三相橋式全控整流電路課程設(shè)計(jì)

1章課程設(shè)計(jì)目的與要求課程設(shè)計(jì)目的深化和提高。因此，通過(guò)電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)到達(dá)以下幾個(gè)目的：；電路設(shè)計(jì)的根本方法。培育獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)的力氣；培育分析、總結(jié)及撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告的力氣。課程設(shè)計(jì)的預(yù)備學(xué)問(wèn)生疏電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)學(xué)問(wèn)。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:100V/50Hz、輸出功率：500W、移相范圍0o~90o按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)供給的課題，依據(jù)根本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。2章課程設(shè)計(jì)方案的選擇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，它電阻-電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作狀況?！搽娮?電感性負(fù)載〕電路簡(jiǎn)圖如下：iiuiiuuu(a)

LR2.1此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)展把握，與單相橋式半控整流電路相比，無(wú)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)用即直流重量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。流為兩個(gè)等大反向的半波，沒(méi)有直流磁化問(wèn)題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。2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。依據(jù)以上的分析，我選擇的方案為單相全控橋式整流電路〔負(fù)載為電阻-電感性負(fù)載。元器件的選擇晶閘管晶管又稱(chēng)為晶體閘流管，可控硅整流〔SiliconControlledRectifier--SC，開(kāi)拓了電力電子技術(shù)快速進(jìn)展和廣泛應(yīng)用的嶄時(shí)代;20802/17一般晶閘管。廣義上講，晶閘管還包括其很多類(lèi)型的派生器件。1〕晶閘管的構(gòu)造AK〔或稱(chēng)柵極〕G內(nèi)部構(gòu)造:2.22〕晶閘管的工作原理圖〔PNPNJ〔PNJ〔NP、1 1 2 2

1 11

2 12JPNPPNAGK1.2(左)所示。由于3 22 1 2 22.3〔右〕所示T〔P-NP〕和〔N-P-N〕組成的等效電路。1 1 1-2 1 2 2圖2.2晶閘管的外形、內(nèi)部構(gòu)造、電氣圖形符號(hào)和模塊外形a)晶閘管外形b)內(nèi)部構(gòu)造c)電氣圖形符號(hào)d)模塊外形2.3晶閘管的內(nèi)部構(gòu)造和等效電路3/173〕晶閘管的門(mén)極觸發(fā)條件：晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的狀況下晶閘管才能導(dǎo)通；：晶閘管一旦導(dǎo)通門(mén)極就失去把握作用；：要使晶閘管關(guān)斷，只能使其電流小到零一下。Ｇ被稱(chēng)為半控型器件。只有門(mén)極觸發(fā)是最準(zhǔn)確、快速而牢靠的把握手段?？申P(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管簡(jiǎn)稱(chēng)GTO1〕 可關(guān)斷晶閘管的工作原理圖1.3 GTO的構(gòu)造、等效電路和圖形符號(hào)GTO管那樣處于深飽和狀態(tài)，這樣可以用門(mén)極負(fù)脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關(guān)GTOSCR〔即抽出飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子，猛烈正反響使器件退出飽和而關(guān)斷。晶閘管具有驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)潔3章主電路的設(shè)計(jì)4/17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)電路單相電源輸出 驅(qū)動(dòng)電路 整流電路 負(fù)載電路圖3.1系統(tǒng)原理方框圖系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明iVT VTT i2Lu u udRVT VT(a)3.2〔a〕工作波形〔b〕假設(shè)LR，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)在電源電壓u 正半周期間，VT1、VT2承受正向電壓，假設(shè)在t時(shí)觸發(fā)，2VT1、VT2VT1、負(fù)載、VT2T存在，u 過(guò)零變負(fù)時(shí)，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使VT1、VT2連續(xù)導(dǎo)通，直到VT3、2VT4VT2局部。5/17在電源電壓u 負(fù)半周期間，晶閘管VT3、VT4承受正向電壓，在t時(shí)2至VT3、VT4中在t2時(shí)，電壓u 過(guò)零，VT3、VT4因電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一2直導(dǎo)通，直到下個(gè)周期VT1、VT2VT3、VT4留意的是，只有當(dāng)2時(shí)，負(fù)載電流id才連續(xù)，當(dāng)2時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)02。d 輸出電壓平均值Ud 〔1〕U

2U

cos0.9U

2 2U2d π 2 2 2U2U

2 (3-2-1)I d (3-2-2)d R晶閘管的電流平均值I 和有效值IdT T2I 1 I2T dI 1IdT 2 d

(3-2-3)(3-2-4)II2II I2 d晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為2U26/17

(3-2-5)原理圖的分析iVTiVTVTTiuuVTVT單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路1單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路2單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路3單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路4uR作用下動(dòng)作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。RC比較簡(jiǎn)潔。一方面是便利我們對(duì)設(shè)計(jì)電路中變壓器型號(hào)的選擇。4章關(guān)心電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)7/17變流裝置安全，牢靠，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求：〔觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流。的產(chǎn)品。晶閘管器件出廠時(shí)，所標(biāo)注的門(mén)極觸發(fā)電流Igt、門(mén)極觸發(fā)電壓U50HZ、18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。陽(yáng)極電流能快速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。陡越有利于晶閘管的同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。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)范圍是00~90⑤觸發(fā)脈沖與主電路電源必需同步。8/17ucus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)要選擇適宜，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)不行少的。主電路的過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)Um壓保護(hù)方法。溝通側(cè)過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程：電源變壓器初級(jí)側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵(lì)磁電流突然切電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)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保護(hù)方法：阻容保護(hù)9/17直流側(cè)直流側(cè)溝通側(cè)整流主電路3.4主電路的過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)器在電子電力動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器在過(guò)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)依據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。2、電流容量應(yīng)依據(jù)其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定?？烊壑绷髂妇€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(guò)載狀況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。短路均由快熔進(jìn)展保護(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)其他過(guò)電流保護(hù)措施相協(xié)作。熔斷器是最簡(jiǎn)潔的過(guò)電流保護(hù)元件，但最一般的熔斷器由于熔斷特性不適宜串快熔，因流過(guò)快熔電流和晶閘管的電流一樣，所以對(duì)元件的保護(hù)作用最好。電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)10/17di/dt的抑制PN2.8所示:2.8串聯(lián)電感抑制回路dv/dt的抑制也應(yīng)有所限制,dv/dt過(guò)大，由于dv/dt的R-C2.9所示：2.9R-C阻容吸取回晶閘管的根本特性靜態(tài)特性安特性和門(mén)極伏安特性。陽(yáng)極伏安特性晶閘管的陽(yáng)極伏安特性表示晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的電壓Uak

與陽(yáng)極電流ia之間的關(guān)系曲線，如圖5-1所示。11/175.1晶閘管陽(yáng)極伏安特性①正向阻斷高阻區(qū)；②負(fù)阻區(qū)；③正向?qū)ǖ妥鑵^(qū)；④反向阻斷高阻區(qū)向特性區(qū)。第Ⅰ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)。門(mén)極伏安特性晶閘管的門(mén)極與陰極間存在著一個(gè)PN結(jié)J，門(mén)極伏安特性就是指這個(gè)PN結(jié)3上正向門(mén)極電壓Ug

與門(mén)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(wú)5-25.2晶閘管門(mén)極伏安特性動(dòng)態(tài)特性即開(kāi)通特性和關(guān)斷特性。開(kāi)通特性晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過(guò)程為開(kāi)通過(guò)程。圖1-12給出了晶閘管的開(kāi)關(guān)特刻到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)定值IT

的10%所需的時(shí)間稱(chēng)為延遲時(shí)間td12/1710%IT

上升到90%IT

所需的時(shí)間稱(chēng)為上升時(shí)間tr管的開(kāi)通時(shí)間t=t+t0.5～1.5μs，上升時(shí)間為gt d r。延遲時(shí)間隨門(mén)極電流的增大而削減，延遲時(shí)間和上升時(shí)間隨陽(yáng)極電壓上升而下降。6.7晶閘管的開(kāi)關(guān)特性關(guān)斷特性關(guān)心換流電路來(lái)供給。極電流過(guò)零，也會(huì)消滅反向恢復(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)反向電壓的阻斷力氣。晶閘管根本參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)說(shuō)明：1、額定電壓UTnUDRM

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2～3的工作安全。晶閘管的額定電壓U ,U Tn DRM RRMU=〔2～3〕UTn TM13/17U：工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓TM2、額定電流IT(AV)IT(AV)

電流等級(jí)即為晶閘管的額定電流。I ：額定電流有效值，依據(jù)管子的ITn

換算出，I 、I1/21/2(Imsint)2d(t)0I Tn

I三者之間的關(guān)系：TnIm/20.5ITM

(5-2-1)IT(AV)

1/2Imsintd(t)Im/0.318I0 TM

(5-2-2)3IH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。4IL5UT(AV)

。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導(dǎo)通的正6、門(mén)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(mén)極電流，一般為毫安級(jí)。7du/dt。在額定結(jié)溫存門(mén)極開(kāi)路的狀況下，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。8di/dt。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電流集中在門(mén)極四周的小區(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)：有直流重量的電流波形其有效值I與平均值I 之比稱(chēng)為該波形d的波形系數(shù)，用Kf

K I (5-2-3)f Id14/17K ITnf I

1.57 (5-2-4)2T(AV)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。U 100V時(shí)，不計(jì)把握角余量按0o計(jì)算d由U 0.9Ud 2

得U Ud =111V2 0.9考慮2倍裕量：U 取222V2晶閘管的選擇原則：Ⅰ所選晶閘管電流有效值I 大于元件在電路中可能流過(guò)的最大電流有效Tn值?！?.5～2〕倍的安全余量。即I 1.57I (1.5~2)ITn T(AV) TMI (1.5~2)ITMT(AV)當(dāng)d5A時(shí)，晶閘管額定電流I

1.57

Id

5 3.2AT(AV)考慮2倍裕量： d(AV)

1.57 1.57所以在本次設(shè)計(jì)中我選用4個(gè)KP10-3的晶閘管。變壓器的選取依據(jù)參數(shù)計(jì)算可知:變壓器應(yīng)選變比為KU2Ud容量至少為500VA。

220V2.2,100V性能指標(biāo)分析：整流電路的性能常用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量：一個(gè)是反映轉(zhuǎn)換關(guān)系的用整流15/171)整流輸出電壓平均值1Ud=

2U

sintdt=2 2U 2

cos=0.9U2

cos (5-3-1)2)紋波系數(shù)紋波系數(shù)K 用來(lái)表示直