单相全控桥式整流电路的设计

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章绪论2第2章方案的选择与整流器主电路设计32.1方案的选择.3\o"CurrentDocument"2.2整流器主电路设计.6\o"CurrentDocument"第3章电路参数计算和元件选取8二次侧相电压U27.8二次侧相电流12、一次侧相电流I1123.3变压器的容量123.4参数计算123.5晶闸管的选择15第4章单相桥式整流电路的性能指标分析16整流输出电压的平均值184.2纹波系数.19第5章品闸管触发电路设计205.1晶闸管触发电路应满足的要求215.2晶闸管触发电路的选择23\o"CurrentDocument"5.3触发电路及工作原理115.3.1控制角a115.3.2同步脉冲形成电路145.4驱动电路.145.5软件设计14\o"CurrentDocument"第6章保护电路的设计14第7章实验与仿真.147.1仿真模型14仿真结果.14\o"CurrentDocument"第8章设计总结与体会15第9章参考文献30附录A：电路原理图附录B：原器件清单附录C：程序清单第1章绪论1.1什么是整流电路整流电路（rectifyingcircuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和品闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。可以从各种角度对整流电路进行分类，主要的分类方法有：按组成的期间可分为不可控，半控，全控三种；按电路的结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次侧电流的方向是单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路.1.2整流电路的发展与应用电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性的作用，因此不管是整流器还是电力电子技术的发展都是以电力电子器件的发展为纲的，1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一次革命；1957年美国通用公司研制了第一个品闸管，标志着电力电子技术的诞生；70年代后期，以门极可关断品闸管（GTO）、电力双极型品体管（BJT）和电力场效应晶体管（power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘极双极型品体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。另外，采用全控型器件的电路的主要控制方式为PWM脉宽调制式，后来，又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）,随着全控型电力电子器件的发展，电力电电路的工作频率也不断提高。同时。电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术便应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）把电力电子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。1.3本设计的简介随着科学技术的日益发展，人们对电路的要求也越来越高，由于在生产实际中需要大小可调的直流电源，而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛应用。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角a的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发三相品闸管全控整流电路又有利于夯实基础，故我们单结品体管触发的单相品闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。第2章方案的选择与整流器主电路的设计2.1方案的选择单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量，使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过品闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。2.1.1元器件的选择（1）品闸管的介绍：晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（SiliconControlledRectifier--SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代；20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。品闸管往往专指品闸管的一种基本类型--普通品闸管。广义上讲，品闸管还包括其许多类型的派生器件（2）品闸管的结构品闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。外行：螺栓型和平板型两种封装引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型封装的品闸管可由两个散热器将其夹在中间。内部结构:四层三个结如图2.1.1

图2.1.1晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形a）晶闸管外形b）内部结构c）电气图形符号d）模块外形（3）晶闸管的工作原理图晶闸管由四层半导体（P1＞州、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）＞J2乙（N1P2）＞J3（P2N2），并分别从P1＞P2、N2引入A、G、K三个电极，如图1.2（左）所示。由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图2.1.1.2（右）所示的两个晶闸管T图2.1.1晶闸管的外形、内部结构、电气图形符号和模块外形a）晶闸管外形b）内部结构c）电气图形符号d）模块外形111-2122=&图2.1.1.2晶闸管的内部结构和等效电路=&晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流I6的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。2.1.2整流电路我们知道，单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：方案一：单相桥式半控整流电路

电路简图如2.1.2a：对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少于一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！如果不加续流二极管，当a突然增大至180°或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个品闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期为ud为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。所以必须加续流二极管，以免发生失控现象。方案二：单相桥式全控整流电路电路简图如2.1.2b：存制，无须用续流二极管,，M存制，无须用续流二极管,，M平稳应用广泛。变压器二次绕组中，正负两图2.1.2c单相半波可控整流电路控整流电路J图*.1.2b单相桥式此电路对每个导电回路进行控'一一负载形式多样，整流效果好，波个半周电流方向相反且波形对称，■平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。控整流电路方案三：单相半波可控整流电路：电路简图如2.1.2c：

此电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VT的a移相范围为180。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。方案四：单相全波可控整流电路：电路简图如2.1.2d：物1.2d单相全波可控整流带中心抽头的？结构比此电路变压比^全控杂，只要用2个可控器件，单相此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少2个，但是品闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大（电阻性负载时），，且整流变压器二次绕组中存在直流分量，使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等物1.2d单相全波可控整流带中心抽头的？结构比此电路变压比^全控杂，只要用2个可控器件，单相此少了一个管压降，相应地，门根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。综上所述，针对他们的优缺点，我们采用方案二，即单相桥式全控整流电路。2.2整流器主电路设计2.2.1系统原理方框图:系统原理方框图如2.2.1所示:

图2.2系统原理方框图整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，在此设计中采用单相桥式全控整流电路接电阻性负载。2.2.2主电路设计主电路原理图如2.2.2a所示图2.2.2a主电路原理图主电路工作波形如图2.2.2b所示电路如图2.2.2a和图2.2.2b所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。(1)工作原理在电源电压u正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，若在皿=a时触发，2VT1、VT2导通，电流经VT1、负载、VT2和T二次侧形成回路，但由于大电感的存在，u2过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2继续导通，直到VT3、VT4被触发导通时，VT1、VT2承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。在电源电压u负半周期间，品闸管VT3、VT4承受正向电压，在皿=K+a时2触发，VT3、VT4导通，VT1、VT2受反相电压截止，负载电流从VT1、VT2中换流至VT3、VT4中在wt=2兀时，电压u2过零，VT3、VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1、VT2导通时，VT3、VT4因加反向电压才截止。值得注意的是，只有当以^兀,；时，负载电流id才连续，当以＞件2时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围第3章电路参数计算和元件选取3.1整流电路参数计算1）整流输出电压的平均值可按下式计算U广-Pr+%/2U2sin®tdCot）=22u2cosa=0.9U2cosa（3.1.1）当a=0时，Ud取得最大值100V即U广0.9U当a=0时，Ud取得最大值100V即U广0.9U2=100V从而得出U=111V，a=90o时，U广0。a角的移相范围为90o。2）整流输出电压的有效值为U=-j-+a（,2U2Sinot）d（ot）=U2=111V3）整流电流的平均值和有效值分别为（3.1.2）UU—d=0.9—cosaRdRd（3.1.3）I=U=URR（3.1.4）4）在一个周期内每组品闸管各导通180°，两组轮流导通，变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值七和有效值I相等，其波形系数为1。流过每个品闸管的电流平均值和有效值分别为：I=气I=-I=11（3.1.5）dT2-d2-d2d1了=京』\2-Id=12Id（3.1.6）5）品闸管在导通时管压降Ut=0,故其波形为与横轴重合的直线段；VT1和VT2加正向电压但触发脉冲没到时，VT3、VT4已导通，把整个电压u2加到VT1或VT2上，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于＜2U2；VT1和VT2反向截止时漏电流为零，只要另一组品闸管导通，也就把整个电压U2加到VT1或VT2上，故两个品闸管承受的最大反向电压也为、克"2。3.2元器件选取由于单相桥式全控整流带电感性负载主电路主要元件是品闸管，所以选取元件时主要考虑品闸管的参数及其选取原则。.品闸管的主要参数如下：额定电压UTn通常取UDRM和UR即中较小的，再取靠近标准的电压等级作为品闸管型的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2〜3倍，以保证电路的工作安全。品闸管的额定电压U^=^minUdrm,Urrm)qN(2〜3)、(3.2.1)utm:工作电路中加在管子上的最大瞬时电压额定电流IT(AV)It(av)又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40°和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170°的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按品闸管标准电流取相近的电流等级即为品闸管的额定电流。要注意的是若品闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将非常大，可能会超过管子所能提供的极限，使管子由于过热而损坏。在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效值七忍ITn，散热冷却符合规定，则品闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。ITn:额定电流有效值，根据管子的孔的换算出，IT(AV)、ITMITn三者之间的关系：I=：1/2兀j"Imsin①t)2d(①t)=^-m(3.2.2)Tn\0兀

（3.2.3）I=1/2兀尸Imsin3td（①t）=^m（3.2.3）T（AV）0<2波形系数：有直流分量的电流波形，其有效值、与平均值七之比称为该波形的波形系数，用K表示。f（3.2.4）k=yfiTd（3.2.4）额定状态下，品闸管的电流波形系数Kf=1.11（3.2.5）U广1jg克U2sin®tdCKf=1.11（3.2.5）U广1jg克U2sin®tdCot）U2cosa=0.9Ucosa（3.2.6）当a=0时，Ud取得最大值100V即匕=0.9U2=100V从而得出U2=111V，a=900时，品闸管承受最大电压为Um=^2U广槌x111V=157V考虑到2倍裕量，取400V.品闸管的选择原则：I、所选品闸管电流有效值ITn大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值。II、选择时考虑(1.5〜2)倍的安全余量。即、=0.707It(av)=(1.5〜ITMI>(1.5〜2)£(3.2.7)T(AV).1.11■■因为0=土，则品闸管的额定电流为It或)=10A(输出电流的有效值为最小值，所以该额定电流也为最小值)考虑到2倍裕量，取20A.即品闸管的额定电流至少应大于20A.在本次设计中我选用4个KP20-4的品闸管.III、若散热条件不符合规定要求时，则元件的额定电流应降低使用。通态平均管压降UT（AV）。指在规定的工作温度条件下，使品闸管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.4〜1.2V。维持电流Ih。指在常温门极开路时，品闸管从较大的通态电流降到刚好能保持通态所需要的最小通态电流。一般Ih值从几十到几百毫安，由品闸管电流容量大小而定。门极触发电流Ig。在常温下，阳极电压为6V时，使品闸管能完全导通所需的门极电流，一般为毫安级。断态电压临界上升率du/dt。在额定结温和门极开路的情况下，不会导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几十伏。通态电流临界上升率di/dt。在规定条件下，品闸管能承受的最大通态电流上升率。若品闸管导通时电流上升太快，则会在品闸管刚开通时，有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏品闸管。2）、变压器的选取根据参数计算可知:变压器应选变比为2,容量至少为24.2V-A。3.3性能指标分析：整流电路的性能常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的用整流输出电压的平均值表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。1）整流输出电压平均值Ud=1fK+%',r2U2sin®td（&t）=2^2U2cosa=0.9U2cosa（3.2.8）2）纹波系数纹波系数Kr用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即K=L=3厂U,2rUdUd第4章驱动电路的设计对于使用品闸管的电路，在品闸管阳极加正向电压后，还必须在门极与阴极之间加触发电压，使品闸管在需要导通的时刻可靠导通。驱动电路亦称触发电路。根据控制要求决定品闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证品闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。4.1对触发电路的要求品闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：1）、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。2）、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。3）、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。4）、触发脉冲必须与品闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。图4.1.1强触发电流波形4.2晶闸管触发电路类型4.2.1单结晶体管触发电路

1）特点：由单结品体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的品闸管装置中得到了广泛应用。利用单结品体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。2）组成：由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成如图4.2.1a所示：图4.2.1单结晶体管触发电路及波形图4.2.1单结晶体管触发电路及波形3）工作原理：经D1~D4整流后的直流电源Uw，一路经R2、R1加在单结品体管两个基极b1、b2之间；另一路通过Re对电容C充电、通过单结品体管放电。控制BT的导通、截止；在电容上形成锯齿波振荡电压，在R1上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲ug；如图4.2.1（b）所示，其振荡频率为：(4.1)1(4.1)1

RCln(匚〒)上式中门=0.3~0.9是单结品体管的分压比，即调节Re，可调节振荡频率。4）同步电源：同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。同步电压经桥式整流、稳压管Dw削波为梯形波Udw，而削波后的最大值Uw既是同步信号，又是触发电路电源。当Udw过零时，电容C经e-b1、R1迅速放电到零电压。这就是说，每半周开始，电容C都从零开始充电。进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻（即控制角a）一致，实现了同步。5）移相控制：当％增大时，单结品体管发射极充电到峰点电压up的时间增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即控制角a增大，实现了移相。锯齿波形成电路由T「T2、TOC\o"1-5"\h\zT和C等元件组成，其中T、D、R和R为一恒流源电路。T截止时，恒32lWW232流源电流I对电容C充电，所以C两端电压u为：u=—jIdt=L1c22ccC1cC图4.2.3同步信号为锯齿波的触发电路当T导通时，由于R阻值很小，所以C迅速放电，使u电位迅速降压。242b3当T周期性地导通和关断时，u便形成一锯齿波，同样u也是一个锯齿波2b3e3电压，射极跟随器T3的作用是减小控制回路的电流对锯齿波电压的影响。调

节电位器rw2，即改变C2的恒定充电电流I1C，可调节锯齿波斜率。同步移相环节初始位，T基极电位由锯齿波电压u、控制电压u、直流偏移电压u三4hcop者共同决定。如果u=0，u为负值时，u点的波形由u+u确定。copb4hp当u为正值时，u点的波形由u+u+u确定。u电压等于0.7V后，Tcob4hpcob44导通，T4经过M点时使电路输出脉冲。之后一直被钳位在0.7V。M点是T4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。因此当u为某固定值时，改变u便可改变M点的时间坐标，即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。可见，加七的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。4.2.2KC04集成移相触发器KC04集成移相触发器可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路。相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路。图4.2.4TOC\o"1-5"\h\z同步电路由晶体管T〜T等元件组成。正弦波同步电压u经限流电阻加到l4TT、T基极。在u正半周，T截止，T导通，D导通，T得不到足够的基极电l2T2l14压而截止。在u的负半周，T截止，T、T导通，D导通，T同样得不到足

Tl2324够的基极电压而截止。在上述u的正、负半周内，当|u|<0.7V时，T、T、TTsl23均截止，D1、D2也截止，于是T4从电源+15V经R3、R4获得足够的基极电流而饱和导通，均截止，D1、而饱和导通，图4.2.5KC04组成的移相式触发电路及各点电压波形图(1)主电路主电路为图3.2.2同步触发电路，且移相范围要求180°.因为锯齿波底宽为240°，考虑到两端的非线性，故取30°〜210°作为0°〜180°的移相区间。以A相品闸管Tl为例时，触发电路产生的触发脉冲应对准相电压自然换流点，即对准相电压为30°时刻。这说明，锯齿波的起点正好是相电压的上升过零点，即控制锯齿波电路的同步电压应与品闸管阳极电压相位上相差180°。3.3触发电路工作原理为保证触发电路和主电路频率一致，利用一个同步变压器，将其一次侧接入为主电路供电的电网，由其二次侧提供同步电压信号，这样，由同步电压决定的触发脉冲频率与主电路品闸管频率始终是一致的。触发电路的定相由多方面的因素确定，主要包括相控电路的主电路结构、触发电路结构等。只有根据各品闸管供电电压的相位正确决定各触发电路同步电压Uts的相位，才能保证各品闸管有相同的控制角a，相同的输出电压波形。正确选择同步电压相位，叫做品闸管电路的同步或定相，它是变流装置设计、安装、调整、维护中的重要问题。锯齿波同步触发电路的同步电压Uts和品闸管的供电电压之间的相位关系分析如下：品闸管的供电电压如图3.4.1所示，据单相电路要求移相范围00〜1800，即要求触发电路在正半波范围内发出脉冲。因此，正半波范围内应存在锯齿波的上升段，锯齿波的宽度为2400，见图3.4.2所示。图4.2.6晶闸管的供电电压第5章保护电路的设计相对于电机和继电器，接触器等控制器而言，电力电子器件承受过电流和过电压的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。但又不能完全根据装置运行时可能出现的暂时过电流和过电压的数值来确定器件参数，必须充分发挥器件应有的过载能力。因此，保护就成为提高电力电子装置运行可靠性必不可少的重要环节。5.1主电路的过电压保护所谓过压保护，即指流过品闸管两端的电压值超过品闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压，其电路图见图5.1.1图5.1.1过压保护电路产生过电压的原因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器，以保护变压器本身的安全；而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过电压，一般发生在交流侧、直流侧和器件上，因而，下面介绍单相桥式全控整流主电路的电压保护方法。5.1.1交流侧过电压保护过电压产生过程：电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切断，铁芯中的磁通在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时电压。保护方法：阻容保护5.1.2直流侧过电压保护过电压产生过程：当某一桥臂的品闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器熔断时，由于直流住电路电感中储存能量的释放，会在电路的输出端产生过电压。保护方法：阻容保护图5.1.2主电路的过电压保护5.2晶闸管的保护电路5.2.1晶闸管过电压保护过电流保护第一种是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。第二种是在适当的地方安装保护器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。我们这次的课程设计采用的是第二种保护电路。（1）品闸管变流装置的过电流保护品闸管变流装置运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流，过电流分过载和短路两种情况，由于品闸管的热容量较小，以及从管心到散热器的传导途径中要遭受到一系列热阻，所以一旦过电流，结温上升很快，特别在瞬时短路电流通过时，内部热量来不及传导，结温上升更快，品闸管承受过载或短路电流的能力主要受结温的限制。可用作过电流保护电路的主要有快速熔断器，直流快速熔断器和过电流继电器等。在此我们采用快速熔断器措施来进行过电流保护。采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。在选择快熔时应考虑：1）电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。2）电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。快熔一般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。3）快熔的121值应小于被保护器件的允许121值、4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。因为品闸管的额定电流为10A,快速熔断器的熔断电流大于1.5倍的品闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为15A。（2）品闸管变流装置的过电压保护电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，过电压保护有避雷器保护，利用非线性过电压保护元件保护，利用储能元件保护，利用引入电压检测的电子保护电路作过电压保护。在此我们采用储能元件保护即阻容保护。整流桥整流桥31图5.2.1b晶闸管的过电压保护单相阻容保护的计算公式如下:（5.1）（5.2）。2"SU2-2八…U2U%R>2.3―■—k—s“0%（5.1）（5.2）S:变压器每相平均计算容量（VA）u2:变压器副边相电压有效值（V）i0%:变压器激磁电流百分值U.%：变压器的短路电压百分值。当变压器的容量在（10——1000）KVA里面取值时i0%=（4——10）在里面取值，U久%=（5――10）里面取值。电容C的单位为pF,电阻的单位为欧姆电容C的交流耐压N1.5UeU:正常工作时阻容两端交流电压有效值。根据公式算得电容值为4.8pF,交流耐压为165V，电阻值为12.86。,在设计中我们取电容为5pF,电阻值为13。。

5.2.2电流上升率di/dt的抑制品闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密很大，然后以0.1mm/Ms的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若品闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制品闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在品闸管的阳极回路串联入电感。如5.2.2图所示：图5.2.2串联电感抑制回路5.2.3电压上升率du/dt的抑制加在品闸管上的正向电压上升率du/dt也应有所限制，如果du/dt过大由于品闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使品闸管正向阻断能力下降，严重时引起品闸管误导通。为抑制du/dt的作用，可以在品闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图5.2.3所示:图5.2.3并联R-C阻容吸收回路第6章系统原理电路图及调试6.1系统原理电路图图6.1系统原理电路图6.2系统的调试6.2.1触发电路的调试（1）将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V,用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1的电源开关，用双踪示波器观察“Tca785锯齿波移相触发电路”各观察孔的波形。（2）锯齿波移相触发电路的调试：锯齿波斜率由电位器RP1调节，RP2电位器调节品闸管的触发角，将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压七相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，RP2电位器顺时针转到底，a=1700。5.2.2单相桥式全控整流电路的调试按原理图6.1接线，主电路接电阻R和电感L,将电阻器调到最大阻值位置，按下“启动”按钮，用示波器观察负载电压气和品闸管两端电压uvt的波形，调节锯齿波