《单相全控桥式整流电路的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相全控桥式整流电路的设计.docx（28页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、目 录第 1 章绪论2第 2 章方案的选择与整流器主电路设计3 2.1方案的选择.32.2整流器主电路设计.6第 3 章电路参数计算和元件选取83.1二次侧相电压 U27.83.2二次侧相电流 I2、一次侧相电流 I1123.3变压器的容量123.4参数计算123.5晶闸管的选择15第 4 章单相桥式整流电路的性能指标分析16 4.1整流输出电压的平均值184.2纹波系数.19第 5 章晶闸管触发电路设计205.1晶闸管触发电路应满足的要求215.2晶闸管触发电路的选择235.3触发电路及工作原理115.3.1把握角 a115.3.2 同步脉冲形成电路145.4驱动电路.145.5软件设计14
2、第 6 章保护电路的设计14第 7 章试验与仿真.147.1 仿真模型147.2仿真结果.14第 8 章设计总结与体会15第 9 章参考文献30附录 A：电路原理图附录 B：原器件清单附录 C：程序清单第 1 章 绪 论1.1 什么是整流电路整流电路rectifying circuit把沟通电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调整、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20 世纪 70 年月以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的沟通
3、成分。变压器设置与否视具体状况而定。变压器的作用是实现沟通输入电压与直流输出电压间的匹配以及沟通电网与整流电路之间的电隔离。可以从各种角度对整流电路进展分 类，主要的分类方法有：按组成的期间可分为不行控，半控，全控三种；按电路的构造可分为桥式电路和零式电路；按沟通输入相数分为单相电路和多相电路； 按变压器二次侧电流的方向是单向还是双向，又可分为单拍电路和双拍电路.1.2 整流电路的进展与应用电力电子器件的进展对电力电子的进展起着打算性的作用，因此不管是整流器还是电力电子技术的进展都是以电力电子器件的进展为纲的， 1947 年美国贝尔试验室制造了晶体管，引发了电子技术的一次革命；1957 年美国
4、通用公司研制了第一个晶闸管，标志着电力电子技术的诞生；70 年月后期，以门极可关断晶闸管GTO、电力双极型晶体管BJT和电力场效应晶体管power-MOSFET为代表的全控型器件快速进展，把电力电子技术推上一个全的阶段； 80 年月后期，以绝缘极双极型晶体管 IGBT为代表的复合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。另外，承受全控型器件的电路的主要把握方式为PWM 脉宽调制式，后来，又把驱动，把握，保护电路和功率器件集成在一起， 构成功率集成电路PIC,随着全控型电力电子器件的进展，电力电电路的工作频率也不断提高。同时。电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术
5、便应运而生，零电压开关ZVS和零电流开关ZCS把电力电子技术和整流电路的进展推向了的高潮。1.3 本设计的简介随着科学技术的日益进展 ,人们对电路的要求也越来越高 ,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路构造简洁、把握便利、性能稳定,利用它可以便利地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角 的增大，电流中谐波重量相应增大，因此功率因素很低。把逆变电路中的 SPWM 把握技术用于整流电路，就构成了PWM 整流电路。通过对PWM 整流电路的适当把握，可以使其输入电流格外接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近
6、似为1。这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景由于电力电子技术是将电子技术和把握技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和把握，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和把握技术有很多相像之处，因此要学好这门课就必需做好试验和课程设计，因而我们进展了此次课程设计。又由于整流电路应用格外广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于夯实根底，故我们单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。第 2 章 方案的选择与整流器主电路的设计2.1 方案的选择单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和
7、单相桥式半控整流电路， 它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作状况。单相半控整流电路的优点是：线路简洁、调整便利。弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大电阻性负载时，且整流变压器二次绕组中存在直流重量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电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。单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路 2 倍，在一样的负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。单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少承受，在中小功率场
8、合承受更多的是单相全控桥式整流电路。依据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路负载为阻感性负载。2.1.1 元器件的选择(1) 晶闸管的介绍:晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流Silicon Controlled Rectifier-SCR，开拓了电力电子技术快速进展和广泛应用的崭时代; 20 世纪 80 年月以来，开头被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作牢靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、沟通调压、直流变换等领域，成为功率低频200Hz 以下装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种根本类型-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(2) 晶
9、闸管的构造晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必需安装散热器。外行 : 螺栓型和平板型两种封装引出阳极 A、阴极 K 和门极或称栅极G 三个联接端。对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器严密联接且安装便利平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。内部构造:四层三个结如图 2.1.1图2.1.1 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3晶闸管的工作原理图晶闸管由四层半导体 P1、N1、P2、N2组成，形成三个结 J1P1N1、J23N1P2、J P2N2，并分别从 P1、P2、N2引入A、G、K 三个电极，如
10、图 1.2(左)所示。由于具有集中工艺，具有三结四层构造的一般晶闸管可以等效成如图111- 21222.1.1.2右所示的两个晶闸管 T P -N P 和N -P -N 组成的等效电路。图 2.1.1.2 晶闸管的内部构造和等效电路晶闸管的驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流的电路称为门极触发电路。也正是由于能过门极只能把握其开通，不能把握其关断，晶闸管才被称为半控型器件。2.1.2 整流电路我们知道，单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的构造也是比较多的。因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案：方案一：单相桥式半控整流电路电路简图如 2.1.2a：图 2.1.2a 单相桥式
11、半控整流电路对每个导电回路进展把握，相对于全控桥而言少了一个把握器件，用二极管代替， 有利于降低损耗！假设不加续流二极管，当突然增大至 180或动身脉冲丧失 时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮番导通的状况，这使 ud 成为正弦半波，即半周期ud 为正弦，另外半周期为ud 为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不行控整流电路时的波形，即为失控。所以必需加续流二极管，以免发生失控现象。方案二：单相桥式全控整流电路电路简图如 2.1.2b：图 2.1.2b 单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进展把握，无须用续流二极管，也不会失控现象
12、， 负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，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。方案三：单相半波可控整流电路： 电路简图如 2.1.2c：图 2.1.2c 单相半波可控整流电路此电路只需要一个可控器件，电路比较简洁，VT 的 a 移相范围为 180 。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流重量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。方案四：单相全波可控整流电路： 电路简图如 2.1.2d：图 2.1.2d 单相全波可控整流电路此电
13、路变压器是带中心抽头的，构造比较简洁，只要用 2 个可控器件，单相全波只用 2 个晶闸管，比单相全控桥少2 个，因此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少 2 个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的 2 倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大电阻性负载时，且整流变压器二次绕组中存在直流重量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电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。一样的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路 2 倍，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。
14、依据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路负载为阻感性负载。综上所述，针对他们的优缺点，我们承受方案二，即单相桥式全控整流电路。2.2 整流器主电路设计2.2.1 系统原理方框图：系统原理方框图如 2.2.1 所示：图 2.2 系统原理方框图整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。依据设计任务， 在此设计中承受单相桥式全控整流电路接电阻性负载。2.2.2 主电路设计主电路原理图如 2.2.2a 所示图 2.2.2a 主电路原理图图 2.4 主电路工作波形图主电路工作波形如图 2.2.2b 所示电路如图 2.2.2a 和图 2.2.2b 所示。为便于争论，假设电路已工作于稳
15、态。(1) 工作原理在电源电压u 正半周期间，VT1、VT2 承受正向电压，假设在wt = a 时触发，2VT1、VT2 导通，电流经VT1、负载、VT2 和 T 二次侧形成回路，但由于大电感的存在， u2过零变负时，电感上的感应电动势使 VT1、VT2 连续导通，直到 VT3、VT4 被触发导通时，VT1、VT2 承受反相电压而截止。输出电压的波形消灭了负值局部。在电源电压u2 负半周期间，晶闸管 VT3、VT4 承受正向电压，在wt = p +a 时触发，VT3、VT4 导通，VT1、VT2 受反相电压截止，负载电流从VT1、VT2 中换流至 VT3、VT4 中在wt = 2p 时，电压u
16、2 过零，VT3、VT4 因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期 VT1、VT2 导通时，VT3、VT4 因加反向电压才截止。值得留意的是，只有当a p 2 时，负载电流id 才连续，当a p 2 时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路把握角的移相范围是0 - p 2 。第 3 章 电路参数计算和元件选取3.1 整流电路参数计算1整流输出电压的平均值可按下式计算U= 1dp p +a2Ua2sin wtd (wt )= 22pUcosa = 0.9U22cosa 3.1.1当 =0 时，U取得最大值 100V 即U= 0.9 U =100V 从而得出U =111V，
17、dd22 =90o 时，U=0。 角的移相范围为 90o。d2） 整流输出电压的有效值为+U =1 p a ( 2Usinwt )2 d (wt )=U=111V3.1.2p a223） 整流电流的平均值和有效值分别为UI=ddRdU= 0.92 cosa3.1.3RdUUI = Rd=23.1.4Rd4) 在一个周期内每组晶闸管各导通 180，两组轮番导通，变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值 Id和有效值 I 相等，其波形系数为 1。流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为：dqp1TI=IdT2pd= 2p I=I2d3.1.52ddqp1TI=IT2pd=2p I=I3.1.
18、65) 晶闸管在导通时管压降 uT =0,故其波形为与横轴重合的直线段； VT1 和VT2 加正向电压但触发脉冲没到时，VT3、VT4 已导通，把整个电压u 2 加到 VT1 或 VT2 上，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于 2U2 ;VT1 和 VT2 反向截止时漏电流为零，只要另一组晶闸管导通，也就把整个电压u2或 VT2 上，故两个晶闸管承受的最大反向电压也为 2U。23.2 元器件选取加到 VT1由于单相桥式全控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。1).晶闸管的主要参数如下：额定电压UTn通常取UDRM和URRM中较小的，再取靠
19、近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的23 倍，以保证电路的工作安全。晶闸管的额定电压 U= minU,UTnDRMRRMU 23UTnTM3.2.1UTM额定电流I：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压IT(AV)T(AV)又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。要留意的是假设晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没超过额定值，但峰值电流将格外
20、大，可能会超过管子所能供给的极限，使管子由于过热而损坏。在实际使用时不管流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效值 I ITMTn的范围。,散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许I：额定电流有效值，依据管子的ITnT(AV)换算出，I、IT(AV)TMI 三者之间的关系：Tn1/ 2p p (Im sin wt) 2 d (wt)02IpI=mTn3.2.2IT ( AV )= 1/ 2p p Imsinwtd (wt) =03.2.3Im2波形系数：有直流重量的电流波形，其有效值IT与平均值ITd之比称为该波形的波形系数，用Kf表示。K= IfIT3.2.4Td2
21、ImpIm2额定状态下， 晶闸管的电流波形系数K=ITn=fI= 1.113.2.5U= 1dp p +a2Ua2T ( AV )2sin wtd (wt )= 2pUcosa = 0.9U22cosa 3.2.6当 =0 时，U取得最大值 100V 即U= 0.9 U =100V 从而得出U =111V，=90o 时，dd22U=0。 角的移相范围为 90o。d2晶闸管承受最大电压为U=2U=TM2400V.晶闸管的选择原则：111V = 157V 考虑到 2 倍裕量，取、所选晶闸管电流有效值 ITn大于元件 在电路中可能流过的最大电流有效值。、 选择时考虑1.52倍的安全余量。即ITn0.
22、707IT(AV)1.52ITMIT ( AV ) (1.5 2) TM3.2.7I1.112由于 I=IT,则晶闸管的额定电流为 IT (AV )=10A(输出电流的有效值为最小值，所以该额定电流也为最小值)考虑到 2 倍裕量,取 20A.即晶闸管的额定电流至少应大于 20A.在本次设计中我选用 4 个 KP20-4 的晶闸管.、 假设散热条件不符合规定要求时，则元件的额定电流应降低使用。 通态平均管压降 UT(AV)。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内阳极与阴极电压的平均值，一般在0.41.2V。 维持电流 IH。指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降到刚好能保
23、持通态所需要的最小通态电流。一般 IH值从几十到几百毫安，由晶闸管电流容量大小而定。 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需的门极电流，一般为毫安级。 断态电压临界上升率du/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。 通态电流临界上升率di/dt。在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上升率。假设晶闸管导通时电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的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。2)、变压器的选取依据参数计算可知:变压器应选变比为2,容量至少为24.2VA。3.
24、3 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输出电压的平均值表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。2） 整流输出电压平均值1U d = p p +a2Ua2sin wtd (wt )= 22pUcosa = 0.9U22cosa3.2.83） 纹波系数纹波系数 K用来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小， 即rUU 2 - U2K=Lr =2d rUUdd第 4 章 驱动电路的设计对于使用晶闸管的电路，在晶闸管阳极加正向电压后，还必需在门极与阴极之间加触发电压，使晶闸管在需要导通的时刻牢靠导通。驱动电路亦称触发电路。依据把握要求打算晶闸管
25、的导通时刻，对变流装置的输出功率进展把握。触发电路是变流装置中的一个重要组成局部，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，牢靠，经济运行的前提。4.1 对触发电路的要求晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求:1） 、触发信号可为直流、沟通或脉冲电压。2） 、触发信号应有足够的功率触发电压和触发电流。3） 、触发脉冲应有确定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能快速上升超过掣住电流而维持导通。4） 、触发脉冲必需与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必
26、需满足电路要求。图 4.1.1 强触发电流波形4.2 晶闸管触发电路类型4.2.1 单结晶体管触发电路1特点：由单结晶体管构成的触发电路具有简洁、牢靠、抗干扰力气强、温度补偿性能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。利用单结晶体管的负阻特性与 RC 电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。2) 组成：由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等局部组成如图 4.2.1 a所示：图 4.2.1 单结晶体管触发电路及波形3) 工作原理：经D D14整流后的直流电源UW，一路经R2、R 加在单结晶体1管两个基极b 、b12之间；另一路通过Re对电容 C 充电、通过单结晶体
27、管放电。把握 BT 的导通、截止；在电容上形成锯齿波振荡电压，在R 上得到一系列前沿1很陡的触发尖脉冲u；如图 4.2.1(b)所示，其振荡频率为：g11f=TR C ln(1)e1 - h(4.1)上式中h = 0.3 0.9 是单结晶体管的分压比，即调整Re ，可调整振荡频率。4) 同步电源：同步电压由变压器 TB 获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。同步电压经桥式整流、稳压管Dw削波为梯形波u，而削波后的最大值UDWW既是同步信号，又是触发电路电源。当u过零DW时，电容C 经 e- b1、R 快速放电到零电压。这就是说，每半周开头，电容C 都1从零开
28、头充电。进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻即把握角 全都，实现了同步。5) 移相把握：当R 增大时，单结晶体管放射极充电到峰点电压U的时间增大，第一个ep脉冲消灭的时刻推迟，即把握角 增大，实现了移相。锯齿波形成电路由T 、T 、l2T 和C32等元件组成，其中T 、DlW、R和RW23为一恒流源电路。T2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电，所以C2两端电压uc为：u=1cC Idt=1 cI 1 c tC图 4.2.3 同步信号为锯齿波的触发电路当T 导通时，由于R24阻值很小，所以C2快速放电，使ub3电位快速降压。当T 周期性地导通和关断时， u2b3便形成一锯齿波，
29、同样ue3也是一个锯齿波电压，射极跟随器T3的作用是减小把握回路的电流对锯齿波电压的影响。调节电位器RW2，即转变C2的恒定充电电流I1c，可调整锯齿波斜率。同步移相环节初始位，T4基极电位由锯齿波电压uh、把握电压uco、直流偏移电压u 三p者共同打算。假设u=0， u 为负值时， u点的波形由u + u 确定。copb4hp当u为正值时，ucob4点的波形由uh+ u + upco确定。ub4电压等于 0.7V 后，T4导通， T4经过 M 点时使电路输出脉冲。之后始终被钳位在 0.7V。M 点是T 由截4止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。因此当u 为某固定值时，转变u便可转变 M 点的
30、时间坐标，即转变了脉pco冲产生的时刻，脉冲被移相。可见，加u 的目的是为了确定把握电压u=0 时pco脉冲的初始相位。4.2.2 KC04 集成移相触发器 KC04 集成移相触发器可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几局部电路。图 4.2.4同步电路由晶体管Tl T 等元件组成。正弦波同步电压 u4T经限流电阻加到T 、T 基极。在u 正半周，T 截止，T 导通，D 导通，T得不到足够的基极电l2T2l14压而截止。在u的负半周， T 截止， T 、T 导通， D 导通， T同样得不到足Tl2324够的基极电压而截止。在上述u的正、负半周内，当| u |0.7V 时，T 、T
31、、TTsl23均截止， D 、D12也截止，于是T4从电源+15V 经R 、R34获得足够的基极电流而饱和导通，形成上图所示的与正弦波同步电压uT同步的脉冲u。c41 主电路图 4.2.5KC04 组成的移相式触发电路及各点电压波形图主电路为图 3.2.2 同步触发电路，且移相范围要求180.由于锯齿波底宽为 240，考虑到两端的非线性，故取 30210作为 0180的移相区间。以 A 相晶闸管 Tl 为例时，触发电路产生的触发脉冲应对准相电压自然换流点，即对准相电压为 30时刻。这说明，锯齿波的起点正好是相电压的上升过零点，即把握锯齿波电路的同步电压应与晶闸管阳极电压相位上相差 180。3.
32、3 触发电路工作原理为保证触发电路和主电路频率全都，利用一个同步变压器，将其一次侧接入为主电路供电的电网，由其二次侧供给同步电压信号，这样，由同步电压打算的触发脉冲频率与主电路晶闸管频率始终是全都的。触发电路的定相由多方面的因素确定，主要包括相控电路的主电路构造、触发电路构造等。只有依据各晶闸管供电电压的相位正确打算各触发电路同步电压u 的相位，才能保证各晶闸管有一样的把握角，一样的输出电压波形。正确TS选择同步电压相位，叫做晶闸管电路的同步或定相，它是变流装置设计、安装、调整、维护中的重要问题。锯齿波同步触发电路的同步电压 uTS和晶闸管的供电电压之间的相位关系分析如下：晶闸管的供电电压如图
33、 3.4.1 所示，据单相电路要求移相范围 001800，即要求触发电路在正半波范围内发出脉冲。因此，正半波范围内应存在锯齿波的上升段，锯齿波的宽度为 2400，见图 3.4.2 所示。图 4.2.6 晶闸管的供电电压第 5 章 保护电路的设计相对于电机和继电器，接触器等把握器而言，电力电子器件承受过电流和过电压的力气较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。但又不能完全依据装置运行时可能消灭的临时过电流和过电压的数值来确定器件参数，必需充分发挥器件应有的过载力气。因此，保护就成为提高电力电子装置运行牢靠性必不行少的重要环节。5.1 主电路的过电压保护所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值
34、超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压，其电路图见图5.1.1图5.1.1过压保护电路产生过电压的缘由一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器，以保护变压器本身的安全；而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过电 压，一般发生在沟通侧、直流侧和器件上，因而，下面介绍单相桥式全控整流主电路的电压保护方法。5.1.1 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断，铁芯中的磁通在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时电压。保护方法：阻容保护5.1.2
35、 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熔断时，由于直流住电路电感中储存能量的释放，会在电路的输出端产生过电压。保护方法：阻容保护图 5.1.2 主电路的过电压保护5.2 晶闸管的保护电路5.2.1 晶闸管过电压保护过电流保护第一种是承受电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发把握系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。其次种是在适当的地方安装保护器件，例如，R-C 阻容吸取回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。我们这次的课程设计承受的是其次种保护电路。1 晶闸
36、管变流装置的过电流保护晶闸管变流装置运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流，过电流分过载和短路两种状况，由于晶闸管的热容量较小，以及从管心到散热器的传导途径中要患病到一系列热阻，所以一旦过电流，结温上升很快，特别在瞬时短路电流通过时，内部热量来不及传导，结温上升更快，晶闸管承受过载或短路电流的力气主要受结温的限制。可用作过电流保护电路的主要有快速熔断器，直流快速熔断器和过电流继电器等。在此我们承受快速熔断器措施来进展过电流保护。图 5.2.1a 过电流保护承受快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。在选择快熔时应考虑：1） 电压等级应依据熔断后快熔实际承受的电压来确
37、定。2） 电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。快熔一般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧沟通母线或直流母线中。3） 快熔的 I 2 t 值应小于被保护器件的允许 I 2 t 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。由于晶闸管的额定电流为 10A,快速熔断器的熔断电流大于 1.5 倍的晶闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为 15A。2晶闸管变流装置的过电压保护电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部缘由，内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，过电压
38、保护有避雷器保护，利用非线性过电压保护元件保护，利用储能元件保护，利用引入电压检测的电子保护电路作过电压保护。在此我们承受储能元件保护即阻容保护。图 5.2.1b 晶闸管的过电压保护单相阻容保护的计算公式如下：C6i % S0U 2U 22SU%Ki %02R 2.35.15.2S:变压器每相平均计算容量VAU ：变压器副边相电压有效值V2i %:变压器激磁电流百分值0U %：变压器的短路电压百分值。k当变压器的容量 在10-1000KVA 里面取值时 i0%=410在里面取值，Uk%=510里面取值。电容 C 的单位为 F，电阻的单位为欧姆电容 C 的沟通耐压1.5UeU ：正常工作时阻容两
39、端沟通电压有效值。e依据公式算得电容值为 4.8 F,沟通耐压为 165V，电阻值为 12.86 ， 在设计中我们取电容为 5 F，电阻值为 13 。5.2.2 电流上升率 di/dt 的抑制晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极外表较小的区域，局部电流密很大，然后以 0.1mm/s 的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，假设晶闸管开通时电流上升率 di/dt 过大，会导致 PN 结击穿，必需限制晶闸管的电流上升率使其在适宜的范围内。其有效方法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如 5.2.2 图所示:图 5.2.2 串联电感抑制回路5.2.3 电压上升率 du/dt 的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率 du/dt 也应有所限制,假设 du/dt 过大由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断力气下降，严峻时引起晶闸管误导通。为抑制 du/dt 的作用，可以在晶闸管两端并联 R-C 阻容吸取回路。如图 5.2.3 所示：图 5.2.3 并联 R-C 阻容吸取回路第 6 章 系统原理电路图及调试6.1 系统原理电路图6.2 系统的调试图 6.1 系统原理电路图6.2.1 触发电路的调试1将 DJK01 电源把握屏的电源选择开关打到“直流