三相桥式全控整流电路课程设计

1章课程设计目的与要求课程设计目的深化和提高。因此，通过电力电子计术的课程设计到达以下几个目的：；电路设计的根本方法。培育独立思考、独立收集资料、独立设计的力气；培育分析、总结及撰写技术报告的力气。课程设计的预备学问生疏电力电子技术课程、电机学课程的相关学问。课程设计要求1、单相桥式相控整流的设计要求为：负载为感性负载,L=700mH,R=500欧姆.2、技术要求:100V/50Hz、输出功率：500W、移相范围0º~90º按课程设计指导书供给的课题，依据根本要求及参数独立完成设计。2章课程设计方案的选择整流电路单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它电阻-电感性负载和反电动势负载时的工作状况。〔电阻-电感性负载〕电路简图如下：iiuiiuuu(a)

LR2.1此电路对每个导电回路进展把握，与单相桥式半控整流电路相比，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用即直流重量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。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。2载下流过晶闸管的平均电流减小一半，且功率因数提高了一半。依据以上的分析，我选择的方案为单相全控桥式整流电路〔负载为电阻-电感性负载。元器件的选择晶闸管晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流〔SiliconControlledRectifier--SC，开拓了电力电子技术快速进展和广泛应用的崭时代;20802/17一般晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其很多类型的派生器件。1〕晶闸管的构造AK〔或称栅极〕G内部构造:2.22〕晶闸管的工作原理图〔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〕组成的等效电路。1 1 1-2 1 2 2图2.2晶闸管的外形、内部构造、电气图形符号和模块外形a)晶闸管外形b)内部构造c)电气图形符号d)模块外形2.3晶闸管的内部构造和等效电路3/173〕晶闸管的门极触发条件：晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的状况下晶闸管才能导通；：晶闸管一旦导通门极就失去把握作用；：要使晶闸管关断，只能使其电流小到零一下。Ｇ被称为半控型器件。只有门极触发是最准确、快速而牢靠的把握手段。可关断晶闸管可关断晶闸管简称GTO1〕 可关断晶闸管的工作原理图1.3 GTO的构造、等效电路和图形符号GTO管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关GTOSCR〔即抽出饱和导通时储存的大量载流子，猛烈正反响使器件退出饱和而关断。晶闸管具有驱动简洁3章主电路的设计4/17系统总设计框图系统原理方框图如3.1所示：保护电路单相电源输出 驱动电路 整流电路 负载电路图3.1系统原理方框图系统主体电路原理及说明iVT VTT i2Lu u udRVT VT(a)3.2〔a〕工作波形〔b〕假设LR，工作于稳定状态，负载电流连续，近似为一平直的直线。(1)在电源电压u 正半周期间，VT1、VT2承受正向电压，假设在t时触发，2VT1、VT2VT1、负载、VT2T存在，u 过零变负时，电感上的感应电动势使VT1、VT2连续导通，直到VT3、2VT4VT2局部。5/17在电源电压u 负半周期间，晶闸管VT3、VT4承受正向电压，在t时2至VT3、VT4中在t2时，电压u 过零，VT3、VT4因电感中的感应电动势一2直导通，直到下个周期VT1、VT2VT3、VT4留意的是，只有当2时，负载电流id才连续，当2时，负载电流不连续02。d 输出电压平均值Ud 〔1〕U

2U

cos0.9U

2 2U2d π 2 2 2U2U

2 (3-2-1)I d (3-2-2)d R晶闸管的电流平均值I 和有效值IdT T2I 1 I2T dI 1IdT 2 d

(3-2-3)(3-2-4)II2II I2 d晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压均为2U26/17

(3-2-5)原理图的分析iVTiVTVTTiuuVTVT单结晶闸管触发电路1单结晶闸管触发电路2单结晶闸管触发电路3单结晶闸管触发电路4uR作用下动作，以发挥整流电路的整流作用。RC比较简洁。一方面是便利我们对设计电路中变压器型号的选择。4章关心电路的设计驱动电路的设计7/17变流装置安全，牢靠，经济运行的前提。触发电路产生的触发脉冲要求：〔触发电压和触发电流。的产品。晶闸管器件出厂时，所标注的门极触发电流Igt、门极触发电压U50HZ、18地触发大功率晶闸管，常常在触发脉冲的前沿叠加上一个触发脉冲。阳极电流能快速上升超过掣住电流而维持导通。陡越有利于晶闸管的同时触发导通。例如单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，要求触发脉冲的移项范围是00~90⑤触发脉冲与主电路电源必需同步。8/17ucus保护电路的设计在电力电子器件电路中，除了电力电子器件参数要选择适宜，驱动电路设计不行少的。主电路的过电压保护电路设计Um压保护方法。沟通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电压。保护方法：阻容保护直流侧过电压保护过电压产生过程：当某一桥臂的晶闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器保护方法：阻容保护9/17直流侧直流侧沟通侧整流主电路3.4主电路的过电流保护电路设计器在电子电力动作之后实现保护，过电流继电器在过载时动作。在选择快熔时应考虑：1、电压等级应依据快熔熔断后实际承受的电压来确定。2、电流容量应依据其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。快熔直流母线中。3、快熔的It值应小于被保护器件的允许It值。4、为保证熔体在正常过载状况下不熔化，应考虑其时间电流特性。短路均由快熔进展保护，此方式只适用于小功率装置或器件使用裕量较大的场其他过电流保护措施相协作。熔断器是最简洁的过电流保护元件，但最一般的熔断器由于熔断特性不适宜串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流一样，所以对元件的保护作用最好。电流上升率、电压上升率的抑制保护10/17di/dt的抑制PN2.8所示:2.8串联电感抑制回路dv/dt的抑制也应有所限制,dv/dt过大，由于dv/dt的R-C2.9所示：2.9R-C阻容吸取回晶闸管的根本特性静态特性安特性和门极伏安特性。阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性表示晶闸管阳极与阴极之间的电压Uak

与阳极电流ia之间的关系曲线，如图5-1所示。11/175.1晶闸管阳极伏安特性①正向阻断高阻区；②负阻区；③正向导通低阻区；④反向阻断高阻区向特性区。第Ⅰ象限的正向特性又可分为正向阻断状态及正向导通状态。门极伏安特性晶闸管的门极与阴极间存在着一个PN结J，门极伏安特性就是指这个PN结3上正向门极电压Ug

与门极电流Ig

间的关系。由于这个结的伏安特性很分散，无5-25.2晶闸管门极伏安特性动态特性即开通特性和关断特性。开通特性晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。图1-12给出了晶闸管的开关特刻到阳极电流上升到稳定值IT

的10%所需的时间称为延迟时间td12/1710%IT

上升到90%IT

所需的时间称为上升时间tr管的开通时间t=t+t0.5～1.5μs，上升时间为gt d r。延迟时间随门极电流的增大而削减，延迟时间和上升时间随阳极电压上升而下降。6.7晶闸管的开关特性关断特性关心换流电路来供给。极电流过零，也会消灭反向恢复电流，反向电流达最大值IRM

后，再朝反方向快速衰减接近于零，此时晶闸管恢复对反向电压的阻断力气。晶闸管根本参数晶闸管的主要参数说明：1、额定电压UTnUDRM

URRM

中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定2～3的工作安全。晶闸管的额定电压U ,U Tn DRM RRMU=〔2～3〕UTn TM13/17U：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压TM2、额定电流IT(AV)IT(AV)

电流等级即为晶闸管的额定电流。I ：额定电流有效值，依据管子的ITn

换算出，I 、I1/21/2(Imsint)2d(t)0I Tn

I三者之间的关系：TnIm/20.5ITM

(5-2-1)IT(AV)

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

(5-2-2)3IH维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。4IL5UT(AV)

。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正6、门极触发电流Ig

。在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导通所用的门极电流，一般为毫安级。7du/dt。在额定结温存门极开路的状况下，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。8di/dt。在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流集中在门极四周的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。9、波形系数：有直流重量的电流波形其有效值I与平均值I 之比称为该波形d的波形系数，用Kf

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

1.57 (5-2-4)2T(AV)晶闸管的选型该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。U 100V时，不计把握角余量按0o计算d由U 0.9Ud 2

得U Ud =111V2 0.9考虑2倍裕量：U 取222V2晶闸管的选择原则：Ⅰ所选晶闸管电流有效值I 大于元件在电路中可能流过的最大电流有效Tn值。〔1.5～2〕倍的安全余量。即I 1.57I (1.5~2)ITn T(AV) TMI (1.5~2)ITMT(AV)当d5A时，晶闸管额定电流I

1.57

Id

5 3.2AT(AV)考虑2倍裕量： d(AV)

1.57 1.57所以在本次设计中我选用4个KP10-3的晶闸管。变压器的选取依据参数计算可知:变压器应选变比为KU2Ud容量至少为500VA。

220V2.2,100V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15/171)整流输出电压平均值1Ud=

2U

sintdt=2 2U 2

cos=0.9U2

cos (5-3-1)2)纹波系数纹波系数K 用来表示直