電力電子課程設(shè)計(jì)小功率晶閘管整流電路

1、 - 17 - 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱： 電力電子技術(shù)專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)： 110302學(xué)生姓名： 楊東昆指導(dǎo)教師： 謝慕君 日期：2014年 1月17日目 錄1.課程設(shè)計(jì)的目的2.主要技術(shù)參數(shù)3.方案的選擇與確定3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖3.2方案論證 3.2.1對(duì)電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求 3.2.2主電路的選擇 3.2.3觸發(fā)電路的選擇 3.2.4保護(hù)電路的設(shè)置3.3主電路的計(jì)算 3.3.1晶閘管整流電路計(jì)算 3.3.2電力電子器件的選擇4.設(shè)計(jì)小結(jié)5.參考文獻(xiàn)附錄（電路圖、波形圖、元器件清單）一. 課程設(shè)計(jì)目的電力電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程的一個(gè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

2、它與理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相配合，可加深理解和全面掌握電力電子技術(shù)課程的基本內(nèi)容，可使學(xué)生在理論聯(lián)系實(shí)際、綜合分析、理論計(jì)算、歸納整理和實(shí)驗(yàn)研究等方面得到綜合訓(xùn)練和提高，從而培養(yǎng)學(xué)生具有獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題和從事科學(xué)研究的初步能力。因此，通過(guò)電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的： 1）加深理解和掌握電力電子技術(shù)課程的基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力；2）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課程設(shè)題的需要，查閱資料和獨(dú)立解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；3）學(xué)會(huì)儀器的正常使用方法和調(diào)試過(guò)程；4）培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告的能力。二、主要技術(shù)參數(shù)：1、交流供電電源；2、電路輸出的直流電壓和電流的技術(shù)指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求。3、電路應(yīng)

3、具有一定的穩(wěn)壓功能，同時(shí)還具有較高的防治過(guò)電壓和過(guò)電流的抗干擾能力。觸發(fā)電路輸出滿足系統(tǒng)要求。4、負(fù)載為并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為，電機(jī)參數(shù)為：型 號(hào)額定功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速z2-32750r/min1500r/min 三、課設(shè)方案的選擇與確定保護(hù)電路3.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖負(fù)載電路整流電路電源觸發(fā)電路3.2方案論證 3.2.1對(duì)電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求： 1、電源電壓：交流220v/50hz2、輸出額定電壓：220v3、輸出額定電流：5.1a3.2.2主電路的選擇：根據(jù)課題要求正確選擇主電路形式；單相相控整流電路主電路有單相半波、單相橋式全控、單相橋式半控等。1、 單相半波可控整流電路

4、單相半波可控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，其缺點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)大，負(fù)載電流脈動(dòng)大（電阻性負(fù)載時(shí)），且整流變壓器二次繞組中存在直流電流分量，使鐵心磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。因此單相半波相控整流電路只適用于小容量，波形要求不高的的場(chǎng)合。2、 單相橋式全控整流電路此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。并且單相橋式全控整流電路具有輸

5、出電流脈動(dòng)小，功率因素高的特點(diǎn)。但是，電路中需要四只晶閘管，且觸發(fā)電路要分時(shí)觸發(fā)一對(duì)晶閘管，電路復(fù)雜，兩兩晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間差用分立元件電路難以控制。 3、單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路用二只晶閘管和二只二極管，根據(jù)兩個(gè)晶閘管的接線方式，可以使用分立元件觸發(fā)電路，且觸發(fā)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)兩個(gè)晶閘管被同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，由二極管在電源電壓過(guò)零時(shí)自然換流其性能和單相橋式全控整流電路相同，具有同等優(yōu)點(diǎn)。故采用此電路作為本次課程設(shè)計(jì)的主電路。 3.2.3觸發(fā)電路的選擇可供選擇的觸發(fā)電路有同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路，同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路，kc04集成移相觸發(fā)器。1、 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路基本環(huán)

6、節(jié)：脈沖形成與放大環(huán)節(jié)鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)強(qiáng)觸發(fā)脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)2、 同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路 （1）三個(gè)基本環(huán)節(jié)：同步移相 脈沖形成整形 脈沖功放輸出 3. kc04集成移相觸發(fā)器 它可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成脈沖輸出等幾部分電路由于集成觸發(fā)電路具有免受外界干擾、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，故采用集成觸發(fā)電路。3.2.4保護(hù)電路的設(shè)置在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必不可少的。（1）過(guò)壓保護(hù) 所謂過(guò)壓保護(hù)，即指流過(guò)晶閘管兩端的電壓值超過(guò)晶閘管在正常工作時(shí)所能

7、承受的最大峰值電壓um都稱為過(guò)電壓。 產(chǎn)生過(guò)電壓的原因一般由靜電感應(yīng)、雷擊或突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起。其中，對(duì)雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓，需在變壓器的初級(jí)側(cè)接上避雷器，以保護(hù)變壓器本身的安全；而對(duì)突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起的過(guò)電壓，一般發(fā)生在交流側(cè)、直流側(cè)和器件上。1.交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程：電源變壓器初級(jí)側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵(lì)磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時(shí)間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級(jí)感應(yīng)出很高的瞬時(shí)電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)2.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程：當(dāng)某一橋臂的晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時(shí)，由于直流住電路電感中儲(chǔ)存能量的釋放，會(huì)在電路

8、的輸出端產(chǎn)生過(guò)電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù) （2） 過(guò)流保護(hù) 電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流現(xiàn)象。過(guò)電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時(shí)采用幾種過(guò)電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時(shí)的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流快速斷路器在電子電力動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：1、電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定。快熔一般與電力半導(dǎo)體體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流

9、母線中。3、快熔的it值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許it值。4、為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。 快熔對(duì)器件的保護(hù)方式分為全保護(hù)和短保護(hù)兩種。全保護(hù)是指無(wú)論過(guò)載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用，此方式需與其他過(guò)電流保護(hù)措施相配合。熔斷器是最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適，很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒(méi)有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過(guò)電流可及時(shí)熔斷起到保護(hù)作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔，因流過(guò)快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對(duì)元

10、件的保護(hù)作用最好。（3）電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開(kāi)通時(shí)電流集中在靠近門(mén)極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1mm/s的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面，若晶閘管開(kāi)通時(shí)電流上升率di/dt過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致pn結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感。如圖所示:串聯(lián)電感抑制回路（4）電壓上升率dv/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應(yīng)有所限制,如果dv/dt過(guò)大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制dv/dt的

11、作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)r-c阻容吸收回路。如圖所示：3.3主電路計(jì)算3.3.1晶閘管整流電路計(jì)算（1）整流變壓器電壓及容量的計(jì)算 變壓器二次側(cè)相電壓的計(jì)算：根據(jù)查表單相半控橋a=0.9，u2=275-330v 取300v二次側(cè)相電流和一次側(cè)相電流的計(jì)算： 變壓器容量計(jì)算：（2）整流元件的計(jì)算 晶閘管額定電壓： 晶閘管的額定電流 計(jì)算得：（3）電抗器參數(shù)計(jì)算為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器ld，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過(guò)電抗器的電流，一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。（1）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量 計(jì)算得： （2）限制輸出

12、電流脈動(dòng)的電感量 計(jì)算得：（3）電動(dòng)機(jī)電感量ld和變壓器漏電感量 由所給負(fù)載參數(shù)： 計(jì)算得： 計(jì)算得：（4） 實(shí)際串入電抗器電感量 故選用作為串入半波電抗器的電感值。（4）過(guò)電壓保護(hù) 1.交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)措施：采用組容保護(hù)。即在變壓器二次并聯(lián)電阻r和電容c進(jìn)行保護(hù)。參數(shù)計(jì)算：由于 電容c耐壓 2.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)措施：可采用與交流側(cè)保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成 di/dt 加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。 參數(shù)計(jì)算： 壓敏電阻的標(biāo)稱電壓， 由于， 則（5）過(guò)電流保護(hù)快速熔斷器簡(jiǎn)稱快熔，其斷流時(shí)間短，保護(hù)性

13、能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。3.3.2電力電子器件選擇 由以上條件，決定選擇kp10型晶閘管選擇2cz14d型二極管。選擇my31-600/5型壓敏電阻選擇rls-10型熔斷器四. 課設(shè)小結(jié)這周，老師組織我們進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，有關(guān)于電力電子技術(shù)的單相半控整流電路的應(yīng)用，我感觸很多！ 畢竟也學(xué)了半年，總要學(xué)點(diǎn)東西，今天就是見(jiàn)證的時(shí)候了，開(kāi)始摩拳擦掌，做好充足的準(zhǔn)備。 因?yàn)闆](méi)有經(jīng)常動(dòng)手實(shí)踐，所以很生疏！希望以后能多點(diǎn)這樣實(shí)踐的機(jī)會(huì)！ 經(jīng)過(guò)這次的實(shí)踐我真的學(xué)到了很多，檢查問(wèn)題的能力也增強(qiáng)了，而且耐心也比以前好多，希望以后能有更多這樣的機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)更多的東西，我會(huì)更努力的學(xué)習(xí)電力電子這門(mén)功課，為以后而努力！ 一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)共同分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不