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號(hào)GTO的導(dǎo)通機(jī)理與SCR是完全一樣的。 GTO一旦導(dǎo)通之后

12、，門極信號(hào)是可以撤除的，在制作時(shí)采用特殊的工藝使管子導(dǎo)通后處于臨界飽和，而不像普通晶閘管那樣處于深飽和狀態(tài)，這樣可以用門極負(fù)脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關(guān)斷。 GTO在關(guān)斷機(jī)理上與SCR是不同的。門極加負(fù)脈沖即從門極抽出電流（即抽出飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子），強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。晶閘管具有驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單第3章 主電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)原理方框圖如3.1所示：保護(hù)電路負(fù)載電路整流電路驅(qū)動(dòng)電路單相電源輸出 圖3.1系統(tǒng)原理方框圖 3.2系統(tǒng)主體電路原理及說明圖3.2阻感性負(fù)載電路（a）工作波形（b）假設(shè) ，工作于穩(wěn)定狀態(tài)，負(fù)載電流連續(xù)，近似為一平直的直線。(1) 工作原理 在電

13、源電壓正半周期間，VT1、VT2承受正向電壓，若在時(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，過零變負(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、VT2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。在電源電壓負(fù)半周期間，晶閘管VT3、VT4承受正向電壓，在時(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中在時(shí)，電壓過零，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VT1、VT2導(dǎo)通時(shí)，VT3、VT4因加反向電壓才截止。值得注意的是

14、，只有當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)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圍是。（1） 輸出電壓平均值和輸出電流平均值 (3-2-1) (3-2-2)（2）晶閘管的電流平均值和有效值 (3-2-3) (3-2-4)（3）輸出電流有效值I和變壓器二次電流有效值 (3-2-5) （4）晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為 3.3原理圖的分析該電路主要由四部分構(gòu)成，分別為電源，過電保護(hù)電路，整流電路和觸發(fā)電路構(gòu)成。輸入的信號(hào)經(jīng)變壓器變壓后通過過電保護(hù)電路，保證電路出現(xiàn)過載或短路故障時(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

15、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,過電保護(hù)部分我們分別選擇的快速熔斷器做過流保護(hù),而過壓保護(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。單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路的移相圍變化較大，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。第4章 輔助電路的設(shè)計(jì)4.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

16、對(duì)于使用晶閘管的電路，在晶閘管陽極加正向電壓后，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。4.1.1觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(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： 觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。 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）。由閘管的門極伏安特性曲線可知

17、，同一型號(hào)的晶閘管的門極伏安特性的分散性很大，所以規(guī)定晶閘管元件的門極阻值在某高阻和低阻之間，才可能算是合格的產(chǎn)品。晶閘管器件出廠時(shí)，所標(biāo)注的門極觸發(fā)電流Igt、門極觸發(fā)電壓U是指該型號(hào)的所有合格器件都能被觸發(fā)導(dǎo)通的最小門極電流、電壓值，所以在接近坐標(biāo)原點(diǎn)處以觸發(fā)脈沖應(yīng)一定的寬度且脈沖前沿應(yīng)盡可能陡。由于晶閘管的觸發(fā)是有一個(gè)過程的，也就是晶閘管的導(dǎo)通需要一定的時(shí)間。只有當(dāng)晶閘管的陽極電流即主回路電流上升到晶閘管的掣住電流以上時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，所以觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的寬度才能保證被觸發(fā)的晶閘管可靠的導(dǎo)通，對(duì)于電感性負(fù)載，脈沖的寬度要寬些，一般為0.51MS，相當(dāng)于50HZ、18度電度角。為了可靠

18、地、快速地觸發(fā)大功率晶閘管，常常在 觸發(fā)脈沖的前沿疊加上一個(gè)觸發(fā)脈沖。 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，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖的寬度要能維持到晶閘管徹底導(dǎo)通后才能撤掉，晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的幅值要：在門極上施加的觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流應(yīng)大于產(chǎn)品提出的數(shù)據(jù)，但也不能太大，以防止損壞其控制極，在有晶閘管串并聯(lián)的場(chǎng)合，觸發(fā)脈沖的前沿越陡越有利于晶閘管的同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相圍必須滿足電路要求。例如單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，要求觸發(fā)脈沖的移項(xiàng)圍是0度180度，帶大電感負(fù)載時(shí)，要求移項(xiàng)圍是0度90度；三

19、相半波可控整流電路電阻性負(fù)載時(shí)，要求移項(xiàng)圍是0度90度。觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個(gè)周期都以相同的控制角被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，兩者的頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。觸發(fā)電路同時(shí)受控于電壓uc與同步電壓us控制。4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必不可少的。4.2.1 主電路的過電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)所謂過壓保護(hù)，即指流過晶閘管兩端的電壓值超過晶閘管在正常工作時(shí)所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓

20、。產(chǎn)生過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)過電壓保護(hù)過電壓產(chǎn)生過程：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，鐵芯中的磁通在短時(shí)間變化很大，因而在變壓器的次級(jí)感應(yīng)出很高的瞬時(shí)電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)2.直流側(cè)過電壓保護(hù)過電壓產(chǎn)生過程：當(dāng)某一橋臂的晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時(shí)，由于直流住電路電感中儲(chǔ)存能量的釋放

21、，會(huì)在電路的輸出端產(chǎn)生過電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù) 圖3.4主電路的過電壓保護(hù)4.2.2主電路的過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時(shí)采用幾種過電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時(shí)的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流快速斷路器在電子電力動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器在過載時(shí)動(dòng)作。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：1、電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來確定。2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體體器

22、件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。3、快熔的It值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許It值。4、為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性?？烊蹖?duì)器件的保護(hù)方式分為全保護(hù)和短保護(hù)兩種。全保護(hù)是指無論過載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用，此方式需與其他過電流保護(hù)措施相配合。熔斷器是最簡(jiǎn)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(shí)熔斷起到保護(hù)作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接

23、串快熔，因流過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。4.2.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)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，局部電流密度很大，然后以0.1mm/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過大，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圍。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如下圖2.8所示:圖2.8串聯(lián)電感抑制回路2) 電壓上升率dv/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應(yīng)有所限制,如果dv/dt過大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，

24、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)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖2.9所示：圖2.9并聯(lián)R-C阻容吸收回第五章 元器件和電路參數(shù)計(jì)算5.1. 晶閘管的基本特性5.1.1靜態(tài)特性靜態(tài)特性又稱伏安特性，指的是器件端電壓與電流的關(guān)系。這里介紹陽極伏安特性和門極伏安特性。（1） 陽極伏安特性晶閘管的陽極伏安特性表示晶閘管陽極與陰極之間的電壓Uak與陽極電流ia之間的關(guān)系曲線，如圖5-1所示。圖5.1 晶閘管陽極伏安特性正向阻斷高阻區(qū)；負(fù)阻區(qū)；正向?qū)ǖ妥鑵^(qū)；反向阻斷高阻區(qū)陽極伏安特性可以劃分為兩個(gè)區(qū)域：第象限為正

25、向特性區(qū)，第象限為反向特性區(qū)。第象限的正向特性又可分為正向阻斷狀態(tài)及正向?qū)顟B(tài)。（2） 門極伏安特性晶閘管的門極與陰極間存在著一個(gè)PN結(jié)J3，門極伏安特性就是指這個(gè)PN結(jié)上正向門極電壓Ug與門極電流Ig間的關(guān)系。由于這個(gè)結(jié)的伏安特性很分散，無法找到一條典型的代表曲線，只能用一條極限高阻門極特性和一條極限低阻門極特性之間的一片區(qū)域來代表所有元件的門極伏安特性，如圖5-2陰影區(qū)域所示。圖5.2 晶閘管門極伏安特性5.1.2動(dòng)態(tài)特性晶閘管常應(yīng)用于低頻的相控電力電子電路時(shí)，有時(shí)也在高頻電力電子電路中得到應(yīng)用，如逆變器等。在高頻電路應(yīng)用時(shí)，需要嚴(yán)格地考慮晶閘管的開關(guān)特性，即開通特性和關(guān)斷特性。（1）開

26、通特性晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過程為開通過程。圖1-12給出了晶閘管的開關(guān)特性。在晶閘管處在正向阻斷的條件下突加門極觸發(fā)電流，由于晶閘管部正反饋過程及外電路電感的影響，陽極電流的增長(zhǎng)需要一定的時(shí)間。從突加門極電流時(shí)刻到陽極電流上升到穩(wěn)定值IT的10%所需的時(shí)間稱為延遲時(shí)間td，而陽極電流從10%IT上升到90%IT所需的時(shí)間稱為上升時(shí)間tr，延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和為晶閘管的開通時(shí)間 tgt=td+tr，普通晶閘管的延遲時(shí)間為0.51.5s，上升時(shí)間為0.53s。延遲時(shí)間隨門極電流的增大而減少，延遲時(shí)間和上升時(shí)間隨陽極電壓上升而下降。圖6.7 晶閘管的開關(guān)特性（2）關(guān)斷特性通常采用外加反

27、壓的方法將已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。反壓可利用電源、負(fù)載和輔助換流電路來提供。要關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管，通常給晶閘管加反向陽極電壓。晶閘管的關(guān)斷，就是要使各層區(qū)載流子消失，使元件對(duì)正向陽極電壓恢復(fù)阻斷能力。突加反向陽極電壓后，由于外電路電感的存在，晶閘管陽極電流的下降會(huì)有一個(gè)過程，當(dāng)陽極電流過零，也會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)電流，反向電流達(dá)最大值IRM后，再朝反方向快速衰減接近于零，此時(shí)晶閘管恢復(fù)對(duì)反向電壓的阻斷能力。5.2晶閘管基本參數(shù)5.2.1晶閘管的主要參數(shù)說明：1、額定電壓UTn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

28、，以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓 UTn =（23）UTM UTM ：工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓 2、額定電流IT(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，元件在電阻性負(fù)載流過正弦半波、導(dǎo)通角不小于170°的電路中，結(jié)溫不超過額定結(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。ITn ：額定電流有效值，根據(jù)管子的IT(AV) 換算出，IT(AV) 、ITM ITn 三者之間的關(guān)系： (5-2-1) (5-2-2)3、 維持電流IH 維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需

29、的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。維持電流與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，維持電流越小，晶閘管越難關(guān)斷。4、 掣住電流IL 晶閘管剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)并撤除門極觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)要維持元件導(dǎo)通所需的最小陽極電流稱為掣住電流。一般掣住電流比維持電流大（24）倍。5、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)周期陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2V。6、門極觸發(fā)電流Ig 。在常溫下，陽極電壓為6V時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所用的門極電流，一般為毫安級(jí)。7、 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

30、升率。一般為每微秒幾十伏。8、 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，從而造成局部過熱而損壞晶閘管。9、波形系數(shù)：有直流分量的電流波形，其有效值與平均值之比稱為該波形的波形系數(shù)，用Kf表示。 (5-2-3) 額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù) (5-2-4)5.2.2晶閘管的選型該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。 時(shí)，不計(jì)控制角余量按計(jì)算由 得 =111V 考慮2倍裕量：取222V晶閘管的選擇原則：、所選晶閘管電流有效值大于元件 在電路中可能流過的最大電流有效值。、 選擇時(shí)考慮（1.52）倍的安全余量。即當(dāng)時(shí)， 晶閘管額定電流 考慮2倍裕量：取6.4A所以在