單相橋式整流電路課程設計匯本

1、 電力電子技術(shù)課程設計說明書單相橋式整流電路設計系 、 部： 電信系 學生： 黃彬 指導教師： 志平 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自本0803 完成時間： 2011-6-13 目錄1.設計任務說明3.2.方案選擇4 2.1器件的介紹4 2.2整流電路的比較63. 輔助電路的設計93.1 驅(qū)動電路的設計93.2 保護電路的設計133.3 過壓保護143.4 電流上升率、電壓上升率的抑制保護154.主體電路的設計164.1 主要電路原理及說明164.2感性負載可控整流電路164.3主電路的設計174.5主要元器件的說明184.5性能指標分析204.6元器件清單215. 設計總結(jié)226.參考文獻23

2、一.單相橋式整流電路設計說明1.設計任務和要求： （1）設計任務： 1、進行設計方案的比較，并選定設計方案； 2、完成單元電路的設計和主要元器件說明； 3、完成主電路的原理分析,各主要元器件的選擇； 4、驅(qū)動電路的設計,保護電路的設計； （2）設計要求： 1、單相橋式相控整流的設計要求為： 1).負載為感性負載,L=700mH,R=500歐姆. 2、技術(shù)要求: (1). 電網(wǎng)供電電壓為單相220V； (2). 電網(wǎng)電壓波動為+5%-10%； (3). 輸出電壓為0100V.   二.方案的選擇單相橋式整流電路可分為單相橋式相控整流電路和單相橋式半控整流電路，它們所連接的負載

3、性質(zhì)不同就會有不同的特點。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感性負載的工作情況。 單相半控整流電路的優(yōu)點是：線路簡單、調(diào)整方便。弱點是：輸出電壓脈動沖大，負載電流脈沖大（電阻性負載時），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點。   單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負載下流過晶閘管的平均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。單相半波相控整流電路因其性能較差，實際中很少采用，在中小功率場合采用更多的是單相全控

4、橋式整流電路。 根據(jù)以上的比較分析因此選擇的方案為單相全控橋式整流電路（負載為阻感性負載）。2.1.元器件的選擇2.1.1晶閘管的介紹晶管又稱為晶體閘流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier-SCR），開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應用的嶄新時代; 20世紀80年代以來，開始被性能更好的全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，以被廣泛應用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領域，成為功率低頻（200Hz以下）裝置中的主要器件。晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型-普通晶閘管。廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件2.1.1.1晶閘管的結(jié)構(gòu)晶

5、閘管是大功率器件，工作時產(chǎn)生大量的熱，因此必須安裝散熱器。外行:螺栓型和平板型兩種封裝 引出陽極A、陰極K和門極（或稱柵極）G三個聯(lián)接端。 對于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便 平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間部結(jié)構(gòu):四層三個結(jié)如圖2.1.1.1圖2.1.1.1晶閘管的外形、部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和模塊外形a)晶閘管外形 b)部結(jié)構(gòu) c)電氣圖形符號 d)模塊外形2.1.1.2 晶閘管的工作原理圖晶閘管由四層半導體（P1、N1、P2、N2）組成，形成三個結(jié)J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分別從P1、P2、N2引入A、G、K三個電極，如

6、圖1.2(左)所示。由于具有擴散工藝，具有三結(jié)四層結(jié)構(gòu)的普通晶閘管可以等效成如圖2.1.1.2（右）所示的兩個晶閘管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）組成的等效電路。圖2.1.1.2晶閘管的部結(jié)構(gòu)和等效電路晶閘管的驅(qū)動過程更多的是稱為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流的電路稱為門極觸發(fā)電路。也正是由于能過門極只能控制其開通，不能控制其關斷，晶閘管才被稱為半控型器件。 其他幾種可能導通的情況：1）陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應2）陽極電壓上升率du/dt過高3）結(jié)溫較高4）光直接照射硅片，即光觸發(fā)：光控晶閘管只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。2.1.2可關斷晶閘管可關斷晶

7、閘管簡稱GTO。它具有普通晶閘管的全部優(yōu)點，如耐壓高，電流大等。同時它又是全控型器件，即在門極正脈沖電流觸發(fā)下導通，在負脈沖電流觸發(fā)下關斷。2.1.2.1可關斷晶閘管的結(jié)構(gòu)GTO的部結(jié)構(gòu)與普通晶閘管相同，都是PNPN四層結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極如圖1.3。和普通晶閘管不同， GTO是一種多元胞的功率集成器件，部包含十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO元胞，這些GTO元胞的陰極和門極在器件部并聯(lián)在一起，使器件的功率可以到達相當大的數(shù)值。2.1.2.1GTO的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號2.1.2.2 可關斷晶閘管的工作原理GTO的導通機理與SCR是完全一樣的。 GTO一旦導通之后，門極信號是可以撤除

8、的，在制作時采用特殊的工藝使管子導通后處于臨界飽和，而不像普通晶閘管那樣處于深飽和狀態(tài)，這樣可以用門極負脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關斷。 GTO在關斷機理上與SCR是不同的。門極加負脈沖即從門極抽出電流（即抽出飽和導通時儲存的大量載流子），強烈正反饋使器件退出飽和而關斷2.1.3 晶閘管的派生器件在晶閘管的家族中，除了最常用的普通型晶閘管之外，根據(jù)不同的的實際需要，珩生出了一系列的派生器件，主要有快速晶閘管（FST）、雙向晶閘管（TRIAL）、可關斷晶閘管（GTO）、逆導晶閘管、（RCT）和光控晶閘管。2.2整流電路我們知道，單相整流器的電路形式是各種各樣的，整流的結(jié)構(gòu)也是比較多的。因此在做

9、設計之前我們主要考慮了以下幾種方案：方案一：單相橋式半控整流電路電路簡圖如下：圖2.2.1對每個導電回路進行控制，相對于全控橋而言少了一個控制器件，用二極管代替，有利于降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當突然增大至180°或出發(fā)脈沖丟失時，由于電感儲能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負載電阻上，會發(fā)生一個晶閘管導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期為ud為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當于單相半波不可控整流電路時的波形，即為失控。所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。方案二：單相橋式全控整流電路電路簡圖如下：圖2.2.2此電路對每個導電回路進行

10、控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。方案三：單相半波可控整流電路：電路簡圖如下：圖2.2.3此電路只需要一個可控器件，電路比較簡單，VT的a 移相圍為180°。但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積，增大了設備的容量。實際上很少應用此種電路。方案四：單相全波可控整流電路：電路簡圖如下：圖2.2.4此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復雜，只要

11、用2個可控器件，單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，因此少了一個管壓降，相應地，門極驅(qū)動電路也少2個，但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。不存在直流磁化的問題，適用于輸出低壓的場合作電流脈沖大（電阻性負載時），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點。相同的負載下流過晶閘管的平單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。根據(jù)以上的比較分析因此選擇的方案為單相全控橋式整流電路（負載

12、為阻感性負載）。綜上所述，針對他們的優(yōu)缺點，我們采用方案二，即單相橋式全控整流電路。三.驅(qū)動電路的設計3.1驅(qū)動電路的設計3.1.1觸發(fā)電路的論證與選擇3.1.1.1單結(jié)晶體管的工作原理單結(jié)晶體管原理單結(jié)晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有PN結(jié)和兩個電阻接觸電極的半導體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個P區(qū)作為發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)，符號和等效電如圖3.1.1.1所示。圖3.1.1.13.1.1.2單結(jié)晶體管的特性從圖一可以看出，兩基極b1和b2之間的電阻稱為基極電阻。Rbb=rb1+rb2式中：Rb1第

13、一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值與ie無關；發(fā)射結(jié)是PN結(jié)，與二極管等效。若在兩面三刀基極b2，b1間加上正電壓Vbb，則A點電壓為：VA=rb1/（rb1+rb2）vbb=（rb1/rbb）vbb=Vbb式中：稱為分壓比，其值一般在0.30.85之間，如果發(fā)射極電壓VE由零逐漸增加，就可測得單結(jié)晶體管的伏安特性，見圖二：圖3.1.1.2單結(jié)晶體管的伏安特性（1）當VeVbb時，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流Iceo。（2）當VeVbb+VD VD為二極管正向壓降（約為0.7V），PN結(jié)正向?qū)ǎ琁e顯著增

14、加，rb1阻值迅速減小，Ve相應下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負阻特性。管子由截止區(qū)進入負阻區(qū)的臨界P稱為峰點，與其對應的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點電壓Ip和峰點電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導通所需的最小電流，顯然Vp=Vbb。（3）隨著發(fā)射極電流Ie的不斷上升，Ve不斷下降，降到V點后，Ve不再下降了，這點V稱為谷點，與其對應的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點電壓Vv和谷點電流Iv。（4）過了V后，發(fā)射極與第一基極間半導體的載流子達到了飽和狀態(tài)，所以uc繼續(xù)增加時，ie便緩慢的上升，顯然Vv是維持單結(jié)晶體管導通的最小發(fā)射極電壓，如果VeVv，管子重新截止。單結(jié)晶體

15、管的主要參數(shù)（1）基極間電阻Rbb發(fā)射極開路時，基極b1，b2之間的電阻，一般為2-10千歐，其數(shù)值隨溫度的上升而增大。（2）分壓比由管子部結(jié)構(gòu)決定的參數(shù)，一般為0.3-0.85。（3）eb1間反向電壓Vcb1 b2開路，在額定反向電壓Vcb2下，基極b1與發(fā)射極e之間的反向耐壓。（4）反向電流Ieo b1開路，在額定反向電壓Vcb2下，eb2間的反向電流。（5）發(fā)射極飽和壓降Veo在最大發(fā)射極額定電流時，eb1間的壓降。（6）峰點電流Ip單結(jié)晶體管剛開始導通時，發(fā)射極電壓為峰點電壓時的發(fā)射極電流。3.1.2觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對其產(chǎn)生的觸發(fā)脈

16、沖要求：1）觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓。2）觸發(fā)信號應有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。3）觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通。4）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相圍必須滿足電路要求。3.1.2.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾能力強、溫度補償性能好，脈沖前沿徒等優(yōu)點，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應用。他由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成，電路圖如3.1.2.2（a）所示。3.1.2.2 單結(jié)晶體管自激震蕩電路利用單結(jié)晶體管的負阻特性與RC電路的充放

17、電可組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變的脈沖。從圖3.1.2.2（a）可知，經(jīng)D1-D2整流后的直流電源UZ一路徑R2、R1加在單結(jié)晶體管兩個基極b1、b2之間，另一路通過Re對電容C充電，發(fā)射極電壓ue=uc按指數(shù)規(guī)律上升。Uc剛沖點到大于峰點轉(zhuǎn)折電壓Up的瞬間，管子e-b1間的電阻突然變小，開始導通。電容C開始通過管子e-b1迅速向R1放電，由于放電回路電阻很小，故放電時間很短。隨著電容C放電，電壓Ue小于一定值，管子BT又由導通轉(zhuǎn)入截止，然后電源又重新對電容C充電，上述過程不斷重復。在電容上形成鋸齒波震蕩電壓，在R1上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖us， 如圖3.1.2.2（b）所示，其震蕩

18、頻率為f=1/T=1/ReCLn(1/1-)式中=0.30.9是單結(jié)晶體管的分壓比。即調(diào)節(jié)Re，可調(diào)節(jié)振蕩頻率圖3.1.2.2 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及波形3.1.3同步電源步電壓又變壓器TB獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓于主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓管DZ削波為梯形波uDZ,而削波后的最大值UZ既是同步信號,又是觸發(fā)電路電源.當UDZ過零時,電容C經(jīng)e-b1、R1迅速放電到零電壓.這就是說,每半周開始,電容C都從零開始充電,進而保證每周期觸發(fā)電路送出第一個脈沖距離過零的時刻(即控制角)一致,實現(xiàn)同步.3.1.4移相控制當Re增大時，單結(jié)晶體管發(fā)射極充電到峰點

19、電壓Up的時間增大，第一個脈沖出現(xiàn)的時刻推遲，即控制角增大，實現(xiàn)了移相。3.1.5脈沖輸出 觸發(fā)脈沖ug由1直接取出，這種方法簡單、經(jīng)濟，但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全。對于晶閘管串聯(lián)接法的全控橋電路無法工作。所以一般采用脈沖變壓器輸出。3.2保護電路的設計3.2.1 保護電路的論證與選擇電力電子系統(tǒng)在發(fā)生故障時可能會發(fā)生過流、過壓，造成開關器件的永久性損壞。過流、過壓保護包括器件保護和系統(tǒng)保護兩個方面。檢測開關器件的電流、電壓，保護主電路中的開關器件，防止過流、過壓損壞開關器件。檢測系統(tǒng)電源輸入、輸出及負載的電流、電壓，實時保護系統(tǒng)，防止系統(tǒng)崩潰而造成事故。例如，R-C阻容吸收回路

20、、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是采用電子保護電路，檢測設備的輸出電壓或輸入電流，當輸出電壓或輸入電流超過允許值時，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。3.2.2過電流保護當電力電子變流裝置部某些器件被擊穿或短路；驅(qū)動、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負載過載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生逆變失??；以及交流電源電壓過高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過電流。因此，必須對電力電子裝置進行適當?shù)倪^電流保護。采用快速熔斷器作過電流保護，其接線圖（見圖3.2.2）。熔斷器是最簡單的過電流保護元件，但最普

21、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有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過電流可及時熔斷起到保護作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔，因流過快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對元件的保護作用最好，這里就應用這一方法快熔抑制過電流電路圖如下圖所示：圖3.2.2 快速熔短器的接入方法A型熔斷器特點：是熔斷器與每一個元件串連，能可靠的保護每一個元件。B型熔斷器特點：能在交流、直流和元件短路時起保護作用，其可靠性稍有降低C型熔斷器特點：直流負載側(cè)有故障時動作，元件部短路時不能起保護作用對于第二類過流，即整流橋負載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，則應當采用電子電路進行

22、保護。常見的電子保護原理圖如6.2.3所示圖3.2.3過流保護原理圖3.3過壓保護設備在運行過程中，會受到由交流供電電網(wǎng)進入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時，設備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn)。過電壓保護的第一種方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。見圖3.3.1和圖3.3.2圖3.3.1 阻容三角抑制過電壓 圖3.3.2 壓敏電阻過壓 過電壓保護的第二種方法是采用電子電路進行保護。常見的電子保護原理圖如圖3.3.3所示：圖3.3.3 過電壓保護電路3.4電流上升率、電壓上升率的抑制保護1）電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開通時電流集中在靠近門

23、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的擴展速度將電流擴展到整個陰極面，若晶閘管開通時電流上升率di/dt過大，會導致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的圍。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如下圖3.4所示:圖3.4 串聯(lián)電感抑制回路2）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也應有所限制,如果dv/dt過大，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，嚴重時引起晶閘管誤導通。為抑制dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖6.5所示：圖6.

24、5并聯(lián)R-C阻容吸收回四. 主體電路的設計4.1主要電路原理及說明當負載由電阻和電感組成時稱為阻感性負載。例如各種電機的勵磁繞組,整流輸出端接有平波電抗器的負載等等。單相橋式整流電路帶阻感性負載的電路如圖5.1所示。由于電感儲能,而且儲能不能突變因此電感中的電流不能突變,即電感具有阻礙電流變化的作用。當流過電感中的電流變化時,在電感兩端將產(chǎn)生感應電動勢,引起電壓降UL負載中電感量的大小不同，整流電路的工作情況及輸出Ud、id 的波形具有不同的特點。當負載電感量L較?。簇撦d阻抗角），控制角時，負載上的電流不連續(xù)；當電感L增大時，負載上的電流不連續(xù)的可能性就會減??；當電感L很大，且LdRd示時，

25、這種負載稱為大電感負載。此時大電感阻止負載中電流的變化，負載電流連續(xù)，可看作一條水平直線。各電量的波形圖如圖51 所示。在電源電壓u2 正半周期間， 晶閘管T1 、T2 承受正向電壓，若在t=時觸發(fā)，T1 、T2 導通，電流經(jīng)T1 、負載、T2 和Tr二次形成回路，但由于大電感的存在，u2 過零變負時，電感上的感應電動勢使T1 、T2 繼續(xù)導通，直到T3、T4 被觸發(fā)時，T1 、T2 承受反向電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負值部分。在電源電壓u2 負半周期間，晶閘管T3、T4 承受正向電壓，在t=+時觸發(fā)，T3、T4 導通，T1 、T2 反向則制，負載電流從T1 、T2 中換流至T3、T4中

26、。在t=2時，電壓u2過零，T3、T4因電感中的感應電動勢一直導通，直到下個周期T1 、T2 導通時，T3、T4因加反向電壓才截止。值得注意的是，只有當=/2時，負載電流才連續(xù)，當/2時，負載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近于零，因此這種電路控制角的移相圍是0/2。4.2電感負載可控整流電路4.2.1單相全控橋式整流電路在生產(chǎn)實踐中，除了電阻性負載外， 最常見的負載還有電感性負載， 如電動機的勵磁繞組，整流電路中串入的濾波電抗器等。 為了便于分析和計算， 在電路圖中將電阻和電感分開表示。 當整流電路帶電感性負載時，整流工作的物理過程和電壓、 電流波形都與帶電阻性負載時不同。因為電感對電流

27、的變化有阻礙作用，即電感元件中的電流圖4.2.1 單相全控橋式整流電路電感性負載及其波形(a)電路； (b) 電源電壓； (c) 觸發(fā)脈沖； (d) 輸出電壓；(e) 輸出電流； (f) 晶閘管V -1 , V -4上的電流；(g) 晶閘管V -2 , V -3上的電流；(h) 變壓器副邊電流； (i) 晶閘管V -1 , V -4上的電壓不能突變，當電流變化時電感要產(chǎn)生感應電動勢而阻礙其變化，所以，電路電流的變化總是滯后于電壓的變化負載電流連續(xù)時，整流電壓平均值可按下式計算：輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平線。兩組晶閘管輪流導電，一個周期中各導電180°， 且與無關

28、， 變壓器二次繞組中電流i2的波形是對稱的正、負方波。負載電流的平均值Id和有效值I相等，其波形系數(shù)為1。在這種情況下： 當=0°時，Ud=0.9U2； 當=90°時，Ud=0，其移相圍為90°。 晶閘管承受的最大正、反向電壓都是。 流過每個晶閘管的電流平均值和有效值分別為4.3主電路的設計4.3.1主電路原理圖4.3.2原理圖分析該電路主要由四部分構(gòu)成，分別為電源，過電保護電路，整流電路和觸發(fā)電路構(gòu)成。輸入的信號經(jīng)變壓器變壓后通過過電保護電路，保證電路出現(xiàn)過載或短路故障時，不至于傷害到晶閘管和負載。在電路中還加了防雷擊的保護電路。然后將經(jīng)變壓和保護后的信號輸入整

29、流電路中。整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號的作用下動作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。在電路中,過電保護部分我們分別選擇的快速熔斷器做過流保護,而過壓保護則采用RC電路。這部分的選擇主要考慮到電路的簡單性，所以才這樣的保護電路部分。整流部分電路則是根據(jù)題目的要求，選擇的我們學過的單相橋式整流電路。該電路的結(jié)構(gòu)和工作原理是利用晶閘管的開關特性實現(xiàn)將交流變?yōu)橹绷鞯墓δ?。觸發(fā)電路是由設計題目而定的，題目要求了用單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路的移相圍變化較大，而且由于是直接觸發(fā)電路它的結(jié)構(gòu)比較簡單。一方面是方便我們對設計電路中變壓器型號的選擇。4.4 主要元器件的說明由于單相橋式全控整流帶電感

30、性負載主電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時主要考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原則。4.4.1晶閘管的主要參數(shù)如下：額定電壓UTn通常取UDRM和URRM中較小的，再取靠近標準的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時，額定電壓應為正常工作峰值電壓的23倍，以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓 UTn（23）UTM （4.4.1）UTM ：工作電路中加在管子上的最大瞬時電壓 額定電流IT(AV)IT(AV)又稱為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40°和規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負載流過正弦半波、導通角不小于170°的電路中，結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時，所允許的最大通態(tài)平均電流

31、值。將此電流按晶閘管標準電流取相近的電流等級即為晶閘管的額定電流。要注意的是若晶閘管的導通時間遠小于正弦波的半個周期，即使正向電流值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會超過管子所能提供的極限，使管子由于過熱而損壞。 在實際使用時不論流過管子的電流波形如何、導通角多大，只要其最大電流有效值ITMITn ,散熱冷卻符合規(guī)定，則晶閘管的發(fā)熱、溫升就能限制在允許的圍。ITn ：額定電流有效值，根據(jù)管子的IT(AV) 換算出，IT(AV) 、ITMITn 三者之間的關系： （4.4.2） （4.4.3）波形系數(shù)：有直流分量的電流波形，其有效值與平均值之比稱為該波形的波形系數(shù)，用Kf表示。（4.4.2

32、）額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù)（4.4.6）晶閘管承受最大電壓為考慮到2倍裕量，取400V.晶閘管的選擇原則：、所選晶閘管電流有效值ITn大于元件 在電路中可能流過的最大電流有效值。、 選擇時考慮（1.52）倍的安全余量。即ITn 1.57 IT(AV) （1.52）ITM （4.4.7） 因為,則晶閘管的額定電流為=10A(輸出電流的有效值為最小值，所以該額定電流也為最小值)考慮到2倍裕量,取20A.即晶閘管的額定電流至少應大于20A.在本次設計中我選用4個KP20-4的晶閘管.、 若散熱條件不符合規(guī)定要求時，則元件的額定電流應降低使用。 通態(tài)平均管壓降 UT(AV) 。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導通的正弦波半個周期陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2V。 維持