小功率晶闸管整流电路设计方案

1、题目：小功率晶闸管整流电路设计设计技术数据及要求：1、380V交流供电电源；2、电路输出的直流电压和电流的技术指标满足系统要求。3电路应具有一定的稳压功能，同时还具有较高的防治过电压和过电流的抗干扰能力。 触发电路输出满足系统要求。4、负载为励直流电动机，型号为Z3-71，电机参数为:型号额定功率额定电压额定电流额定转速电枢回路电感Z3-7117kw220V89.8A1500r / min11.51AH总体方案论证及选择1、对电气控制系统的技术要求 输出一定的直流电压和电流。 输出电压的脉动指标在允许范围内。 具有自动稳压功能和一定的稳压精度。 对调速系统应有静态技术指标和动态技术指标的要求。

2、2、直流电动机选择根据被控对象的特点和技术要求，综合设计题目给出的参数，故选用直流他励电动机。3、主电路的选择一般说来，对于晶闸管整流装置在整流器功率很小时（4kw以下），用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。由于本设计方案的负载直流电机的额定功率为17kw远大4kw，故选择三相整流电路。方案一：三相零式整流电路优点：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，对需要220V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。缺点：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。因

3、零线流过负载电流，在零线截面小时压降大， 往往需要从变压器单独敷设零线。方案二：三相桥式整流电路优点：在输出整流电压相同时，电源相电压可较零式整流电路小一半，因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量。输出整流电压脉动小， 所以平波电抗器容量就可小一些。缺点：整流器件用得多，全控桥需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380V电网直接供电，而要用整流变压器。综合比较可知，应用本此设计的电路应选择为三相桥式整流电路作为整流电路。4、触发电路的选择晶闸管的门极电压又叫触发电压，产生触发信号的电路叫触发电路。触发电路性能的好坏，直接影响到系统工作的可靠性。因此

4、触发电路必须保证迅速、准确、可靠地送出脉冲。为达到这个目的，正确选用或设计触发电路是非常重要的，一个触发电路性能的优劣常用下 列几点来衡量：1 触发脉冲必须保持与主电路的交流电源同步，以保证每个周期都在相同的延迟角:处触发导通晶闸管。2触发脉冲应能在一定的范围内移相。对于不同的主电路要求的移相范围也不同。例如对于三相半波电路、电阻性负载，要求的移相范围为0 °150 °大电感负载（电流连续），只要求整流，则移相范围为0°90 °如既要求整流又要逆变，则为 30°150 °三相全控桥式电路，电阻负 载时为0°120。，既要整流

5、又要逆变时，其移相范围为30°150。，为保证逆变可靠， 对最小逆变角1 min应加以限制；三相半控桥式电路，移相范围为 0°180 °。3触发信号应有足够的功率（电压与电流）。为使所有合格的器件在各种可能的工作条件下都能可靠触发，触发电路送出的触发电压和电流，必须大于器件门极规定的触发电压UGT与触发电流IGT。例如KP50就要求触发电压不小于 3.5V,电流不小于100mA; KP200则 要求触发电压不小于 4V,电流不小于200mA。故触发电压在4V以上、1OV以下为宜，这样就 能保证任何一个合格的器件换上去都能正常工作。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功

6、率 不超过规定值，触发电压、电流的幅值在短时间内可大大超过额定值。4不该触发时，触发电路的漏电压应小于0.150.2V，以防误触发。5触发脉冲的上升前沿要陡。否则，因温度、电源电压等因素变化时将造成晶闸管的触发时间不准确。设脉冲的幅值为Um 脉冲前沿是指由0.1Um上升到0.9Um所需要的时间，一般要在10卩s以内为宜。6触发脉冲应有一定的宽度。一般晶闸管的开通时间为6卩s左右，故触发脉冲的宽度至少应在6卩s以上，最好应有2050卩s。对于电感负载，触发脉冲的宽度应加大，否则在 脉冲终止时主电路电流还上升不到晶闸管的擎住电流，则晶闸管又重新关断。5、保护电路的设置晶闸管有许多优点，但是它承受过

7、电压和过电流的能力很差，短时间过压过流就会使器件损坏。晶闸管能承受电压和电流上升率是有一定限制的，当电流上升率过大时，会使器件 局部烧穿而损坏。当电压上升率太大时，又会导致晶闸管误导通，使运行不正常。除了合理 选择晶闸管外，还必须针对过电压和过电流采取恰当的保护措施。主电路设计1、系统框图三相全 控桥整 流稳压电路负载电机图1系统框图2、主电路图三、单元电路的设计1、整流变压器额定参数计算 变压器二次侧相电压 U 2的计算由指导书中第13页给出的计算过程可知：U2 =(1 1.2)Ud/A；B经查表： A =2.34, g = 0.9,B = cosa = coslO °= 0.98

8、5 , U d = 220V 带入计算得： U2 =106V 126V，取 U2 =106V 二次侧相电流| 2和一次侧相电流丨1的计算首先求变比 KK =U1U =380113.27由表 2 -1 可知：K1 K12 二 0.816带入计算得：I1.05K11 ld“K=23.5A l2=K12 ld =73.3A变压器容量计算:=3S, =m 5 I, =3 380 23.5 = 26.79K VAS2 =m2 U2 l2 =3 116 73.3 = 25.5K VAS =(S S)/2 =26.14K VA2、整流元件的选择 晶闸管额定电压：Utn =(23)Utm =710V 系数取为

9、2.5 晶闸管的额定电流IT(AV) =(1.52)K ld由表2-4可知：K =0.367计算得：IT(AV)= 2 0.367 89.8 =65A因此，选用晶闸管型号为 KP100-103、电抗器参数计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗 器Ld,称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流，一般是已知的，因此电抗器参数计 算主要是电感量的计算。(1)使输出电流连续的临界电感量L1查表2-7可得:K1 =0.695计算得:IdminL1二 K1 U2/ldmin,U2 =116VQ = 0.695= 10%ld =8.98AL8.9mH(2)限制输出

10、电流脉动的电感量L2L2 =K2*U2/Si ld,U2116V,ld 查表 2-7可得： K2 =1.045, Si =10%L2 = 13.50 mH-89.8A计算得:(3)电动机电感量LD和变压器漏电感量Ld 二 KdL2 =13.50mHLtu3nJ1.010由所给负载参数: 取 Kd =10 带入计算得：U d = 220V, Id =89.8A, n=1500r/mi n, p=2LD =4.08mHLT =KT *Uah*U2/100lD,U2 =116V, I D =89.8A 查表得：Kt 3.9, U ah 5V带入计算得：Lt =0.25mH(4)实际串入电抗器电感量L

11、D1 =_(Ld N Lt) =4.32mHLd2 二 L2 _(Ld N Lt) =8.92mHLD1 - LD2故选用8.92mH作为串入半波电抗器的电感值。4、晶闸管保护环节的设计与计算(1)过电压保护：以过电压保护部位来分，有交流侧过电压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压 保护三种。(i) 交流侧过电压保护措施采用组容保护。即在变压器二次并联电阻R和电容C进行保护，接线方式为三相变压器.次侧Y联结，阻容保护 Y联结。如图4所示。图3组容保护参数计算：由于S=26.14KV A对于Im变压器励磁电流百分数，10100 KV A变压器对应I em =10 4A 所以取 lem =10

12、A,U2 = 220V10 100KV A变压器对应的Uah = 510V，这里取U ah = 5VC - 6Iem* S/U； =32.40F电容 C耐压 _1.5Um =466Vum = $25 =2 22CV -311V-3.981 K' 1取R=5Klc =2二fcUc 1.0 10J2.92APR 一(3 4)1； =184.8kw(ii) 直流侧过电压保护措施直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成di/dt加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护，如下图4所示。压敏电阻的标称电压U

13、lmA ,图4直流侧过电压保护电路图般用下面公式计算，即：UlmA _(1.8 2)UDC由于U DC 二 220V，贝y U 1mA 2220V = 4407故选用 MY31 -440/5(iii) 晶闸管两端过电压保护措施由于晶闸管型号为 KP100-5，则采用的在晶闸管两端并联组容保护。由经验数据得 C二0.25-F, R = 20】,线路图如上图右所示。(2)过电流保护快速熔断器简称快熔，其断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。 快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。电路图如下。It =ld / 3 =51.8AFU'T(AV)= 65A,1.5

14、7It(av)二 102A51.8 乞 l FU E102A1)iT W图5过电流保护电路图四、触发电路选择与设计触发电路选择 KJ004电路，它的原理与分立元件的锯齿波移相触发电路相似，也分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。由1个KJ004构成的触发单元可输出 2个相位间隔180°的触发脉冲。只需用3个KJ004集成块和1个KJ041 集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥触发 电路，如图2-17所示。其中，KJ041内部实际是由12个二极管构成的6个或门，其作用是将 6路单脉冲输入 转换为6路双脉冲输出。也有厂

15、家生产了将图2-17全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。以上触发电路均为模拟量的，其优点是结构简单、可靠，但缺点是易受电网电压影响， 触发脉冲的不对称度较高，可达3°4°,精度低。在对精度要求高的大容量变流装置中，越来越多地采用了数字触发电路，可获得很好的触发脉冲对称度。触发电路图见附页1。五、系统电气原理总图系统电气原理总图见附页 2。六、参考资料1电力电子技术课程设计指导书，王世荣等编 2008.122 电力电子技术，机械工业出版社，王兆安编 2006.23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、王辉主编，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七、设计总结通过本课程设计，我受益匪浅。熟悉和掌握可控整流电路的基本工作原理及参数计算方 法。掌握晶闸管在相关电路中的工作特点，并能根据设计要求，正确计算晶闸管参数，