單相全波整流電路的設計

1、電力電子技術課程設計之單相全波整流電路的設計 姓 名 學 號 年 級 專 業(yè) 系（院） 指導教師 201目錄第一章 設計任務書1.1 設計目的 21.2 設計要求 21.3 設計內容 21.4設計題目 2第二章 設計內容2.1 方案的論證與選擇 3 2.1.1主電路的方案論證32.2 主電路的設計 52.2.1帶阻感負載的單相橋式全控整流電路52.2.2 原理圖分析62.3 電路方案說明 7第三章 觸發(fā)電路3.1 同步觸發(fā)電路 73. 2 晶閘管的觸發(fā)條件73.3 晶閘管的分類133.4 同步環(huán)節(jié)133.5 脈沖形成環(huán)節(jié)143.6雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)143.7 同步變壓器15第四章 保護電路的設計

2、4.1 過電流保護164.2 過電壓保護17第五章 元器件的選用20第六章 參數的計算26第七章 心得體會27第八章 參考文獻28引言 電力電子技術無論對改造傳統(tǒng)工業(yè)（電力、機械、礦冶、交通、化工、輕紡等），還是對新建高技術產業(yè)（航天、激光、通信、機器人等）和高效利用能源均至關重要。我國目前仍舊是一個發(fā)展中的國家，尚處于前工業(yè)化階段，傳統(tǒng)產業(yè)仍然是我國國民經濟的主力軍，因此在近期或在較長一段時期內，傳統(tǒng)產業(yè)的改造和發(fā)展將在很大程度上決定著我國經濟的發(fā)展。而電力、機械、冶金、石油、化工、交通運輸是傳統(tǒng)產業(yè)的重要支柱，這些產業(yè)技術水平的高低直接關系到我國工業(yè)基礎的強弱。毫無疑問，電力電子技術是提高

3、這些產業(yè)技術水平的重要手段，它是對我國傳統(tǒng)產業(yè)實現(xiàn)技術改造、建立自動化工業(yè)體系的關鍵應用技術。 工業(yè)供電電源種類繁多，中小功率電源包括交流不間斷電源、通訊電源及各類高頻開關電源。眾所周知，它們在遠距離通訊.、數據通訊、計算機和辦公自動化、工業(yè)和儀表、新型先進醫(yī)療和實驗室設備、工業(yè)過程控制機、操作控制臺、測試和測量儀器中均有廣泛的應用。而大功率直流電源及低頻交流電源則在現(xiàn)代工業(yè)中具有十分重要的地位。大功率直流電源包括電解、電弧爐、電鍍用的直流電源等。 電機調速傳動、工業(yè)供電電源、電力輸配電和照明四大方面的各類電力電子裝置與系統(tǒng)的主要理論基礎是電力電子學，并和其它許多相關的學科基礎密切相關，如基礎

4、理論（固體物理、電磁學、電路理論、熱力學、光學、化學）、專業(yè)理論（電力系統(tǒng)、系統(tǒng)與控制理論、電機學及電力傳動、通信理論、信號處理、電子學、微電子學、金屬學）以及各種專門技術（材料、元件制造、半導體及集成電路制造、電磁及電磁兼容測量、計算機仿真和輔助設計）等。因此電力電子技術是門應用性很強的交叉學科，要徹底改變我國目前電力電子技術及其應用的落后狀況，一方面必須加大對電力電子技術應用基礎研究的投資強度和加強對電力電子技術應用基礎研究的項目跟蹤管理，采取有效措施加強對國際學術交流活動的支持。特別是必須采取有效措施;提高國內電力電子企業(yè)的技術水平，同時結合我國國民經濟發(fā)展的重大工程項目，以電力電子技術

5、應用為核心，切實組織好跨學科、跨行業(yè)、跨部門的對諸多關鍵共性技術和工程技術的研究和攻關，徹底克服過去專業(yè)分工過細、“單打一”（如只搞器件，不搞裝置;只搞裝置，不搞應用;只搞電，不搞機;只搞弱電，不搞強電等）及基礎理論研究與應用脫節(jié)的種種弊端，務求實效，一抓到底。并采取扶植和鼓勵采用國產電力電子產品的政策，迅速形成我國自己的強大的電力電子產業(yè)，為人類做出更大貢獻。第一章 設計任務書1.1 設計目的：電力電子技術課程設計是配合交流電路理論教學，為自動化和電氣工程及自動化專業(yè)開設的專業(yè)基礎技術技能設計，是自動化和電氣工程及自動化專業(yè)學生在整個學習過程中一項綜合性實踐環(huán)節(jié)，是走向工作崗位、從事專業(yè)技術

6、之前的一項綜合性技能訓練，對學生的職業(yè)能力培養(yǎng)和實踐技能訓練具有相當重要的意義。主要目的在于： 1：進一步掌握晶閘管相控整流電路的組成、結構、工作原理； 2：重點理解移相電路的功能、結構、工作原理； 3：理解同步變壓器的功能。1.2 設計要求： 1：根據課題正確選擇電路形式； 2：繪制完整電氣原理圖（包括主要電氣控制部分）； 3：詳細介紹整體電路和各功能部件工作原理并計算各元、器件值； 4：編制使用說明書，介紹適用范圍和使用注意事項；說明：負載形式及參數可自行選擇1.3設計內容：單相全波整流電路的設計。 1：主電路方案論證 2：電路方框圖 3：整流電路方框圖 4：電路方案說明單相整流電路可分為

7、單相半波、單相全波和單相橋式可控整流電路，它們所連接的負載性質不同就會有不同的特點。單相橋式全控整流電路應用廣泛，只用四只晶閘管，一個電阻，一個電感，投資比較少，在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，整流電壓波形脈動次數多于半波整流電路。變壓器而次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器繞組的利用率高。單相橋式全控橋整流電路與半波整流電路相比較： （1） 的移相范圍相等，均為0180 。 （2）輸出電壓平均值Ud是半波整流電路的2倍。 （3）相同的負載功率下，流過晶閘管的平均電流減小一半。 （4）功率因數提高了1.414倍。單相橋式全控

8、整流電路與單相全波整流電路相比較：1.4設計題目：單相全波整流電路1.41單相單相全波整流電路的設計1.42、設計參數：（1）單相橋式全控整流電路接電阻性負載；（2）要求輸出電壓在0100V連續(xù)可調；（3）輸出電流在20A以上；（4）采用220V變壓器降壓供電；1.43、設計要求：（1）根據課題正確選擇電路形式；（2）繪制完整電氣原理圖（包括主要電氣控制部分）；（3）詳細介紹整體電路和各功能部件工作原理并計算各元、器件值；（4）編制使用說明書，介紹適用范圍和使用注意事項；說明：負載形式及參數可自行選擇（例如：輸入的為市電，即相電壓為220V，輸出電壓在0200V可調，負載RL=5）第二章 設計

9、內容2、1方案的論證與選擇2.1.1主電路的方案論證：我們知道，單相整流器的電路形式是各種各樣的，整流的結構也是比較多的。因此在做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：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，這使成為正弦半波，即半周期為正弦，另外半周期為零，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

10、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： 此電路對每個導電回路進行控制，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：此電路只需要一個可控器件，電路比較簡單，VT的a 移相范圍為180。但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，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

11、： 此電路變壓器是帶中心抽頭的，結構比較復雜，只要用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用。但是繞組及鐵心對銅、鐵等材料的消耗比單相全控橋多，在當今世界上有色金屬有限的情況下，這是很不利的，所以我們也放棄了這個方案。單相半控整流電路的優(yōu)點是：線路簡單、調整方便。弱點是：輸出電壓脈沖大，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，功率因數高，變

12、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；且功率因數提高了一半。 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（負載為阻感性負載）。2、2主電路的設計2.2.1帶阻感負載的單相橋式全控整流電路 圖 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

13、電流； (i) 晶閘管V -1 , V -4上的電壓電路如圖2 a) 所示。為便于討論，假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)。（1）工作原理：在u2正半周期，觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud = u2負載中有電感存在使負載電流不能突變，電感對負載電流起平波作用，假設負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線，其波形如圖2 e) 所示。u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id并不關斷。至t時刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導通。VT2和VT3導通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關斷

14、，流過VT1和VT4的電流迅速轉移到VT2和VT3上，此過程稱為換相，亦稱換流。至下一周期重復上述過程，如此循環(huán)下去。(2) ud波形如 圖2（d)所示，其平均值為:當= 0時，Ud0= 0.9 U2。= 90o時，Ud = 0。角的移相范圍為90o。單相橋式全控整流電路帶阻感負載時，晶閘管VT1、VT4兩端的電壓波形如圖2 i)所示，晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。 晶閘管導通角與無關，均為180o，其電流波形如圖2 b)所示，平均值和有效值分別為： 和 變壓器二次電流 i2的波形為正負各180o的矩形波，其相位由角決定，有效值I2= Id。2.2.2原理圖分析：在單相橋式全控整流電路中，

15、晶閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3組成另一對橋臂。在U2正半周，若4個晶閘管均不導通，負載電流Id為零，也為零，VT1和VT4串聯(lián)承受電壓U2。若在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導通，電流從電源a端經VT1、R、VT4流回電源b端。當u2過零時，流經晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關斷。在u2負半周，仍在觸發(fā)角處觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導通，電流從電源b端流出，經VT3、R、VT2流回電源a端。到u2過零時，電流又降為零，VT2和VT3關斷。此后又是VT1和VT4導通，如此循環(huán)的工作下去，晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和。由于在交流電

16、源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，故該電路為全波整流。在一個周期內，整流電壓波形脈動2次，脈動次數多于半波整流電路，該電路屬于雙脈波整流電路。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，如圖2.2所示，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器繞組的利用率也高。 整流電壓平均值為： U2sintd(t)= 2 U2=0時，。=時，?？梢姡堑囊葡喾秶鸀?。向負載輸出的直流電流平均值為： = =0.9 U2晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3輪流導電，流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即 為選擇晶閘管、變壓器容量、導線截面積等定額，需考慮發(fā)熱問題，

17、為此需計算電流有效值。流過晶閘管的電流有效值為= 變壓器二次電流有效值與輸出直流電流有效值I相等，為由上面的公式可知 不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為2.3 電路方案說明單相整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式可控整流電路，它們所連接的負載性質不同就會有不同的特點。單相橋式全控整流電路應用廣泛，只用四只晶閘管，一個電阻，一個電感，投資比較少，在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，整流電壓波形脈動次數多于半波整流電路。變壓器而次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器繞組的利用率高。單相橋式全控橋整流電路與半波整流電路相比較

18、：（1） 的移相范圍相等，均為0180 。（2） 輸出電壓平均值Ud是半波整流電路的2倍。（3） 相同的負載功率下，流過晶閘管的平均電流減小一半。（4） 功率因數提高了1.414倍。 單相橋式全控整流電路與單相全波整流電路相比較：（1）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。（2）在相同的負載下流過晶閘管的平均電流減小一半。（3）且功率因數提高了一半。第三章 觸發(fā)電路31同步觸發(fā)電路1、單結晶體管觸發(fā)電路利用單結晶體管(又稱雙基級二極管)的負阻特性和RC的充放電特性，可組成頻率可調的自激振蕩電路，如圖3-1 所示。圖中V6 為單結晶體管，其常用的型號有BT33 和BT35 兩種，由

19、等效電阻V5 和C1 組成組成RC 充電回路，由C1-V6-脈沖變壓器組成電容放電回路，調節(jié)RP1 即可改變V5 的等效電阻。圖3-1 單結晶體管觸發(fā)電路原理圖工作原理簡述如下：由同步變壓器副邊輸出60V 的交流同步電壓，經VD1 半波整流，再由穩(wěn)壓管V1、V2 進行削波，從而得到梯形波電壓，其過零點與電源電壓的過零點同步，梯形波通過R7 及等效可變電阻向電容C1 充電，當充電電壓達到單結晶體管的峰值電壓UP 時，單結晶體管V6 導通，電容通過脈沖變壓器原邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時由于放電時間常數很小，C1 兩端的電壓很快下降到單結晶體管的谷點電壓Uv，使V6 關斷，C1 再次充電，

20、周而復始，在電容C1 兩端呈現(xiàn)鋸齒波形，在脈沖變壓器副邊輸出尖脈沖。在一個梯形波周期內，V6 可能導通、關斷多次，但對晶閘管的觸發(fā)只有第一個輸出脈沖起作用。電容C1 的充電時間常數由等效電阻等決定，調節(jié)RP1 可實現(xiàn)脈沖的移相控制。單結晶體管觸發(fā)電路的各點波形如圖3-2 所示圖3-2 單結晶體管觸發(fā)電路各點的電壓波形2、正弦波同步移相觸發(fā)電路正弦波同步移相觸發(fā)電路由同步移相、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成，其原理如圖3-3 所示。圖3-3 正弦波同步移相觸發(fā)電路原理圖同步信號由同步變壓器副邊提供。三極管V1 左邊部分為同步移相環(huán)節(jié)，在V1 的基極綜合了同步信號電壓UT、偏移電壓Ub 及控制電壓Uct（RP

21、1 電位器調節(jié)Uct ，RP2 調節(jié)Ub）。調節(jié)RP1 及RP2 均可改變V1 三極管的翻轉時刻，從而控制觸發(fā)角的位置。脈沖形成整形環(huán)節(jié)是一分立元件的集基耦合單穩(wěn)態(tài)脈沖電路，V2 的集電極耦合到V3 的基極，V3 的集電極通過C4、RP3 耦合到V2 的基極。當V1 未導通時，R6 供給V2 足夠的基極電流使之飽和導通，V3 截止。電源電壓通過R9、T1、VD6、V2 對C4 充電至15V 左右，極性為左負右正。當V1 導通的時候，V1 的集電極從高電位翻轉為低電位，V2 截止，V3 導通，脈沖變壓器輸出脈沖。由于設置了C4、RP3 阻容正反饋電路，使V3 加速導通，提高輸出脈沖的前沿陡度。同

22、時V3 導通經正反饋耦合，V2 的基極保持低電壓，V2 維持截止狀態(tài)，電容通過RP3、V3 放電到零，再反向充電，當V2 的基極升到0.7V 后，V2 從截止變?yōu)閷ǎ琕3 從導通變?yōu)榻刂?。V2 的基極電位上升0.7V 的時間由其充放電時間常數所決定，改變RP3 的阻值就改變了其時間常數，也就改變了輸出脈沖的寬度。正弦波同步移相觸發(fā)電路的各點電壓波形如圖3-4 所示。電位器RP1、RP2、RP3 均已安裝在面板上，同步變壓器副邊已在內部接好，所有的測試信號都在面板上引出。圖3-4 正弦波同步移相觸發(fā)電路的各點電壓波形3單結晶體管的工作原理和特性曲線單結晶體管的發(fā)射極電流與EB間電壓的關系曲線稱

23、為單結晶體管伏安特性曲線，特性曲線的測試電路如圖3.5所示，方框內為單結晶體管的等效電路。圖3.5 單結 HYPERLINK /show.aspx?id=325913&cid=177 o 晶體管 晶體管特性曲線的測試單結晶體管的伏安特性曲線，如圖3.5所示，可分成3個區(qū)域：（1）截止區(qū)：當電壓 UEB1UA+UD(on)時，二極管 D處于反向偏置，電流 iE 很小，故稱這段區(qū)域為截止區(qū)。（2）負阻區(qū)：當增加到PN結開始導通的峰點電壓 UP時，即 HYPERLINK /show.aspx?id=325787&cid=178 o 二極管 二極管D導通。此時，空穴濃度很高的P區(qū)向電子濃度很低的N型基

24、區(qū)注入大量空穴載流子，使 RB1減小，由式（3.2）可知，UA下降，iE增大。而UA的降低，又使PN結正偏增加，iE的增大使RB1進一步減小直至點，形成正反饋，即出現(xiàn)了如PV段所示特性。由于動態(tài)電阻為負值，故PV段稱為負阻區(qū)。V點電壓UV稱谷點電壓，電流IV稱為谷點電流。（3）飽和區(qū)：達到V點以后，當iE增加時，UEB1也有所增加。這是由于P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴濃度已達到飽和程度，RB1不會繼續(xù)減小，恢復正阻特性。所以把V點以后的區(qū)域稱為飽和區(qū)。3.2、單結晶體管振蕩電路 1、如下圖所示，它能產生一系列脈沖，用來觸發(fā)晶閘管。（a）電路圖 (b)波形圖 （3.6）單結管振蕩電路及波形2.當合上開關

25、S后，電源通過R1、R2加到單結管的兩個基極上，同時又通過R、RP向電容器C充電，uC按指數規(guī)律上升。在uC（uC=uE ）-Uc,T5又重新導通，使T7、T8截止，輸出脈沖終止。輸出、脈沖前沿由T4導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數R11C3有關。3.6、雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)產生雙脈沖的方法有兩種，一種是每個觸發(fā)電路有每個周期內只產生一個脈沖，脈沖輸出電路同時觸發(fā)兩個橋臂的晶閘管，這稱為外雙脈沖觸發(fā)。另一種方案是每個觸發(fā)電路在一個周期內連續(xù)出現(xiàn)個相隔60的窄脈沖，脈沖輸出電路只觸發(fā)一個晶閘管，這稱為內雙脈沖觸發(fā)。內雙脈沖是目前應用最多的一種觸發(fā)方式。T5、T6構成或門。當T5、T6都導

26、通時，T7、T8截止，沒有脈沖輸出。只要T5、T6有一個截止，都會使T7、T8導通，有脈沖輸出。所以只要用適當的信號來控制T5或T6的截止，就可以主生符合要求的脈沖。其中，第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的對應的控制角所產生，使T4由截止變?yōu)閷ǎ琓5瞬時截止，于是T8輸出脈沖。相隔60的第二個脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元主生，使T6瞬時截止，于是本相觸發(fā)單元的T8管又導通，第二次輸出一個脈沖，因現(xiàn)時得到間隔60的雙脈沖。其中D4和R17和作用主要是防止雙脈沖信號互相干擾。其連接框圖如圖所示。 在三相橋式全控整流電路中，器件的導通次序為T1T2T3T4T5T6，彼此間隔60。本相觸發(fā)電路輸出脈

27、沖時X端發(fā)出信號給相鄰前相觸發(fā)電路Y端，使前相觸發(fā)電路補發(fā)一個脈沖。3.7、同步變壓器在晶閘管裝置中，送到主電路各晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽極電壓之間必須保持正確的相位關系，才能保證裝置正常工作。觸發(fā)脈沖只有在晶閘管陽極電壓為正的區(qū)間內出現(xiàn)，晶閘管才能被觸發(fā)導通。鋸齒波同步觸發(fā)電路產生觸發(fā)脈沖的時刻，必須根據被觸發(fā)的晶閘管陽極電壓相位，以使觸發(fā)電路在晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。所以，通過使用同步變壓器，使主電路的電壓相位與觸發(fā)電路的輸出電壓信號保持了正確的相位關系，從而控制晶閘管的開通時刻，得到可控制的輸出電壓。根據主電路，同步變壓器的接線圖如圖所示。 第第四章 保護電路的設計4.1過電流保

28、護: 當電力電子變流裝置內部某些器件被擊穿或短路；驅動、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負載過載；直流側短路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產生逆變失??；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的過電流保護。采用快速熔斷器作過電流保護，其接線圖（見圖4.1）。熔斷器是最簡單的過電流保護元件，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

29、里就應用這一方法快熔抑制過電流電路圖如下圖所示：圖4.1 快速熔斷器的接入方法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：直流負載側有故障時動作，元件內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保護。常見的電子保護原理圖如4.2所示圖4.2過流保護原理圖 當熔和晶閘管串聯(lián)使用時，快熔的額定電壓應大于線路正常工作電壓的有效值，快熔的額定電流是用有效值來表示的，一般可按下式選?。?1.57IT 式中， 晶閘管的實際工作電流有效值；

30、IT晶閘管的額定電流。因為晶閘管的額定電流 IT =2A所以 1.57IT=1.572A=3.14A所以所選熔斷器為： RS13 六個。4.2過電壓保護: 設備在運行過程中，會受到由交流供電電網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4.3和圖4.4圖4.3阻容三角抑制過電壓 圖4.4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。常見的電子保護原圖如圖4.5所示：圖4.5過電壓保護電路根據資料書上的資料，我們采用阻容保護(圖4.3)，在變壓

31、器副邊電路兩端并聯(lián)電阻R和電容C，利用電容兩端的電壓不能夠突變的特性，可以有效的抑制變壓器繞組中的過電壓，串聯(lián)電阻能夠消耗部分過電壓能量。同時抑制LC回路的振蕩。 單相阻容保護的計算公式如下：S ：變壓器每相平均計算容量（VA）U：變壓器副邊相電壓有效值（V）%: 變壓器激磁電流百分值%: 變壓器的短路電壓百分值。當變壓器的容量 在（101000）KVA里面取值時i%=（410）在里面取值，U%=（510）里面取值。電容C的單位為F，電阻的單位為歐姆電容C的交流耐壓1.5UU為正常工作時阻容兩端交流電壓有效值。 第五章、元器件的選用5.1.主電路元器件的選用（1）.整流器的選用1二次相電壓U2

32、的計算 二次側相電壓U2=(Udmax+Rid+nUvT)/A(COSmin-CUkI2/I2N) 式（51）。或簡化為U2=（1.21.5）Udmax/A 式（52）.其中在（51）中：Id為電動機額定電流，R為整流變壓器內阻和平波電抗器電阻之和，nUvT為主電路中電流經過幾個串聯(lián)晶閘管的正向壓降。A為=0時Ud與U2之比，對于三相橋式A=2.34。C為短路連接方式系數，對于三相橋式C=0.5。為電網波動系數，一般區(qū)0.9。min為最小控制角，一般可逆系統(tǒng)min=3035。Uk為變壓器短路電壓比，在10060W以下，Uk取0.05。根據設計要求得：忽略變壓器和平波電抗器R，取=30，UvT=

33、1V，n=2,I2/I2n=1,Udmax=UN=220V,A=2.34,C=0.5,Uk=0.05,代入式（51）得：U2=（220+21）/2.340.9（0.866-0.50.051）=125V 實取U2=140V。2二次側相電流I2和一次側電流I1的計算對于三相全控橋有Id/I2=1.22 式（53） I1=Ki1Id/K 式（54） 其中Ki1為計算系數取0.816，K是變比系數。 由式（53），Id取電動機額定電流305A， 進而可知I2=Id/1.22=305/1.22=250A. 由二次側電壓U2=140V，可知K=U1/U2=380/140=2.714。 由式（54），I1=

34、0.816305/2.714=92A。3.變壓器容量 S1=m1U1I1 式（55） S2=m2U2I2 式（56） S=1/2（S1+S2） 式（57）其中m1,m2分別是一次側，二次側整流變壓器的相數。代入式（55），（56），（57）有 S1=3220158.5105KVA S2=3140250=105KVA S=105KVA從上述 數據有：表5.1 變壓器參數相數接線容量 （KVA）一次側電壓 （V）一次側電流（A）二次側電壓 （V）二次側電流 （A） 3D，Ya11105220 92 140 250（2）晶閘管參數的計算1.晶閘管額定電流：ITN=（1.52）KfbId 式（58）其

35、中Kfb為計算系數，取Kfb=0.368代入式（58）得，ITN=264352A取ITN=300A2.晶閘管額定電壓：UTN=（23）6U2=685.8571028.78所以有晶閘管的型號為KP300-10D。（3）電抗器的選擇電抗器的的主要參數有流過電抗器的電流和電抗器的電感量。前者一般是已知的，因此電抗器的參數主要是電感量的計算。限制輸出電流脈動的電感量LmLm=(Udm/U2)1000/2fdU2/SiId(mH) 式（59）在式中U2為電源相電壓有效值；fd為輸出電流的最低斜波頻率，和主電路有關，對于三相電路，取300；Udm為最低斜波頻率的電壓幅值；Si為脈動系數。Si取0.1，U2

36、=220V。計算得： Lm=0.81000220/（23.143000.1305）=3.06（mH）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量LlLl=KlU2/Idmin(mH) 式（510）式中K1為與整流電路有關的系數，對于三相橋式K1取0.693；U2為變壓器二次側相電壓。Idmin為電路所需的最低電流，一般為5%10%Id。在此取10%。由式（510）得： L1=0.693140/（0.1305）=3.18(mH)3.電動機電感量LD和變壓器漏電感LB電動機電感量LD可按下式計算 LD=KDUD/（2pnId）1000（mH） 式（511）式中UD為電動機額定電壓；Id為電動機的額定電流；n為電動機

37、的額定轉速；p是電動機的磁極對數；KD是計算系數，對于一般無償電動機KD=812，在此取10；P取2。由（511）LD=102201000/（223051000）=1.8（mH）變壓器漏電感LB計算如下 LB=KBUk U2/Id 式（512）其中KB為與電路形式有關的系數；U2為變壓器二次側相電壓的有效值；Uk為變壓器短路電壓比。在此KB取3.9，Uk=0.05。由式（512）計算得： LB=3.90.05140/305=0.0895 （mH）實際串入電抗器的電感量限制電流脈動時的實際電感量 Lma=Lm-(2LB-LD)=3.06-20.0895-1.8=1.08（mH輸出電流連續(xù)的實際臨

38、界電感量 Lla=Ll-(2LB-LD)=3.18-2取較大者，做為串入電抗器的電感量即1.2mH。5.2.保護電路的參數計算（1）過電壓保護對于過電壓保護包括交流側、直流側、元件保護。交流側保護電源變壓器初級側突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然切斷，鐵心中的磁通在短時間內變化很大，因而在變壓器的次級感應出很高的瞬時過電壓，這種過電壓可用阻容保護。由于電容兩端的電壓不能突變，可以限制變壓器次級的電壓變化率，因而限制了瞬時電壓上升的水平。電容器把變壓器鐵心的磁能轉化成電容電能。串聯(lián)的電阻可以消耗部分能量，并可抑制LC回路的振蕩。 變壓器一次側阻容吸收裝置變壓器每相平均容量： S=1/3S變=35K

39、VA。阻容值可用下式計算 C6i0%S/U22 （vF） 式（513） R2.3U22Uk%/i0%/S 式（514）式中 S變壓器每相平均計算容量（VA） U2變壓器次級相電壓有效值（V） i0%變壓器勵磁百分數，101000KVA的變壓器，對應的i0%=104； Uk%變壓器的短路比，101000KVA的變壓器，對應的Uk%=510。在此取i0%=5，Uk%=5。代入式（513） C16535103/3802=7.3(vF)由（514）得： R12.3 3802/（35103）=9.49實取C=10vF, R=10。電容C1的耐壓值1.5UC。Uc=380VUC是阻容兩端在正常工作時交流電

40、壓的有效值。Ic2fUC10-6=1.19A。所以有電容C1的耐壓值1.5UC=1.5380=570V電阻功率PR=(34)IcR=41.19210=56.65一次側阻容裝置為10vF,650V,3支，繞線電阻取10，100，3支。 變壓器二次側阻容吸收裝置因為三相二次側是Y接，阻容接法是接法。所以有C21/3（6i0%S/U22 ） （vF）式（515） R232.3U22（Uk%/i0%）/S 式（516）代入式（515）得： C21/36535103/1402=17.86（vF）代入式（516）得： R232.3U221/35103=3.864 實取C2=20（vF），R2=4。 取其耐

41、壓值1.5Uc=1.53140=364V Ic2fUC10-6=23.14314010-6=1.52A PR2=441.522=37。實取變壓器二次側電容：20Vf，630V。電阻為4，503支。 壓敏電阻的保護 壓敏電阻是一種非線性電阻，具有正反向相同且很陡的伏安特性，抑制過電壓能力強，反應速度快，本身體積小，是目前較好的過電壓保護元件，她的主要缺點是：持續(xù)的平均功率小。 壓敏電阻的額定電壓U1MA/（0.80.9）（壓敏電阻承受的額定電壓峰值） 式（517）式中： 電網電壓升高系數，一般取1.081.10； 系數（0.80.9）考慮U1MA下降10%而通過壓敏電阻仍保持在1mA以下，以及考慮整流裝置允許過電壓的系數。代入（517）有：U1MA=419472V所以取的壓敏電阻為： MY31440/3 取3支，額定電壓440V，逆流容量3KA。（2） 直流側過電壓保護以電動機為負載時，變流裝置的直流側也會產生過電壓，當直流端設置的快速開關，突然切斷過載電流時，電源變壓器中儲存能量的釋放也會產生過電壓。雖然交流側過電壓保護可以起到抑制過電壓的作用，但過載時變壓器所儲存能量比空載時要大，這種過電壓仍會通過導通的晶閘管反映到直流側。 采用壓敏電阻保護，有：MY31440/3 取3支，額定電壓440V，逆流容量3KA。（