三相全控桥式晶闸管-电动机系统设计概述

1、武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书三相全控桥式晶闸管-电动机系统设计1设计任务及要求分析本设计的初始条件是：直流电动机额定参数为：型号：Z3-71,PN=10KW,额定电压UN=220V,额定电流IN=55A，转速nN=1000,电枢电阻Ra=0.50,电流过载倍数1=1.5,电枢电感Ld=7mH,励磁电压UL=220V励磁电流IL=1.6A,使用三相可控整流电路，电动机负载，工作于电动状态。要求完成的任务是：1 .三相全控桥式主电路设计（包括整流变压器参数计算，整流元件定额的选择）,讨论品闸管电路对电网的影响及系统功率因数。2 .触发电路设计。触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的

2、定相等。3 .晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。4 .提供系统电路图纸不少于一张。根据所给任务的要求，首先应先认真分析题目，题目是三相全控桥式晶闸管一电动机系统设计。再根据所给电动机是直流电动机，可以得出这是一个AC/DC的变换电路，直流电动机负载可以看成是三相全控桥式晶闸管接一个反电动势负载，由此可以得出此设计的重点在于设计三相全控桥式晶闸管整流电路实现交流到直流的转换，且保证输出的直流电压和电流能使电动机工作在电动状态即可。所以就对此电路的设计有了大体上的认识，也对其设计步骤有了具体构思。262三相全控桥式主电路设计2.1 整流变压器设计2.1.1 整流变压器设计原理在晶闸管整流装置

3、中，满足负载要求的交流电压U2往往与电网电压不一致，这就需要利用变压器来匹配；另外，为降低或减少品闸管变流装置对电网和其它用电设备的干扰，也需要设置变压器把晶闸管装置和电网隔离。因此，在晶闸管整流装置中，一般都需要设置整流变压器(仅当晶闸管交流侧电压和电网电压一致时可以省去)。概括的说，影响U2值的因素有：(1) U2值的大小首先要保证满足负载所要求的最大直流平均电压Ud。(2)在分析整流电路工作原理时，我们曾经假设品闸管是理想的开关元件，导通时认为其电阻为零，而关断时，认为其电阻无穷大。但事实上，品闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用Ut表示。(3)变压器漏抗的存在，导致晶

4、闸管整流装置在换相程中产生换相压降，用AU*表示。(4)当品闸管整流装置对直流电动机供电时，为改善电动机的性能，保证流过电机的电流连续平滑，一般都需用接足够大电感的平波电抗器。因平波电抗器具有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时，就要产生一定的电压降。(5)品闸管装置供电的电动机恒速系统，在最大负载电流时，其电机的端电压除考虑电动机的额定电压Ud外，还需要把电动机电枢电阻的压降加以考虑。即电机的端电压应当为电动机的额定电压Ud和超载电流(Idmax-ID)在电枢电阻Rd上压降之和。考虑到(1)、(2)、(3)、(4)、(5)诸因素，因此在选择变压器次级电压U2值时，应当去比理想情况下满足负载要求

5、的Ud所要求的U2稍大的值。U2的具体数值可根据此情况下直流回路的电压平衡方程求得。考虑到最严重的情况，回路的电压平衡方程为Ud；：UxmaxPmaxU nUUDmax nUT(2.1)式中右端1项AUxmax表示在直流侧电流最大*ma*时，变压器漏电抗压降平均值。在数值上式中m一每周期的换流次数。Lb变压器次级每相漏感。0一电源的角频率0=2nf通过变换，变压器的漏抗压降平均值：Uxmax可写成U x max(2.2)其中A=Ud0/U2由附表1-1选取。C一有附表1-1选取。巳一变压器次级的相电压。u%变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取u%=5,1001000千伏安的变压器

6、取u%=58。Idmax/Id一负载的过载倍数，即最大过载电流与额定电流之比，其数值由运行要求决2项Upmax表示除了电动机电枢电阻Rd外，包括平波电抗器电阻在内所有电阻Rp上的压降Pmax二 I dmax R P-Idmax PUdI D因此Pmax二Ud pdmaxd(2.3)式中p二密一对于电动机额定电流和电压的电阻Rp的标幺值p3项UDmax表示恒速系统在电动机最大过载IDmax时电机的端电压。包速电动机过载时的端电压UDmax应等于电动机额定电压Ud加上超载电流(IDmax-Id)在电动机电阻Rd上所产生的压降。如果品闸管装置仅对电动机供电，则品闸管装置的输出电流等于电动机的电枢电流

7、，所以最大电流时Idmax=lDmax；额定负载电流时h=。因此，电动机的端电压maxmaxDmax=Ud (iDmax - Id)R D=UD (I dmax - Id) DUd(2.4)因此，UDmax=Ud(1D(*/)IdI_R_式中TD=_D_D_电动机电枢电路总电阻RD的标幺值，对谷量为15150kW的电动机,Ud通常d=0.080.04。4项nUT表示主电路中电流经过n个串联品闸管的管压降之和。而平衡式(1)左端的Ud随着主电路的接线形式和负载性质的不同而不同。显然逐个按主电路的形式列写比较繁琐。这里给出考虑到电网电压波动后的通式Ud=刈2(g)(富)=U2AB(2.5)式中a=

8、U0表示当控制角0(=0°时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比。U2由附表1-1查到。B=Ug表示控制角a时和a=0°时整流电压平均值之比。由附表1-1查到。Udo右为电网电压波动系数。根据规定，允许波动+5%-10%,即8=1.050.9。将(2.2)、(2.3)、(2.1)以及(2.2)式代入式(2.1)可得UAB=ACU2u%"UddUd1口(-1)nUT100IdIdId所以Ud1(D-P)IdImax-d-nUTq=%n(2.6)A(；B-CUk%gIdmax)100Id该式即为变压器次级电压U2的精确表达式。在要求不太精确的情况下，变压器次级

9、电压U2可由简化式确定(2.7)U2=(1.21.5)也A式中的Ud为电动机的额定电压；系数(11.2)或(1.21.5)是考虑到各种因素影响后的安全系数。2.1.2 变压器参数设定和选择一、U2的选择：由设计要求可以知道，所要驱动的直流电动机的额定电压为220V,即可知道要使电动机工作在电动状态所需要的额定电压为220V,即Ud=220V。根据给定的直流电动机的参数Ra=0.5。可求得为和工的值为p=55=0.125。220且根据给定的直流电动参数，可得九=1.5。根据设计要求所采用的整流电路是三相全控桥整流电路，则根据相应的表格可以得到A=2.34,B=cos。,因为是不可逆设计，所以取口

10、=20°时，B=0.866,C=0.5。名的取值范围是1.050.9,本设计取名=1.05,取Uk%=5。将以上所得的参数带入到公式(2.6)得，U2220 1 (0.125 0.125) 1.5-0.125 2 12.34 (1.05 0.94-0.5亘1001.5)=125(V)根据公式(2.7)粗略算的U2=113(V)141(V)。因为125V是考虑到最严重的情况所算得的U2的值，而113V141V是考虑各种因素影响后的安全电压数。故本设计可以选择380V/220V,此电压可以在a为0°30°度范围内使整流电路输出的直流电压，使电动机达到额定工作状态。即U

11、2=127V。二、容量S的计算：根据三相全控桥变压器二次侧电流的有效值I2的计算公式I2=(I22二+()22二)”O.81612333计算得，I?=0.816x55=44.88(A)。由于变压器采用A/丫型连接，则380,3°-3o220111132=44.88=14.96(A)k3即可求得，S=3U1I1=338014.96=17KVAS2=3L22=312744.6817KVA即一1一一S(S1S2)=17KVA2综上所述，选择型号为SBK20KWSG20KVA,380Vl/220V的变压器。2.2 平波电抗器参数计算即选择在使用品闸管整流装置供电时，其供电电压和电流中，含有各

12、种谐波成份。当控制角a增大，负载电流减小到一定程度时，还会产生电流断续现象，造成对变流器特性的不利影响。当负载为直流电动机时，由于电流断续和直流电动机的脉动，会使晶闸管导通角日减小，整流器等效内阻增大，电动机的机械特性变软，换相条件恶化，并且增加电动机的损耗。因此，除在设计变流装置时要适当增大品闸管和二极管的容量，选择适于变流器供电的特殊系列的直流电动机外，通常还采用在直流电路内用接平波电抗器，以限制电流的脉动分量，维持电流连续。一、若要求变流器在某一最小输出电流Idmin时仍能维持电流连续，则电抗器的电感可按下式计算：U2。=凡-(mH)Idmin式中U2交流测电源相电压有效至(V)Idmi

13、n一要求连续的最小负载电流平均值(A)。kl一与整流主电路形式有关的计算系数，见附表2-1中的序号2。对于不同控制角a,所需的电感量Ll为ULl=Kl-sin：(mH)(2.8)Idmin本设计中的参数为：U2=133V,小由=(5%10%)Id=2.75A5.5A,Kl=0.693,临界值a=0°。将以上所述参数代入式(2.8)可计算出本设计所需的临界电感参数值，即：Ll= 0.6931272.75=32(mH)、整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感LT按下式计算:LTuk% U2二 kLT - (mH)1001d(2.9)式中U2变压器次级相电压有效值(V)。Id一晶闸管装

14、置直流侧的额定负载电流(平均值)(A)。Uk%变压器的短路比。100KVA以下的变压器取1%=5;1001000KVA的变压器取uk%=510;kTL一与整流主电路形式有关的系数，查附表2-1的序号3。本设计U2=127V,Id=55A,Uk%=5,kn=3.9。将以上所需参数代入式(2.9)中可计算出漏电感Lt的值，即5127=3.9一一二0.45(mH)10055综上所述，根据直流电动机的电枢电感为Lm=7mH,可得使输出电流连续的临界电Lla=Ll-Lm-Lt=24.55(mH)电抗器要选的值应比Lla大，故选30mH的电感作为平波电抗器2.3 整流电路2.3.1 整流器件的定额计算和选

15、择本设计采用品闸管三相全控桥整流电路，根据设计要求可得Idmax=Id=551.5=82.5(A)由此可以的出，,1,1“It=Idmax=782.5=47.63(A),3,3It(av)=(1.52)上=(1.52)473=4661(A)1.571.57经分析知，Um=',6u2=6127=311(V)则，UTN=(23)Um=(23)326=622933(V)综上所述，选定额为It(av)=50A,Utn=800V的晶闸管作为整流器件，可采用KP50系列的晶闸管，其It(av)=50A,通态平均电压上限值由各制造厂根据合格的形式试验给出。此设计电路需要六个晶闸管，三相桥式晶闸管主电

16、路图如图1所示。图1三相桥式晶闸管主电路图2.3.2晶闸管对电网的影响品闸管变流设备一般都是通过变压器与电网连接的，因此其工作频率为工频初级电压即为交流电网电压。经过变压器的耦合，晶闸管主电路可以得到一个合适的输入电压，是品闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分，减小电网污染。在变流电路所需的电压与电网电压相差不多时，有时会采用自耦变压器；当变流电路所需的电压与电网电压一致时，也可以不经变压器而直接与电网连接，不过要在输入端串联“进线电抗器”以减少对电网的污染。在分析整流电路工作原理时，我们曾经假设品闸管是理想的开关元件，导通时认为其

17、电阻为零，而关断时，认为其电阻无穷大。但事实上，品闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降。品闸管装置中的无功功率，会对公用电网带来不利影响：1）无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。2）无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加。3）使线路压降增大，冲击性无功功率负载还会使电压剧烈波动。品闸管装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，包括：1）谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。2）谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电

18、容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。3）谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述1）和2）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表不准确。5）谐波会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。由于公用电网中的谐波电压和谐波电流对用电设备和电网本身都会造成很大的危害，世界许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。制定这些标准和规定的基本原则是限制谐波源注入电网的谐波电流，把电网谐波电压控制在允许的范围内，使接在电网中的

19、电气设备能免受谐波干扰而正常工作。世界各国所指定的谐波标准大都比较接近。我国由技术监督局与1993年发布了国家标准(GB/T14549-93)电能质量公用电网谐波，并从1994年3月1日起开始实施。2.3.3系统功率因数讨论三相桥式全控整流电路接反电动势负载时，由于设计时接了平波电抗器，所以负载电感足以使电流连续，则电路的工作情况与感性负载时相似，即可以根据感性负载来讨论功率因数。设交流电抗为零，假设直流电感L为足够大，口=30°。此时，电流为正负半周各120o的方波，三相电流波形相同，且依次相差120°,其有效值与直流电流的关系为(2.10)同样可将电流波形分解为傅里叶级

20、数。以a相电流为例，将电流负、正两半波的中点作为时间零点，则有ia=：/2I1sint'、(-1)k,2Insinnt(2.11)n=6k1k=1,2,3L由式(2.11)可得电流基波和各次谐波有效值分别为I1£Id(2.12)n=6k-1,k=1,2,3L由此可得以下结论：电流中仅含6k±1(k为正整数)次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。由式(2.10)和式(2.12)可得基波因数为I13'=0.955I二电流基波与电压的相位差仍为«,故位移因数仍为1二cos1=cos功率因数即为I13-.1=cos1

21、=-cosq0.955cos=二0.897I二2.4触发电路设计2.4.1 TC787介绍一、管脚介绍用独有的先进IC工艺技术，并参照最新集成移相触发集成电路而设计的单片集成电路，它可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相品闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和交流装置，他们是目前国内市场上广泛流行的TCA785及KJ（或KC）系列移相触发集成电路的换代产品，与TCA785及KJ（或KC）系列集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点，而且装调简便、使用可靠，只需一个这样的集成电路，就可完成3只TCA785与1只KJ04

22、1、1只KJ042或5只KJ（3只KJ004,1只KJ041,1个KJ042）（或KC）系列器件组合才能具有的三相移相功能，因此，TC787可广泛应用于三相半控、三相全控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代TCA785,KJ004,KJ009,KJ041,KJ042等同类电路，为提高整机寿命，缩小体积，降低成本提供了一种新的、更加有效的途径。其管脚图如图2所示。Vc工Vt EZZ 虫 3 : vTm Pi H PcESn -B工 C EE 一AbTC787耳询立1%lECaTTICcUlCbTT|AILhCme图2TC787管脚图各引脚的名称、功能及用法如下：(1)同步

23、电压输入端：引脚1(Vc)、引脚2(Vb)及引脚18(Va)为三相同步输入电压连接端。应用中，分别接经输入滤波后的同步电压，同步电压的峰值应不超过TC787/TC788的工作电源电压VDDo(2)脉冲输出端：在半控单脉冲工作模式下，引脚8(C)、引脚10(B)、引脚12(A)分别为与三相同步电压正半周对应的同相触发脉冲输出端，而引脚7(-B)、引脚9(-A)、引脚11(-C)分别为与三相同步电压负半周对应的反相触发脉冲输出端。当TC787或TC788被设置为全控双窄脉冲工作方式时，引脚8为与三相同步电压中C相正半周及B相负半周对应的两个脉冲输出端；引脚12为与三相同步电压中A相正半周及C相负半

24、周对应的两个脉冲输出端；引脚11为与三相同步电压中C相负半周及B相正半周对应的两个脉冲输出端；引脚9为与三相同步电压中A相同步电压负半周及C相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚7为与三相同步电压中B相电压负半周及A相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚10为与三相同步电压中B相正半周及A相负半周对应的两个脉冲输出端。应用中，均接脉冲功率放大环节的输入或脉冲变压器所驱动开关管的控制极。(3)控制端引脚4(Vr):移相控制电压输入端。该端输入电压的高低，直接决定着TC787/TC788输出脉冲的移相范围，应用中接给定环节输出，其电压幅值最大为TC787/TC788的工作电源电压VDD。 引脚5(

25、Pi):输出脉冲禁止端。该端用来进行故障状态下封锁TC787/TC788的输出，高电平有效，应用中，接保护电路的输出。引脚6(Pc):TC787/TC788工作方式设置端。当该端接高电平时，TC787/TC788输出双脉冲列；而当该端接低电平时，输出单脉冲列。 引脚13(Cx):该端连接的电容Cx的容量决定着TC787或TC788输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽。 引脚14(Cb)、引脚15(Cc)、引脚16(Ca):对应三相同步电压的锯齿波电容连接端。该端连接的电容值大小决定了移相锯齿波的斜率和幅值，应用中分别通过一个相同容量的电容接地。(4)电源端TC787/TC788可单电

26、源工作，亦可双电源工作。单电源工作时引脚3(VSS)接地，而引脚17（VDD）允许施加的电压为818V。双电源工作时，引脚3（VSS）接负电源，具允许施加的电压幅值为-4-9V,引脚17（VDD）接正电源，允许施加的电压为+4+9V。二、内部结构及工作原理简介TC787/TC788在它们的内部集成有三个过零和极性检测单元、三个锯齿波形成单元、三个比较器、一个脉冲发生器、一个抗干扰锁定电路、一个脉冲形成电路、一个脉冲分配及驱动电路。它们的工作原理可简述为：经滤波后的三相同步电压通过过零和极性检测单元检测出零点和极性后，作为内部三个恒流源的控制信号。三个恒流源输出的恒值电流给三个等值电容Ca、Cb

27、、Cc恒流充电，形成良好的等斜率锯齿波。锯齿波形成单元输出的锯齿波与移相控制电压Vr比较后取得交相点，该交相点经集成电路内部的抗干扰锁定电路锁定，保证交相唯一而稳定，使交相点以后的锯齿波或移相电压的波动不影响输出。该交相信号与脉冲发生器输出的脉冲（对TC787为调制脉冲，对TC788为方波）信号经脉冲形成电路处理后变为与三相输入同步信号相位对应且与移相电压大小适应的脉冲信号送到脉冲分配及驱动电路。假设系统未发生过电流、过电压或其它非正常情况，则引脚5禁止端的信号无效，此时脉冲分配电路根据用户在引脚6设定的状态完成双脉冲（引1却6为高电平）或单脉冲（引脚6为低电平）的分配功能，并经输出驱动电路功

28、率放大后输出，一旦系统发生过电流、过电压或其它非正常情况，则引脚5禁止信号有效，脉冲分配和驱动电路内部的逻辑电路动作，封锁脉冲输出，确保集成电路的6个引脚12、11、10、9、8、7输出全为低电平。2.4.2触发电路的设计一、主要设计特点（1） TC787适用于主功率器件是晶闸管的三相全控桥或其他拓扑结构电路的系统中作为晶闸管的移相触发电路。而TC788适用于以功率晶体管（GTR）或绝缘栅双极晶体管（IGBT）为功率单元的三相全桥或其他拓扑结构电路的系统中作为脉宽调制波产生电路，且任一种芯片均可同时产生六路相序互差60o的输出脉冲。（2） TC787/TC788在单、双电源下均可工作，使其适用

29、电源的范围较广泛，它们输出三相触发脉冲的触发控制角可在0180。范围内连续同步改变。它们对零点的识别非常可靠，使它们可方便地用作过零开关，同时器件内部设计有移相控制电压与同步锯齿波电压交点（交相）的锁定电路，抗干扰能力极强。电路自身具有输出禁止端，使用户可在过电流、过电压时进行保护，保证系统安全。（3） TC787/TC788分别具有A型和B型器件，使用户可方便地根据自己应用系统所需要的工作频率来选择(工频时选A型器件，中频100400Hz时选B型器件)。同时，TC787输出为脉冲列，适用于触发晶闸管及感性负载；TC788输出为方波，适用于驱动晶体管。因两种集成电路引脚完全相同，故增加了用户控

30、制用印制电路板的通用性，使同一印制电路板只需要互换集成电路便可用于控制品闸管或晶体管。（4） TC787/TC788可方便地通过改变引脚6的电平高低，来设置其输出为双脉冲列还是单。二、具体设计电路图由TC787构成的三相六脉冲触发电路如图3所示。380V三相交流电经过同步变压器变压为30V的同步信号al,bl,cl后，经过电位器RP1,RP2,RP3及RCT型网络滤波接入到TC787的同步电压输入端，通过调节RP1,RP2,RP3可微调各相电压的相位，以保证同步信号与主电路的匹配。Ca,Cb,Cc为积分电容，TC787芯片的锯齿波的线性、幅度由Ca、Cb、Cc电容决定，因此，为了保证锯齿波有良

31、好的线性及三相锯齿波斜率的一致性，选择Ca、Cb、Cc时要求其3个电容值的相对误差要非常小，以产生的锯齿波线性好、幅度大且不平顶为宜。Ca、Cb、Cc为电容量的参考值为0.15NF。连接在13脚的电容Cx决定输出脉冲的宽度，Cx越大，脉冲越宽，可得到0度-80度范围的方波，不过脉冲太宽会增大驱动级的损耗。Cx参考值为3300NF0.1NF。调节RP可以使输入4脚的电压012V之间连续变化，从而使输出脉冲在0180度之间变化，712脚的输出端有大于25mA的输出能力，采用6只驱动管扩展电流，经脉冲变压器隔离后将脉冲接到晶闸管的控制极(g)和阴极(k)之间，以触发晶闸管。其中，RP1RP3:10k

32、;R1、R2、R3:200k;C1、C2、C3:10NF;C4、C5、C6:1吓；R:20k图3由TC787构成的三相六脉冲触发电路+24V2.5晶闸管保护电路设计2.5.1 晶闸管过电压保护电路设计正常工作时，品闸管承受的最大峰值电压为Um,超过此峰值电压的就算过电压。在整流装置中，任何偶然出现的过电压均不应超过元件的不重复峰值电压Udsm,而任何周期性出现的过电压则应小于元件的重复峰值电压Ursm。这两种过电压都是经常发生和不可避免的。因此，在变流过程中，必须采用各种有效保护措施，以抑制各种暂态过电压，保护品闸管元件不受损坏。抑制暂态过电压的方法一般有三种：用电阻消耗过电压的能量；用非线性

33、元件限制过电压的幅值；用储能元件吸收过电压的能量。若以过电压保护装设的部位来分，有交流保护，直流保护，直流侧保护和元器件保护3种。一、交流侧过电压保护交流侧过电压一般都是外因过电压，在抑制外因过电压的措施中，采用RC过电压抑制电路是最为常见的。通常是在变压器次级（元件侧）并联RC电路，以吸收变压器铁心的磁场释放的能量，并把它转化为电容器的电场能而储存起来。串联电阻是为了在能量转换过程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能产生的振荡。当整流器容量较大时，RC电路也可以接在变压器的电源侧。其电路图如图4所示。图4阻容过电压保护电路(一)、RC参数的计算公式为S-.Ca6io%T(F)U2电容Ca

34、的耐压电阻Ra的功率为2Pr(34)ICR(W)a(2.13)IC=2二fCaUc10"(A)CaCa式中Stm一变压器每相平均计算容量(VA)。U2变压器二次相电压有效值(V)。i。一励磁电流百分数当StmW几百伏安时io%=10当Stm知000伏安时io%=35。Uk%变压器的短路比，当变压器容量为101000KVA时，1%=510Ic,Uc一当Ra正常工作时电流电压的有效值(A,V)。a(二卜RC参数计算变压器每相平均计算容量为_133STM20103=6.67103(VA)3(1)电容器的计算3Ca-68L"5(坨取Ca=202F。a电容器Ca的耐压值为UCa1.5

35、2220=446.7(V)取500V 。故选择参数为20NF, 500V 的电容。(2)电阻值计算12725Ra-2.33:=2.93。)10103二8考虑到所取电容Ca已大于计算值，故电阻Ra可适当取小些。取Ra=2C。正常工作时，RC支路始终有交流电流过，过电压总是短暂的，所以可按长期发热来确定电阻的功率。RC支路电流Ic可由式(2.13)确定，即Ic=2二5020.312710"=1.38(A)电阻Ra的功率为PR-(34)1.3822=(1115)(W)a故选用2c,50W的电阻。二、直流侧的过电压保护也可以采用阻容电路进行保护，其计算参数同交流侧过电压保护三、晶闸管换相过电

36、压的保护由于晶闸管在实际应用中一般只承受换相过电压，没有关断过电压问题，关断时也没有较大的du/dt,所以晶闸管的缓冲电路就简化为了品闸管的换相过电压保护，即采用RC吸收电路即可。其电路图如图5所示。廿图5晶闸管换相过电压保护电路图电容C的选择为C=(24)1TAV10，=(24)5010'=(0.10.2)(F)取C=0.2NF,电阻一般取40c。2.5.2 晶闸管过电流保护电路设计变流装置发生过电流的原因归纳起来有如下几个方面：(1)外部短路：如直流输出端发生短路。(2)内部短路：如整流桥主臂中某一元件被击穿而发生的短路。(3)可逆系统中产生换流失败和环流过大。(4)生产机械发生过

37、载或堵转等。品闸管元件承受过电流的能力也很低，若过电流数值较大而切断电路的时间又稍长，则品闸管元件因热容量小就会产生热击穿而损坏。因此必须设置过流保护，其目的在于一旦变流电路出现过电流，就把它限制在元件允许的范围内，在晶闸管被损坏前就迅速切断过电流，并断开桥臂中的故障元件，以保护其它元件。晶闸管变流装置可能采用的过流保护措施有：交流断路器；进线电抗器；灵敏过电流继电器；断路器；电流反馈控制电路；直流快速开关；快速熔断器。可按实际需要选择其中一种或数种。本设计采用的晶闸管过电流保护措施是快速熔断器保护方法，其参数的选择为：因工作时电压为380V,取Urn=500Vo流过快速熔断器的电流的有效值I

38、R为131-355 31.75(A)快速熔断器的额定电流为Irn=kikalR=1.51.231.75=57.15(A)选取Irn=80A。2.5.3 电流上升率、电压上升率的限制一、电流上升率di/dt的限制品闸管在导通的初瞬，电流主要集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后随着时间的增长才逐渐扩大到整个阴极面。此过程需几微秒到几十微秒。若导通时电流上升率d/dt太大，会引起门极附近过热，导致PN结击穿使元件损坏。因此必须把di/dt限制在最大允许范围内。产生di/dt过大的可能原因有：在晶闸管换相过程中相当于交流侧线电压短路，因交流侧阻容保护的电容放电造成di/dt过大；

39、晶闸管换相时因直流侧整流电压突然增高，对阻容保护电容进行充电造成di/dt过大。通常，限制di/dt的措施主要有：1、在晶闸管阳极回路用入电感Lk。2、采用整流式阻容吸收装置。本设计采用的是第一种方法。Lk的计算公式为：Lk=*(H)(2.14)2包dt式中Um一交流电压U的峰值(V)di/dt一晶闸管通态电流临界上升率。此设计的Um=U2=V6'127=311(V),根据所选晶闸管的型号，可以根据相应的工程手册查到晶闸管通态电流临界上升率di/dt=30(A/Ns),将以上参数代入式(2.14),得.311LK=O_5.255.2(-H)230取Lk稍微大一些，即取L-10NH。二、

40、电压上升率du/dt的限制处于阻断状态下晶闸管的J2结面相当于一个结电容，当加到品闸管上的正向电压上升率du/dt过大时，会使流过J2结面的充电电流过大，起了触发电流的作用，造成晶闸管误导通。从而引起较大稍微浪涌电流，损坏快速熔断器或晶闸管。因此对du/dt也必须予以限制，使之小于晶闸管的断态电压临界上升率。产生du/dt过大的原因及其限制措施如下：1、交流侧产生的dudt对于带有整流变压器和交流侧阻容保护的交流装置，因变压器漏电感Lt和交流侧RC吸收电路组成了滤波环节，使由交流电网入侵的前沿陡、幅值大的过电压有较大衰减，并使作用于晶闸管的正向电压上升率du/dt大为减小。在无整流变压器供电的

41、情况下，则应在电源输入端串联在数值上相当于变压器漏感的进线电感Lti,以抑制du/dt,同时还可以起到限制短路电流的作用。进线电感Lti近似按下式计算LT1=U2uk%-U2uk%WI22二fl2式中U2,I2交流侧的相电压和相电流。f电源频率。uk%一与晶闸管装置容量相等的整流变压器的短路比。本设计的Lt1参数值为127 545(mH)2二 50 44.882、品闸管换相时的dudt由于晶闸管du/dt比较小，所以此处可以忽略不考虑3总结电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力通信、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等加用电气及其他领域中也有着广泛的应用。以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1KW以下,甚至几十W以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。这已成为一个重要的发展趋势。电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程，且具