電氣工程課程設(shè)計(jì)-單相橋式半控整流電路設(shè)計(jì)

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 電氣工程課程設(shè)計(jì) 題 目 單相橋式半控整流電路設(shè)計(jì) 院 系 電氣信息工程學(xué)院電氣工程系 專業(yè)班級(jí) 電氣 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2012年 7月 18 日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 電力電子課程設(shè)計(jì) 題目 單相橋式半控整流電路設(shè)計(jì) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓名 學(xué)號(hào) 主要內(nèi)容：掌握晶閘管的使用，用晶閘管控制單相橋式全控整流電路（阻感性負(fù)載）并畫出整流電路中輸入輸出、各元器件的電壓、電流波形，理解單相橋式全控整流電路阻感負(fù)載的工作原理和基本計(jì)算?；疽螅?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐罚瑢?duì)RL負(fù)載供電，其中R=10，L=20mH；要求直流輸出電壓在0

2、180伏連續(xù)可調(diào)。參考資料：1王維平.現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用M.南京：東南大學(xué)出版社，1999。2葉斌.電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置M.北京：鐵道出版社，1999。3劉志剛.電力電子裝置J.哈爾濱：哈爾濱地圖出版社，2000。4 戴龍基,張其蘇,蔡蓉華. 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)期刊N.北京:北京大學(xué)出版社,2000。5馬建國(guó).孟憲元.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)M.清華大學(xué)出版社,2004。完成期限 2012.7.9至2012.7.18 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2012年 7 月 9 日目錄1 設(shè)計(jì)要求.12 單相橋式半控整流主電路的設(shè)計(jì).12.1設(shè)計(jì)的選擇. .12.2主電路的原理與設(shè)計(jì).23 輔助電路的原理

3、與設(shè)計(jì). . 3 3.1驅(qū)動(dòng)電路. .33.2晶體管的選取及參數(shù)計(jì)算.33.3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì).54 元件的選取.84.1晶體管的選取.84.2變壓器的選取.85 電力電子器件的保護(hù). . 95.1 晶閘管過(guò)電流保護(hù).95.2晶閘管過(guò)電壓保護(hù).105.3 電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù).106 系統(tǒng)仿真.117 結(jié)論.12參考文獻(xiàn).141、設(shè)計(jì)要求（1）負(fù)載為感性負(fù)載,L=700mH,R=500歐姆。 （2）電網(wǎng)供電電壓為單相220V； （3）電網(wǎng)電壓波動(dòng)為+5%-10%； （4）輸出電壓為0100V。整流電路是電力電子中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。大多數(shù)

4、整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。20世界70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中交流成分。變壓器設(shè)置與否是具體情況而定。變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓于直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離?？梢詮母鞣N角度對(duì)整流電路進(jìn)行分類，主要的分類方法有：按組成的期間可分為不可控，半控，全控三種；按電路的結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入可分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側(cè)的方向是單向還是雙向，又可分為單拍電路和雙拍電路。本設(shè)計(jì)中用到的晶閘管已

5、不常見，但是電子電力技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管交流技術(shù)的發(fā)展而確立的，所以研究晶閘管有利于夯實(shí)基礎(chǔ)以及加強(qiáng)電力電子技術(shù)這本書整體的理解，我選定單相橋式半控整流電路作為本次課程設(shè)計(jì)的主題2、單相橋式半控整流主電路的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)的選擇單相橋式整流電路可分為單相橋式相全控整流電路和單相橋式半控整流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感性負(fù)載的工作情況。 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

6、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。單相半波相控整流電路因其性能較差，實(shí)際中很少采用，在中小功率場(chǎng)合采用更多的是單相全控橋式整流電路。 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)載）。2.2主電路的原理與設(shè)計(jì)工作原理：該電路主要由主電路和觸發(fā)電路構(gòu)成，輸入的電網(wǎng)信號(hào)220V經(jīng)變壓器變成200V，由觸發(fā)電路來(lái)控制導(dǎo)通角。為了保證電路出現(xiàn)過(guò)載或者短路故障時(shí)，不至于傷害到晶閘管和負(fù)載

7、，在電路中加了保護(hù)電路。經(jīng)過(guò)變壓及保護(hù)電路后的信號(hào)輸入整流電路中，整流電路中晶閘管在觸發(fā)電路的作用下動(dòng)作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。加續(xù)流二極管是為了防止整流失控。 在電路中，過(guò)電流保護(hù)部分我們采用快速熔斷器，而過(guò)電壓則采用RC電路。這部分的選擇主要考慮到電路的簡(jiǎn)單性。整流部分則根據(jù)題目的要求，選擇我們學(xué)過(guò)的單相橋式半控整流電路。 在單相橋式半控整流電路中，電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器到整流電路，整流部分由兩個(gè)晶閘管VT1、VT3和兩個(gè)二極管VD2和VD4組成，如下圖1所示。由于負(fù)載為阻感負(fù)載，因此在電路中加了續(xù)流二極管VDR，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。實(shí)際運(yùn)行中如果沒有徐i，則當(dāng)突然增大至180或者觸發(fā)脈沖丟失

8、時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)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Ud為零，其平均值保持恒定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時(shí)的波形，稱為失控。在U2正半周，觸發(fā)角處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，U2經(jīng)VT1和VT4向負(fù)載供電。U2過(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VDR導(dǎo)通，Ud為零。此時(shí)為負(fù)的U2通過(guò)VDR向VT1施加反壓使其關(guān)斷。而此時(shí)由剛才L中儲(chǔ)存的能量正好保證了電流在VDR-R-L回路中流通，此過(guò)程也就是續(xù)流的過(guò)程。也就是說(shuō)此時(shí)如果忽略VDR的管壓降，則在續(xù)流期間Ud為零，就不會(huì)像全控橋電路那樣出現(xiàn)Ud為負(fù)的現(xiàn)象了。圖1 單相半控整流電路主電路在U

9、2負(fù)半周，當(dāng)晶閘管在觸發(fā)角處給晶閘管VT3加觸發(fā)脈沖，U2經(jīng)過(guò)VT3和VD2向負(fù)載供電。U2過(guò)零變正的時(shí)候，同樣因電感作用使電流連續(xù)，VDR導(dǎo)通，Ud為零。此時(shí)為負(fù)的U2通過(guò)VDR向VT3施加反壓使其關(guān)斷。L中儲(chǔ)存的能量保證電流在VDR-R-L回路中流通。也就是說(shuō)如果忽略VDR的管壓降，則在續(xù)流期間Ud為零，Ud也就不會(huì)出現(xiàn)為負(fù)的現(xiàn)象了。3、輔助電路的原理與設(shè)計(jì)3.1驅(qū)動(dòng)電路對(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

10、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。3.2晶體管的選取及參數(shù)計(jì)算單結(jié)晶體管（簡(jiǎn)稱UJT）又稱雙基極二極管，它是一種只有一個(gè)PN結(jié)和兩個(gè)電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個(gè)基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個(gè)P區(qū)作為發(fā)射極e。只有一個(gè)PN結(jié)作為發(fā)射極而有兩個(gè)基極三端半導(dǎo)體器件，早期稱為雙基極二極管。其典型結(jié)構(gòu)是以一個(gè)均勻輕摻雜高電阻率的N型單晶半導(dǎo)體作為基區(qū),兩端做成歐姆接觸的兩個(gè)基極，在基區(qū)中心或者偏向其中

11、一個(gè)極的位置上用淺擴(kuò)散法重?fù)诫s制成 PN結(jié)作為發(fā)射極。當(dāng)基極B1和B2之間加上電壓時(shí)，電流從B2流向B1,并在結(jié)處基區(qū)對(duì)B1的電勢(shì)形成反偏狀態(tài)。如果將一個(gè)信號(hào)加在發(fā)射極上，且此信號(hào)超過(guò)原反偏電勢(shì)時(shí)，器件呈導(dǎo)電狀態(tài)。一旦正偏狀態(tài)出現(xiàn)，便有大量空穴注入基區(qū)，使發(fā)射極和B1之間的電阻減小，電流增大，電勢(shì)降低，并保持導(dǎo)通狀態(tài)，改變兩個(gè)基極間的偏置或改變發(fā)射極信號(hào)才能使器件恢復(fù)原始狀態(tài)。因此，這種器件顯示出典型的負(fù)阻特性,特別適用于開關(guān)系統(tǒng)中的弛張振蕩器，可用于定時(shí)電路、控制電路和讀出電路。 (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)

12、，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。 (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(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。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： （1） （2）(3)維持電流IH 維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，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

13、。(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(yáng)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)周期內(nèi)陽(yáng)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(yáng)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

14、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。(9)波形系數(shù)：有直流分量的電流波形，其有效值I與平均值之比稱為該波形的波形系數(shù)，用Kf表示。 （3）額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù) （4）3.3 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)用單節(jié)晶體管構(gòu)成的晶閘管觸發(fā)電路如圖2所示。與單節(jié)晶體管構(gòu)成的馳張振蕩電路相比較，電路的振蕩部分相同，同步是通過(guò)對(duì)電源電路的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的。取自主電路的正弦交流電通過(guò)同步變壓器T1降壓，變?yōu)檩^低的交流電壓，然后經(jīng)過(guò)二極管整流橋變成脈動(dòng)直流。穩(wěn)壓管VW和電阻RW的作用是削波，脈動(dòng)電壓小于穩(wěn)壓管穩(wěn)壓

15、值時(shí)，VW不導(dǎo)通，其兩端的電壓與整流輸出的電壓值相等；如果脈動(dòng)電壓大雨穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值將使VW擊穿其兩端電壓保持穩(wěn)壓值，整流橋輸出電壓高于穩(wěn)壓值的部分降在電阻RW上。這樣VW兩端的電壓波形接近于一個(gè)梯形波，用這個(gè)電壓取代馳張振蕩電路中的直流電源，起到同步作用。由于振蕩電路的電源為梯形波，在主電路正弦波每一半波結(jié)束和開始的一段時(shí)間，振蕩電路的電源電壓很小，電路不振蕩，同時(shí)電容電壓釋放到0。當(dāng)電源電壓接近梯形波的頂部時(shí)，振蕩電路開始工作，當(dāng)電容充電使兩端電壓達(dá)到峰點(diǎn)電壓時(shí)，單節(jié)晶體管導(dǎo)通電容放電，放電電流流過(guò)R1與被觸發(fā)晶閘管的門極的并聯(lián)電路形成輸出，為晶閘管提供觸發(fā)脈沖，使晶閘管導(dǎo)通。然后電路進(jìn)入

16、下一振蕩周期，但晶閘管一經(jīng)導(dǎo)通門極就失去控制作用，一個(gè)電源電壓半周中振蕩電路輸出的脈沖只是第一個(gè)起到觸發(fā)作用后面的脈沖是無(wú)效的。在主電路電壓的半周接近結(jié)束時(shí)，振蕩的路的電源電壓進(jìn)入梯形波的斜邊并迅速下降，振蕩電路停振，同時(shí)電容電壓釋放到零。因此在主電路的每一個(gè)半波中，電容總是從零開始充電，保證了觸發(fā)脈沖與主電路電壓同步。改變電位器RP的數(shù)值可以調(diào)節(jié)輸出脈沖電壓的頻率。但是（RPR）的阻值不能太小，否則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通之后，電源經(jīng)過(guò)RP和R供給的電流較大，單結(jié)晶體管的電流不能降到谷點(diǎn)電流之下，電容電壓始終大于谷點(diǎn)電壓，因此，單結(jié)晶體管就不能截止，造成單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。選用谷點(diǎn)電流大一些的管子

17、，可以減少這種現(xiàn)象。當(dāng)然，（RPR）的阻值也不能太大，否則充電太慢，使晶閘管的最大導(dǎo)通角受到限制，減小移相范圍。一般（RPR）是幾千歐到幾十千歐。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路輸出的脈沖電壓的寬度，主要決定于電容器放大電的時(shí)間常數(shù)。R1或C太小，放電快，觸發(fā)脈沖的寬度小，不能使晶閘管觸發(fā)。因?yàn)榫чl管從阻斷狀態(tài)到完全導(dǎo)通需要一定時(shí)間，一般在10uf以下，所以觸發(fā)脈沖的寬度必須在10uf以上。如選用C0.11uF，R1=250100，就可得到數(shù)十微秒的脈沖寬度。但是，若C值太大，由于充電時(shí)間常數(shù)（RP+R）C的最小值決定于最小控制角，則（RP+R）就必須很小，如上所述，這將引起單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。如果R1太

18、大，當(dāng)單結(jié)晶體管尚未導(dǎo)通時(shí)，其漏電流就可能在R1上產(chǎn)生較大的電壓，這個(gè)電壓加在晶閘管的控制極上而導(dǎo)致誤觸發(fā)。一般規(guī)定，晶閘管的不觸發(fā)電壓為0.150.3V，所以上述電壓不應(yīng)大于這個(gè)數(shù)值。脈沖電壓的幅度決定于直流電源電壓和單結(jié)晶體管的分壓比。如電源電壓為20V，晶體管的分壓比為0.5，則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通時(shí)，電容器上的電壓約為10V，除去管壓降外，可以獲得幅度為78V的輸出脈沖電壓。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，輸出脈沖的寬度和幅度都能滿足觸發(fā)晶閘管的要求。圖中的電阻R2是作溫度補(bǔ)償用的。因?yàn)樵赨PUBBUD的式中，分壓比幾乎不隨溫度而變，而UD將隨溫度上升而略有下降。這樣，UP就要隨溫度而變。圖2 單結(jié)晶體管觸

19、發(fā)電路這是不希望的。當(dāng)接入R2（及R1）后，UBB是由穩(wěn)壓電源的電壓UZ經(jīng)R2、RBB、R1分壓而得，而RBB隨溫度上升而增大，因此在溫度上升后，RBB增大，電流就減小，R1和R2的壓降也就相應(yīng)減小，UBB就增大一些，于是就補(bǔ)償了UD因溫度上升而下降之值，從而使峰點(diǎn)電壓UP保持不變。穩(wěn)壓管的作用是將整流電壓Uo變換成梯形波（削去頂上一塊，所謂削波），穩(wěn)定在一個(gè)電壓值UZ，使單結(jié)晶體管輸出的脈沖幅度和每半周產(chǎn)生第一個(gè)脈沖（第一個(gè)脈沖使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，后面的脈沖都是無(wú)用的）的時(shí)間不受交流電源電壓波動(dòng)的影響。通過(guò)變壓器將觸發(fā)電路與主電路接在同一電源上，所以每當(dāng)主電路的交流電源電壓過(guò)零值時(shí)，單結(jié)晶體

20、管上的電壓UZ也過(guò)零值，兩者同步。在UZ過(guò)零值時(shí)，單結(jié)晶體管基極間的電壓UBB也為零。如果這時(shí)電容器上還有殘余電壓，必然要向R1放電，很快放掉，以保證電容器在每一半波之初從零開始充電。這樣，才能使每半周產(chǎn)生第一個(gè)脈沖的時(shí)間保持不變，從而使晶閘管的導(dǎo)通角和輸出電壓平均值保持不變。如果改變電位器RP的電阻值，例如增大阻值，電容器C的充電變慢，因而每半波出現(xiàn)第一個(gè)脈沖的時(shí)間后移（即a角增大），從而使晶閘管的導(dǎo)通角變小，輸出電壓的平均值也變小。因此，改變RP是起移相的作用，達(dá)到調(diào)壓的目的。4、元器件的選取4.1晶體管的選取 晶體閘流管簡(jiǎn)稱晶閘管，也稱為可控硅整流元件(SCR)，是由三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的一種

21、大功率半導(dǎo)體器件，晶閘管不僅具有單向?qū)щ娦裕疫€具有比硅整流元件更為可貴的可控性，它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。晶閘管的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬(wàn)倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷；無(wú)觸點(diǎn)運(yùn)行，無(wú)火花、無(wú)噪聲；效率高，成本低等。因此，特別是在大功率UPS供電系統(tǒng)中，晶閘管在整流電路、靜態(tài)旁路開關(guān)、無(wú)觸點(diǎn)輸出開關(guān)等電路中得到廣泛的應(yīng)用。晶閘管的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過(guò)載能力較差，容易受干擾而誤導(dǎo)通。晶閘管從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。 晶閘管是PNPN四層三端器件，共有三個(gè)PN結(jié)。分析原理時(shí)，可以把它看作是由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成?？梢钥闯?，兩個(gè)

22、晶體管連接的特點(diǎn)是一個(gè)晶體管的集電極電流就是另一個(gè)晶體管的基極電流，當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時(shí)，兩個(gè)相互符合的晶體管電路就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋，導(dǎo)致兩個(gè)晶體管飽和導(dǎo)通，也即晶閘管導(dǎo)通。如果晶閘管承受的是反向陽(yáng)極電壓由于等效晶體管V1和V2均處于反壓狀態(tài)，無(wú)論有無(wú)門極電流Ig流入，晶閘管不能導(dǎo)通。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)表明：只有當(dāng)晶閘管同時(shí)承受正向陽(yáng)極電壓和正向門極電壓時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，兩者缺一不可。晶閘管一旦導(dǎo)通后門極將失去控制作用，門極電壓對(duì)管子隨后的導(dǎo)通和關(guān)斷均不起任何作用，故使晶閘管導(dǎo)通的門極電壓不需要是一個(gè)持續(xù)的直流電壓，只要是一個(gè)具有一定寬度的脈沖電壓即可，脈沖寬度與晶閘管的開通特性及

23、負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。這個(gè)脈沖稱之為觸發(fā)脈沖。要使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，必須是陽(yáng)極電流降低到某一數(shù)值之下（約幾十毫安）。這可以通過(guò)增大負(fù)載電阻，降低陽(yáng)極電壓接近于零或者是加反向陽(yáng)極電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流稱之為維持電流，是晶閘管的一個(gè)主要參數(shù)。4.2變壓器的選取根據(jù)參數(shù)計(jì)算得出=200V，又有電網(wǎng)電壓=220V，那么可以計(jì)算出變壓器變比K為： （5）不考慮變壓器損耗時(shí)，則變壓器的容量。5、電力電子器件的保護(hù)在電力電子器件電路中，出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(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)勢(shì)必不可少的。5.1晶閘管過(guò)電流保護(hù) 晶閘管變流

24、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)流，結(jié)溫上升很快，特別是在瞬時(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)載或者短路電流的能力主要受結(jié)溫的限制。可用作過(guò)電流保護(hù)的主要有快速熔斷器、直流快速熔斷器和過(guò)流繼電器。在此我們用快速熔斷器措施來(lái)進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)電路圖如圖3所示。圖3過(guò)電流保護(hù)電路圖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，在選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：（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

25、流容量應(yīng)按其在主電路中的連接方式和主電路連結(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)交流母線或直流母線中。（3)快熔的值應(yīng)小于被保護(hù)器件的值。（4)為保證在正常過(guò)載情況下不融化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。由于晶閘管的額定電流為16A，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24A。5.2晶閘管過(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。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)電壓電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過(guò)程，主要包括換向過(guò)電壓和關(guān)斷過(guò)電壓。因此我們有必要對(duì)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電壓保護(hù)。在此設(shè)

26、計(jì)中我們采用阻容式過(guò)電壓保護(hù)。5.3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(guò)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4所示：圖4 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(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

27、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。6、系統(tǒng)仿真單相橋式半控整流電路在Simulink環(huán)境下，運(yùn)用PowerSytemBlockest的各種元件模型建立了單相橋式半控整流電路的仿真模型如圖5所示圖5 單相橋式半控整流電路仿真模型在實(shí)際電路中電源部分應(yīng)該是從電網(wǎng)引進(jìn)220V電壓經(jīng)變壓器降低成200V的電源然后接入電路中，在此我們?yōu)榱撕?jiǎn)單采用的是Matlab里面的交流電源，設(shè)置參數(shù)時(shí)電壓設(shè)置成200V，頻率為50HZ。對(duì)于觸發(fā)電路部分，采用的是Matlab里的方波脈沖觸發(fā)器，為了與主電路相同，這兩個(gè)脈沖發(fā)生器的周期都設(shè)置成0.0

28、2s。但是為了區(qū)分VT1和VT2不同的觸發(fā)角，須將兩者的延遲時(shí)間設(shè)置成不一樣的，如將VT1的觸發(fā)延遲時(shí)間設(shè)置成0.0025s，將VT2的觸發(fā)延遲時(shí)間設(shè)置成0.0125s。圖6 =30時(shí)Matlb仿真波形這樣在計(jì)算時(shí)相當(dāng)于在30時(shí)進(jìn)行觸發(fā)。Matlab仿真波形如圖6所示。上圖中圖a是經(jīng)過(guò)變壓器降壓后U2=200V時(shí)的波形圖；圖b是觸發(fā)電路的波形，為了能區(qū)分，第一個(gè)VT1的觸發(fā)脈沖的幅值比第二個(gè)大；圖c是晶閘管VT1的電流波形；圖d是主干路上的電流波形。最下面一個(gè)圖則是Ud的波形圖。7、結(jié)論這次課程設(shè)計(jì)讓我明白很多關(guān)于電力電子技術(shù)方面的知識(shí)，尤其是在課本中沒有完全介紹的。要完成這次課程設(shè)計(jì)，關(guān)靠書本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以我查閱了很多關(guān)于電力電子的書籍，并且也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到很多相關(guān)的知識(shí)，為這次課程設(shè)計(jì)做了很多幫助。對(duì)于課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，首先要做的應(yīng)是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的理論理解，在理論充分理解的基礎(chǔ)上，才能做好課程設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出性能良好的電路。整流電路中，基本元件的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo)影響很大。設(shè)計(jì)過(guò)程中，我明白整流