小功率晶閘管整流電路設(shè)計方案

1、 HYPERLINK 題目：小功率晶閘管整流電路設(shè)計設(shè)計技術(shù)數(shù)據(jù)及要求：1、交流供電電源；2、電路輸出的直流電壓和電流的技術(shù)指標滿足系統(tǒng)要求。3、電路應(yīng)具有一定的穩(wěn)壓功能，同時還具有較高的防治過電壓和過電流的抗干擾能力。觸發(fā)電路輸出滿足系統(tǒng)要求。4、負載為他勵直流電動機，型號為，電機參數(shù)為：型號額定功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速電樞回路電感總體方案論證及選擇對電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求輸出一定的直流電壓和電流。輸出電壓的脈動指標在允許范圍內(nèi)。具有自動穩(wěn)壓功能和一定的穩(wěn)壓精度。對調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)有靜態(tài)技術(shù)指標和動態(tài)技術(shù)指標的要求。直流電動機選擇根據(jù)被控對象的特點和技術(shù)要求，綜合設(shè)計題目給出的參數(shù)，故選用直流

2、他勵電動機。主電路的選擇一般說來，對于晶閘管整流裝置在整流器功率很小時(以下)，用單相整流電路，功率較大時用三相整流電路。由于本設(shè)計方案的負載直流電機的額定功率為遠大，故選擇三相整流電路。方案一：三相零式整流電路優(yōu)點：三相整流電路中，三相零式電路突出的優(yōu)點是電路簡單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對需要220V 電壓的用電設(shè)備直接用380V電網(wǎng)供電，而不需要另設(shè)整流變壓器。缺點：要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。因零線流過負載電流，在零線截面小時壓降大，往往需要從變壓器單獨敷設(shè)零線。方案二：三相橋式整流電路優(yōu)點：在輸出整流

3、電壓相同時，電源相電壓可較零式整流電路小一半，因此顯著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求。變壓器二次繞組電流中沒有直流分量。輸出整流電壓脈動小，所以平波電抗器容量就可小一些。缺點：整流器件用得多，全控橋需要六個觸發(fā)電路，需要電壓的設(shè)備也不能用電網(wǎng)直接供電，而要用整流變壓器。綜合比較可知，應(yīng)用本此設(shè)計的電路應(yīng)選擇為三相橋式整流電路作為整流電路。觸發(fā)電路的選擇晶閘管的門極電壓又叫觸發(fā)電壓，產(chǎn)生觸發(fā)信號的電路叫觸發(fā)電路。觸發(fā)電路性能的好壞，直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此觸發(fā)電路必須保證迅速、準確、可靠地送出脈沖。為達到這個目的，正確選用或設(shè)計觸發(fā)電路是非常重要的，一個觸發(fā)電路性能的優(yōu)劣常用下列幾點來衡

4、量：1觸發(fā)脈沖必須保持與主電路的交流電源同步，以保證每個周期都在相同的延遲角處觸發(fā)導通晶閘管。2觸發(fā)脈沖應(yīng)能在一定的范圍內(nèi)移相。對于不同的主電路要求的移相范圍也不同。例如對于三相半波電路、電阻性負載，要求的移相范圍為0150；大電感負載(電流連續(xù))，只要求整流，則移相范圍為090；如既要求整流又要逆變，則為30150；三相全控橋式電路，電阻負載時為0 120，既要整流又要逆變時，其移相范圍為30 150，為保證逆變可靠，對最小逆變角min 應(yīng)加以限制；三相半控橋式電路，移相范圍為0 180。3觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率（電壓與電流）。為使所有合格的器件在各種可能的工作條件下都能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路送

5、出的觸發(fā)電壓和電流，必須大于器件門極規(guī)定的觸發(fā)電壓UGT 與觸發(fā)電流IGT 。例如KP50 就要求觸發(fā)電壓不小于3.5V，電流不小于l00mA；KP200則要求觸發(fā)電壓不小于4V，電流不小于200mA 。故觸發(fā)電壓在4V以上、1OV以下為宜，這樣就能保證任何一個合格的器件換上去都能正常工作。在觸發(fā)信號為脈沖形式時，只要觸發(fā)功率不超過規(guī)定值，觸發(fā)電壓、電流的幅值在短時間內(nèi)可大大超過額定值。4不該觸發(fā)時，觸發(fā)電路的漏電壓應(yīng)小于0.150.2V，以防誤觸發(fā)。5觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡。否則，因溫度、電源電壓等因素變化時將造成晶閘管的觸發(fā)時間不準確。設(shè)脈沖的幅值為Um，脈沖前沿是指由0.1Um上升到0.

6、9Um所需要的時間，一般要在10s以內(nèi)為宜。6觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度。一般晶閘管的開通時間為6s左右，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)在6s以上，最好應(yīng)有2050s。對于電感負載，觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)加大，否則在脈沖終止時主電路電流還上升不到晶閘管的擎住電流，則晶閘管又重新關(guān)斷。保護電路的設(shè)置晶閘管有許多優(yōu)點，但是它承受過電壓和過電流的能力很差，短時間過壓過流就會使器件損壞。晶閘管能承受電壓和電流上升率是有一定限制的，當電流上升率過大時，會使器件局部燒穿而損壞。當電壓上升率太大時，又會導致晶閘管誤導通，使運行不正常。除了合理選擇晶閘管外，還必須針對過電壓和過電流采取恰當?shù)谋Ｗo措施。主電路設(shè)計系統(tǒng)框圖穩(wěn)壓電路

7、變壓器負載電機三相全控橋整流阻容保護穩(wěn)壓電路變壓器負載電機三相全控橋整流阻容保護圖1系統(tǒng)框圖主電路圖圖2主電路圖單元電路的設(shè)計整流變壓器額定參數(shù)計算變壓器二次側(cè)相電壓的計算由指導書中第13頁給出的計算過程可知：經(jīng)查表：，帶入計算得：，取二次側(cè)相電流和一次側(cè)相電流的計算首先求變比由表可知：帶入計算得：變壓器容量計算：整流元件的選擇晶閘管額定電壓：系數(shù)取為晶閘管的額定電流由表可知：計算得：因此，選用晶閘管型號為電抗器參數(shù)計算為了使直流負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)有流過電抗器的電流，一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計

8、算。（1）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量查表2-7可得：K1 =0.695計算得：（2）限制輸出電流脈動的電感量查表2-7可得：計算得：L2 = 13.50 mH（3）電動機電感量LD和變壓器漏電感量由所給負載參數(shù)：取帶入計算得：查表得：帶入計算得：（4）實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。晶閘管保護環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算（1）過電壓保護：以過電壓保護部位來分，有交流側(cè)過電壓保護、直流側(cè)過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。（）交流側(cè)過電壓保護措施采用組容保護。即在變壓器二次并聯(lián)電阻R和電容C進行保護，接線方式為三相變壓器二次側(cè) Y聯(lián)結(jié)，阻容保護 Y 聯(lián)結(jié)。如圖4所示。圖3 組容保護參

9、數(shù)計算：由于對于Im變壓器勵磁電流百分數(shù)，10100 KVA變壓器對應(yīng)所以取變壓器對應(yīng)的，這里取電容C耐壓?。ǎ┲绷鱾?cè)過電壓保護措施直流側(cè)保護可采用與交流側(cè)保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成 di/dt 加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護，如下圖4所示。圖4直流側(cè)過電壓保護電路圖壓敏電阻的標稱電壓，一般用下面公式計算，即：由于，則故選用（）晶閘管兩端過電壓保護措施由于晶閘管型號為KP100-5，則采用的在晶閘管兩端并聯(lián)組容保護。由經(jīng)驗數(shù)據(jù)得,線路圖如上圖右所示。（2）過電流保護快速熔斷器簡稱快熔，其斷流時間短，保護

10、性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護措施?？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)。電路圖如下。圖5過電流保護電路圖觸發(fā)電路選擇與設(shè)計觸發(fā)電路選擇KJ004電路，它的原理與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似，也分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。由1個KJ004 構(gòu)成的觸發(fā)單元可輸出2 個相位間隔180的觸發(fā)脈沖。只需用3個KJ004 集成塊和1個KJ041集成塊,即可形成六路雙脈沖,再由六個晶體管進行脈沖放大,即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路,如圖 2-17 所示。其中，KJ041內(nèi)部實際是由12個二極管構(gòu)成的6個或門，其作用是將6 路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為6路雙

11、脈沖輸出。也有廠家生產(chǎn)了將圖2-17全部電路集成的集成塊，但目前應(yīng)用還不多。以上觸發(fā)電路均為模擬量的，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠，但缺點是易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖的不對稱度較高，可達34，精度低。在對精度要求高的大容量變流裝置中，越來越多地采用了數(shù)字觸發(fā)電路，可獲得很好的觸發(fā)脈沖對稱度。觸發(fā)電路圖見附頁1。系統(tǒng)電氣原理總圖系統(tǒng)電氣原理總圖見附頁2。參考資料1電力電子技術(shù)課程設(shè)計指導書，王世榮等編 2008.122電力電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社，王兆安編 2006.23半導體變流技術(shù)，機械工業(yè)出版社黃俊編 1980年4電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計指導，石玉、栗書賢、王文郁編，機械工業(yè)出版社5電力電子技術(shù)，林輝、王輝主編，武漢理工大學出版社6電力電子技術(shù)，蘇玉剛、陳渝光主編，重慶大學出版社7電力電子技術(shù)，浣喜明、姚為正編著，高等教育出版社8電力電子技術(shù)，石新春、楊京燕等編，中國電力出版社9電力電子技術(shù)實踐教程，潘孟春、胡媛媛主編，國防科技大學出版社設(shè)計總結(jié)通過本課程設(shè)計，我受益匪淺。熟悉和掌握可控整流電路的基本工作原理及參數(shù)計算方法。掌握晶閘管在相關(guān)電路中的工作特點，并能根據(jù)設(shè)計要求，正確計算晶閘管參數(shù)，合理選擇晶閘管型號。了解常用晶閘管觸發(fā)電路的特點，并能根據(jù)實際電路選擇合理的觸發(fā)電路形式。對常用的晶閘管保護電