小功率晶闸管整流电路设计.doc

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小功率晶闸管整流电路设计

一、设计目的及意义

电力电子技术的课程设计是《电力电子技术》课程的一个重要的实践教学环节。

它与理论教学和实践教学相结合，可加深理解和全面掌握《电力电子技术》课程的基本内容，可使我们在理论联系实际、综合分析、理论计算、归纳整理和实验研究等方面得到综合训练和提高，从而培养我们具有独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力。

主要目的在于：

1.通过设计提高学生综合运用知识的能力，巩固和扩展学生的知识领域、培养学生严谨的科学态度和提高独立工作的能力；

2.通过设计使学生初步掌握电力电子系统设计方法，熟悉国家有关技术和经济方面的方针政策和安全规程，训练使用设计手册的技术资料的能力；

3.培养学生利用计算机编写技术和绘制设计图样的能力。

二、设计的原始数据及具体要求

Ⅰ）原始数据

1.380V三相交流供电电源；

2.负载为并励直流电动机，相关数据如下表所示：

型号

额定功率

（KW）

额定电压

（V）

额定电流

（A）

额定转速

（r/min）

电枢回路电感

（H）

Z2-92

30

220

161.5

750

3.62

3.整流装置输出的直流电压和电流应满足负载要求；

4.电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力。

Ⅱ）具体要求

1.方案论证及选择；

2.整流变压器电压及容量计算；

3.晶闸管元件选择；

4.电抗器容量计算；

5.保护电路的元件选择；

6.触发电路选择；

7.同步变压器及同步电压选择；

8.完成课程设计说明书一份，设计晶闸管整流电路原理图一张。

三、拟定方案

在三相整流电路中，三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，需要200V电压的用电设备直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。

但是要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。

而且往往需要从变压器单独敷设零线。

而三相桥式整流电路，在输出整流电压的同时，电源相电压可较零式整流电路小一半，显著减轻了晶闸管和变压器的耐压要求。

变压器二次绕组电流中没有直流分量，利用率高。

输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量也小。

三相桥式整流电路缺点是整流器件用的多，需要220V电压的设备也不能用380V电网直接供电而需要整流变压器。

三相半控桥式整流虽然触发电路和整流器件较少，但整流输出电压脉动大，所以选择三相全控桥式整流电路。

1.三相桥式全控整流电路带电阻负载时的电路原理图及波形：

（如下图所示）

图1三相桥式全控整流电路

a=0°a=30°

2.三相桥式全控整流电路的特点

（1）二管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一，且不能为同一相器件。

（2）对触发脉冲的要求：

按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。

共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。

同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。

（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲

可采用两种方法：

一种是宽脉冲触发，一种是双脉冲触发（常用）

（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压

的关系也相同。

四、单元电路设计

1.主电路设计

图2三相全控桥式整流电路

1）整流变压器电压及容量的计算

取，则

2）晶闸管的选择

取100A

取900V

所以选取晶闸管型号为

3）电抗器容量计算

使输出电流连续的电感量

取10

限制输出电流脉动的电感量

取15

电动机电感量

变压器漏电感量

取0.2

考虑输出电流连续时的实际电感量

考虑限制电流脉动时的实际电感量

所以串入平波电抗器的电感值可以取15mH

2.触发电路的选择

三相全控桥式电路带电感负载整流时，移相范围是00-900，采用双脉冲触发。

由于锯齿波同步触发电路整流输出电压与控制电压之间不是线性关系，电路复杂，而正弦波同步触发电路不适用电网电压波动较大的场合，所以选用集成触发电路KC09，此电路广泛应用于各种晶闸管装置中，而且其体积小、功耗低、调式方便、性能稳定可靠。

由得调节移相电压和偏移电压使移相角为

3.同步变压器及同步电压的选择

为了使晶闸管按需求导通及关断，触发电路必须与主电路同步，所选同步变压器应与整流变压器接同一供电电源，且其一次绕组与整流变压器的一次绕组完全一致。

由所选触发器可知，同步变压器的输出电压，即同步电压为30V。

4.保护电路的元件选择

Ⅰ）过电流保护:

当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。

因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。

采用快速熔断器作过电流保护，其接线图（见图）。

熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断，保护晶闸管，起到保护作用。

最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以对元件的保护作用最好，这里就应用这一方法。

快熔抑制过电流电路图如下图所示：

图3快熔抑制过电流

当熔和晶闸管串联使用时，快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，快熔的额定电流是用有效值来表示的，一般可按下式选取：

式中，——晶闸管的实际工作电流有效值；

——晶闸管的额定电流。

所以所选熔断器为：

北京电气元件长生产的RS3快速熔断器六个。

其参数为

Ⅱ）过电压保护:

过电压可分为外因过电压和内因过电压两类，包括：

（1）操作过电压

（2）雷击过电压

（3）换向过电压

（4）关断过电压

其中外电压主要是雷击和系统中的操作过程等外部原因,内电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，为了保护整个电路,我们这里采取RC保护。

我们根据资料书上的资料，我们采用阻容保护，在变压器副边电路两端并联电阻R和电容C，利用电容两端的电压不能够突变的特性，可以有效的抑制变压器绕组中的过电压，串联电阻能够消耗部分过电压能量。

同时抑制LC回路的振荡。

二次侧并联RC

取100

耐压取500

取10

电阻功率

‚晶闸管两端并联RC

电容值

电阻

电容耐压值取400

电阻功率

ƒ负载两端并联压敏电阻

取440

型号：

MY31-440/5

Ⅲ）电压和电流上升率的限制

1）电压上升率du/dt的限制

正向电压上升率du/dt较大时，会使晶闸管误导通。

因此作用于晶闸管的正向电压上升率应有一定的限制。

造成电压上升率du/dt过大的原因一般有两点：

①由电网侵入的过电压。

②由于晶闸管换相时相当于线电压短路，换相结束后线电压又升高，每一次换相都可能造成du/dt过大。

限制du/dt过大可在电源输入端串联电感和在晶闸管每个桥臂上串联电感，利用电感的滤波特性，使du/dt降低。

电感值取30串联电感后的电路如图4、图5所示。

图4串联进线电感直接接入电网

a）单相电路b）三相电路

图5晶闸管串接桥臂电抗器

2）电流上升率di/dt 的限制

导通时电流上升率di/dt太大，则可能引起门极附近过热，造成晶闸管损坏。

因此，对晶闸管的电流上升率di/dt必须有所限制。

产生di/dt过大的原因，一般有：

①晶闸管导通时，与晶闸管并联的阻容保护中的电容突然向晶闸管放电。

②交流电源通过晶闸管向直流侧保护电容充电。

③直流侧负载突然短路等等。

限制di/dt，除在阻容保护中选择合适的电阻外，也可采用与限制du/dt相同的措施，即在每个桥臂上串联一个电感。

限制du/dt和di/dt的电感，可采用空心电抗器，要求L≥（20～30）μH；也可采用铁心电抗器，L值可偏大些。

在容量较小系统中，也可把接晶闸管的导线绕上一定圈数，或在导线上套上一个或几个磁环来代替桥臂电抗器。

五、总设计图

六、总结

由于时间有些仓促,以及专业知识掌握的不太牢靠,在选择各类器件时,考虑得不够周全:

比如触发电路性质，如何选择以及使用保护电路，虽然以前知识结构的条框不太清晰，但在经历这次课设以后，再应用这些知识就比以前得心应手多了，还有在利用网络检索一些资料时，仍然存在一些问题,有些东西不知道应该怎样使用,应该如何用,在处理数据时也不太缜密,推理也不太严谨,导致计算时出现了很多麻烦,在这一次设计中,也让我大体掌握了一些基本知识,基本上通读了一遍课本,对常用的一些器件也加深了一些理解,知道了一些参数的使用方法.虽然在实验时遇到了一些困难,但在老师的帮助和同学的努力下成功地完成了课设,在这里真诚地感谢老师们给我这次课设的机会使我受益颇丰.

七、参考文献

1.《电力电子技术课程设计指导书》，王世荣等编2008.12

2.《电力电子技术》，机械工业出版社，王兆安编2006.2

3.《半导体变流技术》，机械工业出版社，黄俊编1980年

4.《电力电子技术题例与电路设计指导》，石玉、栗书贤、王文郁编，机械

工业出版社

5.《电力电子技术》，林辉主编，武汉理工大学出版社

6.《电力电子技术》，苏玉刚、陈渝光主编，重庆大学出版社

7.《电力电子技术》，浣喜明、姚为正编著，高等教育出版社

8.《电力电子技术》，石新春、杨京燕等编，中国电力出版社

9.《电力电子技术实践教程》，潘孟春、胡媛媛主编，国防科技大学出版社

10.《电力电子技术》，郭世明、黄念慈主编，西南交通大学出版社

11.《现代电力电子应用技术》，林忠岳主编，科学出版社

12.《电力电子应用技术》，叶斌主编，清华大学出版社

13.《电工手册》，上海科学出版社

14.《电力电子技术》，贺益康、潘再平编著，科学出版社

15.《电力电子应用技术》，上海理工大学莫正康主编，机械工业出版社

16.《晶闸管变流技术》，莫正康编，机械工业出版社

17.《电力电子技术基础》，林渭勋，北京：

机械工业出版社，1990

18.《电力电子新器件及其应用技术》，王志良，北京：

国防工业出版社1995

19.《电力电子器件及其应用》，李序葆，赵永健，北京：

机械工业出版社1996

20.《电力电子技术》，邵丙衡，北京：

中国铁道出版社，1997