三相橋式整流電路.doc

三相橋式整流電路設(shè)計(jì)1 原理及方案1.1原理 三相橋式全控整流電路系統(tǒng)通過(guò)變壓器與電網(wǎng)連接，經(jīng)過(guò)變壓器的耦合，晶閘管主電路得到一個(gè)合適的輸入電壓，使晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分。保護(hù)電路采用RC過(guò)電壓抑制電路進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，利用快速熔斷器進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。采用鋸齒波同步KJ004集成觸發(fā)電路，利用一個(gè)同步變壓器對(duì)觸發(fā)電路定相，保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，觸發(fā)晶閘管，使三相全控橋?qū)⒔涣髡鞒芍绷鳎瑤?dòng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。1.2方案設(shè)計(jì)整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用廣泛。當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈沖較小時(shí)，應(yīng)采用三相整流電路，其交流測(cè)由三相電源供電。三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式全控整流電路。本設(shè)計(jì)要求整流電路帶直流電機(jī)負(fù)載，希望獲得的直流電壓脈沖較小，所以用三相全波整流比較合理。三相橋式全控和三相橋式半控是常見(jiàn)的三相橋式可控全波整流電路。三相半控橋式整流電路適用于中等容量的整流裝置或不要求可逆的電力拖動(dòng)中，它采用共陰極的三相半波可控整流電路與共陽(yáng)極接法的三相半波不可控整流電路串聯(lián)而成，電路兼有可控與不可控兩者的特性。共陽(yáng)極組的三個(gè)整流二極管總是在自然換流點(diǎn)換流，使電流換到陰極點(diǎn)為更低的一相中去。該電路在使用中需加設(shè)續(xù)流二極管，以避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象，所以電路不具備逆變能力。雖然三相半控電路相應(yīng)觸發(fā)電路較簡(jiǎn)單，但只能用于整流不能用于逆變，現(xiàn)在很少使用。本設(shè)計(jì)選擇使用三相橋式全控整流電路。整流電路的輸入部分是變壓器，作用是降低或減少晶閘管變流裝置對(duì)電網(wǎng)和其它用電設(shè)備的干擾，將整流電路與電網(wǎng)隔離，并將電網(wǎng)電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)檎魉栎斎胫怠Ｕ鞑糠质橇鶄€(gè)晶閘管，是由共陰極的三相半波可控整流電路與共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路串聯(lián)而成。為使整流電路能正常工作，除了要給晶閘管配設(shè)可靠的觸發(fā)電路外，還要有保護(hù)電路，以防止各種原因產(chǎn)生的過(guò)電壓和過(guò)電流影響或損壞晶閘管。另外，在使用晶閘管整流裝置供電時(shí)，其供電電壓和電流中，含有各種諧波成份。當(dāng)控制角增大，負(fù)載電流減小到一定程度時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生電流斷續(xù)現(xiàn)象，造成對(duì)變流器特性的不利影響。當(dāng)負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電流斷續(xù)和直流電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通角減小，整流器等效內(nèi)阻增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，換相條件惡化，并且增加電動(dòng)機(jī)的損耗。因此，需要在直流電路內(nèi)串接平波電抗器，以限制電流的脈動(dòng)分量，維持電流連續(xù)。 結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。整個(gè)設(shè)計(jì)主要分為主電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路三個(gè)部分?？驁D中沒(méi)有表明保護(hù)電路。當(dāng)接通電源時(shí)，三相橋式全控整流電路主電路通電，同時(shí)通過(guò)同步電路連接的集成觸發(fā)電路也通電工作，形成觸發(fā)脈沖，使主電路中晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通工作，經(jīng)過(guò)整流后的直流電通給直流電動(dòng)機(jī)，使之工作。 圖1-1機(jī)構(gòu)框圖2 主電路的設(shè)計(jì)及器件選擇 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定負(fù)載為220V、305A的直流電機(jī)，采用三相整流電路，交流側(cè)由三相電源供電，設(shè)計(jì)要求選用三相橋式全控整流電路供電，主電路采用三相全控橋。2.1 三相全控橋的工作原理如圖2-1所示，為三相橋式全控帶阻感負(fù)載，根據(jù)要求要考慮電動(dòng)機(jī)的電樞電感與電樞電阻，故為阻感負(fù)載。習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管稱為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管稱為共陽(yáng)極組。共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、VT5， 共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1VT2VT3VT4VT5VT6。變壓器為D-Y型接法。變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng) 圖2-1三相橋式全控整流電路帶電動(dòng)機(jī)（阻感）負(fù)載原理圖2.1.1 三相全控橋的工作特點(diǎn) 2個(gè)晶閘管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組 各1個(gè)，且不能為同1相器件。 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極 組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120。共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6， VT5與VT2，脈沖相差180。 ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣, 故該電路為6脈波整流電路。 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。2.1.2 阻感負(fù)載時(shí)的波形分析 三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載供電（即用于直流電機(jī)傳動(dòng)），下面主要分析阻感負(fù)載時(shí)的情況，因?yàn)閹Х措妱?dòng)勢(shì)阻感負(fù)載的情況，與帶阻感負(fù)載的情況基本相同。當(dāng)60度時(shí)，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負(fù)載不同時(shí)，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形與id的波形形狀一樣。而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。圖2-2和圖2-3分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載=0度和=30度的波形。 圖2-2中除給出ud波形和id波形外，還給出了晶閘管VT1電流 iVT1 的波形，可與帶電阻負(fù)載時(shí)的情況進(jìn)行比較。由波形圖可見(jiàn)，在晶閘管VT1導(dǎo)通段，iVT1波形由負(fù)載電流 id 波形決定，和ud波形不同。圖2-3中除給出ud波形和 id 波形外，還給出了變壓器二次側(cè)a相電流 id 的波形，在此不做具體分析。 圖2-2觸發(fā)角為0度時(shí)的波形圖 圖2-3 觸發(fā)角為30時(shí)的波形圖 當(dāng)60度時(shí)，阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。圖2-4給出了=90度時(shí)的波形。若電感L值足夠大，ud中正負(fù)面積將基本相等，ud平均值近似為零。這說(shuō)明，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90度。 圖2-4 觸發(fā)角為90時(shí)的波形圖2.2 參數(shù)計(jì)算2.2.1 整流變壓器的選擇由系統(tǒng)要求可知，整流變壓器一、二次線電壓分別為380V和220V，由變壓器為接法可知變壓器二次側(cè)相電壓為： （公式1） 變比為： （公式2變壓器一次和二次側(cè)的相電流計(jì)算公式為： 公式3 公式4而在三相橋式全控中 公式5 公式6所以變壓器的容量分別如下：變壓器次級(jí)容量為： 公式7變壓器初級(jí)容量為： 公式8變壓器容量為： 公式9即：變壓器參數(shù)歸納如下：初級(jí)繞組三角形接法，；次級(jí)繞組星形接法，；容量選擇為9.46989kW。2.2.2 晶閘管的選擇合理選擇整流晶閘管的主要參數(shù)是晶閘管的額定電壓和額定電流。選用時(shí)，額定電壓要留有一定的安全裕量，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的23倍，即(8)其中，為電路中晶閘管可能承受的電壓峰值，對(duì)于三相全控整流電路：(9)可得：(10)額定電流即通態(tài)平均電流，是按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的。因此在使用時(shí)應(yīng)按照實(shí)際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的熱效應(yīng)相等，即有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管的此項(xiàng)電流定額，并留有一定的裕量。一般取其通態(tài)平均電流為按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.52倍。由公式：(11)式中為晶閘管的電流有效值。對(duì)三相全控整流電路，流過(guò)晶閘管電流的有效值：當(dāng)，(12)當(dāng)，(13)若，則(14)將=220V，=170V代入上式可得，與相矛盾，故，此時(shí)：(15)再次代入和，可得。所以可得各晶閘管電流有效值：2.2.3 平波電抗器的參數(shù)計(jì)算對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載的可控整流電路，為了使晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)即使在最輕負(fù)載下()，也能工作在電流連續(xù)段機(jī)械特性的直線上，要求電樞回路的臨界電感量為(17)其中，為最小負(fù)載時(shí)對(duì)應(yīng)的最小電流，一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的56，則有：(18)將其代入式(17)，可算得平波電抗器電感。3觸發(fā)電路設(shè)計(jì)3.1 觸發(fā)電路的作用及要求晶閘管觸發(fā)電路的形式很多，常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、利用小晶閘管觸發(fā)大晶閘管的觸發(fā)電路等等。晶閘管最重要的特性是可控的正向?qū)ㄌ匦?。?dāng)晶閘管的陽(yáng)極加上正向電壓后,還必須在門(mén)極與陰極之間加上一個(gè)具有一定功率的正向觸發(fā)電壓才能導(dǎo)通。這一正向觸發(fā)電壓是由觸發(fā)電路提供的，根據(jù)具體情況這個(gè)電壓可以是交流、直流或脈沖電壓。由于晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通以后，門(mén)極的觸發(fā)電壓即失去控制作用，所以為了減少門(mén)極的觸發(fā)功率，常常用脈沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖的寬度要能維持到晶閘管徹底導(dǎo)通后才能撤掉。晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的幅值要求是：在門(mén)極上施加的觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流應(yīng)大于產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)，但也不能太大，以免損壞其控制極。在有晶閘管串并聯(lián)的場(chǎng)合，觸發(fā)脈沖的前沿越陡越有利于晶閘管的同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。為了保證晶閘管電路能正常，可靠的工作，觸發(fā)電路必須滿足以下要求：(1)觸發(fā)信號(hào)要有足夠的功率為使晶閘管可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路提供的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流必須大于晶閘管產(chǎn)品參數(shù)提供的門(mén)極觸發(fā)電壓與觸發(fā)電流值，即必須保證具有足夠的觸發(fā)功率。同時(shí)，觸發(fā)信號(hào)也不許超過(guò)規(guī)定的門(mén)極最大允許峰值電壓與峰值電流，以免壞晶閘管的門(mén)極。在觸發(fā)信號(hào)為脈沖形式時(shí)，只要觸發(fā)功率不超過(guò)規(guī)定值，允許觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流的幅值在短時(shí)間內(nèi)大大超過(guò)銘牌規(guī)定值。(2)觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓保持同步為了保證電路的品質(zhì)及可靠性，要求晶閘管在每個(gè)周期都在相同的相位上觸發(fā)。因此，晶閘管的觸發(fā)電壓必須與其主回路的電源電壓保持固定的相位關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)同步。實(shí)現(xiàn)同步的辦法通常是選擇觸發(fā)電路的同步電壓，使其與晶閘管主電壓之間滿足一定的相位關(guān)系。(3)觸發(fā)脈沖要有一定的寬度和前沿陡度為使被觸發(fā)的晶閘管能保持住導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管的陽(yáng)極電流在觸發(fā)脈沖消失前必須達(dá)到擎住電流，此觸發(fā)脈沖應(yīng)具有一定的寬度，不能過(guò)窄。特別地，負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)，電路中電流不能突變，更需要較寬的觸發(fā)脈沖，才可使元件可靠導(dǎo)通。此外，很多晶閘管電路還要求觸發(fā)脈沖具有陡的前沿，以實(shí)現(xiàn)精確的觸發(fā)導(dǎo)通控制。(4)觸發(fā)電路要與主電路保持同步三相橋式半控整流電路的觸發(fā)電路必須將晶閘管的觸發(fā)電路與主電路相結(jié)合，使觸發(fā)脈沖與主電路的相位同步。觸發(fā)電路除了應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致外，還應(yīng)該保證每個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系，稱為觸發(fā)電路的定相。為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個(gè)同步變壓器，將其一次側(cè)接入為主電路的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號(hào)。這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終使一致的。觸發(fā)電路的定相由多方面的因素確定，主要包括相控電路的主電路結(jié)構(gòu)、觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)等。觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。(5)觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)能滿足主電路的要求觸發(fā)脈沖的移相范圍取決于主電路的特點(diǎn)、負(fù)載性質(zhì)及整流電路的用途。例如，單相全控橋電阻負(fù)載要求觸發(fā)脈沖移相范圍為，而電感性負(fù)載時(shí)的移相范圍為。3.2 觸發(fā)電路的選擇 圖3-1是同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路。此電路輸出可為單窄脈沖，也可以為雙窄脈沖，以適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路，例如三相全控橋。電路分為三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移項(xiàng)、同步環(huán)節(jié)。其中，脈沖形成環(huán)節(jié)由晶體管、組成，、起脈沖放大作用。鋸齒波電壓形成采用恒流源電路方案，由、和等元件組成，、和為一恒流源電路。同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS和作用同步開(kāi)關(guān)用的晶體管組成的，同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來(lái)控制的通斷作用，從而保證了處罰脈沖和主電路同步。 隨著集成電路制作技術(shù)的提高，晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及。集成晶閘管觸發(fā)電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。目前國(guó)內(nèi)常用的晶閘管觸發(fā)電路有KJ系列和KC系列。圖3-1 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路圖3-2為KJ004內(nèi)部電路原理圖，從圖中可以看出，它與分立元件的鋸齒波移項(xiàng)觸發(fā)電路相似?？煞譃橥健忼X波形成、移項(xiàng)、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。用3個(gè)KJ004集成塊和一個(gè)KJ041集成塊即可生成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路如圖4所示。圖3-2KJ004內(nèi)部電路原理圖圖3-3 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路以上的觸發(fā)電路均為模擬量的，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，缺點(diǎn)是易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖的不對(duì)稱度較高。TC787觸發(fā)塊也可以提供完全獨(dú)立的六路觸發(fā)脈沖，它主要適用于三相可控硅移相觸發(fā)電路和三相三極管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種調(diào)壓調(diào)速和變流裝置，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬，外接元件少等優(yōu)點(diǎn)；而且裝調(diào)簡(jiǎn)便，使用可靠。只需要一塊這樣的集成電路，就可實(shí)現(xiàn)三相橋式全控整流的三相移相。它總共有18只管腳，管腳排列示意圖如圖3-4所示。 圖3-4 TC787管腳圖圖3-5 TC787內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TC787由三路相同的部分：同步過(guò)零和極性檢測(cè)、鋸齒波形成、鋸齒波比較，經(jīng)過(guò)抗干擾鎖定、脈沖形成等電路形成三相觸發(fā)調(diào)制脈沖或方波，由脈沖分配電路實(shí)現(xiàn)全控、半控的工作方式，再由驅(qū)動(dòng)電路完成輸出驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-5所示，各管腳功能見(jiàn)附錄。三相同步電壓經(jīng)過(guò)T型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入電路，同步電壓的零點(diǎn)設(shè)計(jì)為1/2電源電壓，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)和極性判別電路檢測(cè)出零點(diǎn)和極性后，在Ca、Cb、Cc三個(gè)電容上積分形成鋸齒波。由于采用集中式恒流源，相對(duì)誤差極小，鋸齒波有良好的線性。鋸齒波在比較器中與移相電壓比較取得交相點(diǎn)，移相電壓由4腳通過(guò)電位器或外電路調(diào)節(jié)而取得?？垢蓴_電路具有鎖定功能，在交相點(diǎn)以后鋸齒波或移相電壓的波動(dòng)將不能影響輸出，保證交相唯一并且穩(wěn)定。脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路是由6腳控制脈沖分配的輸出方式。5腳為保護(hù)端，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓時(shí)，將5腳置高電平VH，輸出脈沖即被禁止。5腳還可以用作過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)的控制端，輸出端可驅(qū)動(dòng)功率管，經(jīng)脈沖變壓器觸發(fā)可控硅；也可直接驅(qū)動(dòng)光電耦合器，經(jīng)隔離觸發(fā)可控硅或驅(qū)動(dòng)三級(jí)管。本設(shè)計(jì)選用TC787作為驅(qū)動(dòng)電路單元。4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)為了保護(hù)設(shè)備安全，必須設(shè)置保護(hù)電路。保護(hù)電路包括過(guò)電流與過(guò)電流保護(hù)，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器等；另一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過(guò)允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過(guò)電壓或過(guò)電流的數(shù)值。本例中設(shè)計(jì)的三相橋式全控整流電路為大功率裝置，故考慮第一種保護(hù)方案，分別對(duì)晶閘管、交流側(cè)、直流側(cè)進(jìn)行保護(hù)設(shè)電路的設(shè)計(jì)。4.1 晶閘管的保護(hù)電路、晶閘管的過(guò)電流保護(hù)：過(guò)電流可分為過(guò)載和短路兩種情況，可采用多種保護(hù)措施。對(duì)于晶閘管初開(kāi)通時(shí)引起的較大的di/dt，可在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感進(jìn)行抑制；對(duì)于整流橋內(nèi)部原因引起的過(guò)流以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)可以采用接入快速熔短器進(jìn)行保護(hù)。如圖4-1所示：圖4-1串聯(lián)電感及熔斷器抑制回路、晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)：晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)主要考慮換相過(guò)電壓抑制。晶閘管元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓作用下流過(guò)相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時(shí)，因反向恢復(fù)電流很快截止，通過(guò)恢復(fù)電流的電感會(huì)因高電流變化率產(chǎn)生過(guò)電壓，即換相過(guò)電壓。為使元件免受換相過(guò)電壓的危害，一般在元件的兩端并聯(lián)RC電路。如圖4-2所示：圖4-2并聯(lián)RC電路阻容吸收回路4.2 交流側(cè)保護(hù)電路晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到由壓的侵襲，同時(shí)設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)，所以要進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，可采用如圖4-3所示的反向阻斷式過(guò)電壓抑制RC保護(hù)電路。整流電路正常工作時(shí)，保護(hù)三相橋式整流器輸出端電壓為變壓器次級(jí)電壓的峰值，輸出電流很小，從而減小了保護(hù)元件的發(fā)熱。過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，該整流橋用于提供吸收過(guò)電壓能量的通路，電容將吸取過(guò)電壓能量轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能量；過(guò)電壓消失后，電容經(jīng) 、 放電，將儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量釋放，逐漸將電壓恢復(fù)到正常值。圖4-3反向阻斷式過(guò)電壓抑制RC電路4.3 直流側(cè)阻容保護(hù)電路直流側(cè)也可能發(fā)生過(guò)電壓，在圖4-4中，當(dāng)快速熔斷器熔斷或直流快速開(kāi)關(guān)切斷時(shí)，因直流側(cè)電抗器釋放儲(chǔ)能，會(huì)在整流器直流輸出端造成過(guò)電壓。另外，由于直流側(cè)快速開(kāi)關(guān)（或熔斷器）切斷負(fù)載電流時(shí)，變壓器釋放的儲(chǔ)能也產(chǎn)生過(guò)電壓，盡管交流側(cè)保護(hù)裝置能適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)這種過(guò)電壓，仍會(huì)通過(guò)導(dǎo)通的晶閘管反饋到直流側(cè)來(lái)，為此，直流側(cè)也應(yīng)該設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)，用于抑制過(guò)電壓。圖4-4直流側(cè)阻容保護(hù)在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)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)、保護(hù)和保護(hù)也是很重要的。4.4 過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)電力電子裝置中可能發(fā)生的過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類。外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊哈系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外部原因，包括操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓；內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，包括換項(xiàng)過(guò)電壓和關(guān)斷過(guò)電壓。交流側(cè)過(guò)電壓一般都是外因過(guò)電壓，一般用RC過(guò)電壓抑制電路抑制外因過(guò)電壓。通常是在變壓器次級(jí)(元件側(cè))并聯(lián)RC電路，吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能而儲(chǔ)存起來(lái)。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的振蕩。當(dāng)整流器容量較大時(shí)，RC電路也可以接在變壓器的電源側(cè)。其電路圖如圖4-5所示。圖4-5 阻容過(guò)電壓保護(hù)電路直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)也可采用上述方法，考慮到RC會(huì)影響系統(tǒng)的反應(yīng)速度，并且會(huì)增大，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)，如圖4-6所示：圖4-6 壓敏電阻保護(hù)電路晶閘管兩端可能的過(guò)電壓發(fā)生在關(guān)斷或者換項(xiàng)過(guò)程中，可以直接將RC并聯(lián)在晶閘管兩端進(jìn)行保護(hù)，電路圖如下：圖4-7 壓敏電阻保護(hù)電路4.5 過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)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。過(guò)電流分為過(guò)載和短路兩種情況。一般電力電子裝置均同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載是動(dòng)作。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效應(yīng)、應(yīng)用最廣泛的一種過(guò)電流保護(hù)措施。本設(shè)計(jì)采用快速熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)晶閘管過(guò)電流保護(hù)。4.6 緩沖電路的設(shè)計(jì)緩沖電路又稱吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電壓、或者過(guò)電流和，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路又稱為抑制電路，用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和，減小器件的開(kāi)通損耗，可將關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通電路結(jié)合在一起，稱為復(fù)合緩沖電路。還有另外一中分類方式：緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量如果能消耗在吸收電阻上，則稱其為饋能式緩沖電路或無(wú)損吸收電路。產(chǎn)生過(guò)大的可能原因有：在晶閘管換相過(guò)程中交流側(cè)線電壓相當(dāng)于短路，交流側(cè)阻容保護(hù)的電容放電造成過(guò)大；換相時(shí)因直流側(cè)整流電壓突然增高，對(duì)阻容保護(hù)電容進(jìn)行充電造成過(guò)大。限制的措施主要有：1、在晶閘管陽(yáng)極回路串入電感；2、采用整流式阻容吸收裝置；本設(shè)計(jì)采用的是第一種方法。圖4-8 抑制電路對(duì)于帶有整流變壓器和交流側(cè)阻容保護(hù)的交流裝置，因變壓器漏電感和交流側(cè)RC吸收電路組成了濾波環(huán)節(jié)，使由交流電網(wǎng)入侵的前沿陡、幅值大的過(guò)電壓有較大衰減，并使作用于晶閘管的正向電壓上升率大為減小。在無(wú)整流變壓器供電的情況下，則應(yīng)在電源輸入端串聯(lián)在數(shù)值上相當(dāng)于變壓器漏感的進(jìn)線電感以抑制，并起到限制短路電流的作用。圖4-8所示的緩沖電路被稱為充放電型RCD緩沖電路，適用于中等的容量的場(chǎng)合。5 電路分析5.1三相橋式全控整流電路定量分析1. 當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a60時(shí)）的平均值為：2. 帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R 3.晶閘管額定電流、額定電壓的選擇：（1）晶閘管承受最大正向電壓為，為變壓器二次線電壓峰值，即（2） 晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即（3） 輸出電壓Ud為0200V，負(fù)載電阻R=2W，輸出負(fù)載電流為：（4） 晶閘管上流過(guò)電流為：選用晶閘管時(shí)，額定電壓要留有一定裕量通常取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的23倍。額定電流也要留一定裕量，一般取額定電流為通態(tài)平均電流的1.52倍?？?結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我懂得了許多的課本上所沒(méi)有的知識(shí)，使我受益匪淺。思路即出路。當(dāng)初沒(méi)有思路，誠(chéng)如舉步維艱，茫茫大地，不見(jiàn)道路。在對(duì)理論知識(shí)梳理掌握之后，茅塞頓開(kāi)，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“條條大路通羅馬”。頓悟，沒(méi)有思路便無(wú)出路，原來(lái)思路即