單相橋式全控整流電路課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱：電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目：單相橋式可控整流電路 院 （部）： 電力學(xué)院 專 業(yè)： 智能電網(wǎng)信息工程 班 級： 1401 學(xué)生姓名： 溫曉波 學(xué) 號： 成 績： 指導(dǎo)教師： 張小燕 完成時間： 2016年12月5日至19日專心-專注-專業(yè)銀川能源學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 評 定 意 見 設(shè)計(jì)題目： 單相橋式可控整流電路 主要指標(biāo)：電源電壓：交流311V/50Hz、觸發(fā)腳為60度。 院（部）: 電力學(xué)院 專業(yè)班級： 智能電網(wǎng)信息工程1401 學(xué)生姓名： 溫曉波 學(xué)生學(xué)號： 序號評價項(xiàng)目滿分值實(shí)際得分1選題難易度及工作量102設(shè)計(jì)步驟的完整性103應(yīng)用理論的

2、正確性及對知識掌握的程度504書寫的規(guī)范性105創(chuàng)造性及綜合應(yīng)用能力(結(jié)合實(shí)際)106課程設(shè)計(jì)答辯成績10合計(jì)100備注90100為優(yōu)； 8089為良；7079為中；6069為及格； 59及以下為不及格。指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)老師（簽名）： 2016年 月 日銀川能源學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓 名：溫曉波 院（系）：電力學(xué)院學(xué) 號： 班 級: 智能電網(wǎng)信息工程1401 任務(wù)起至日期 2016年12月5日至 2016 年12月 19日課程設(shè)計(jì)題目: 單相橋式可控整流電路的設(shè)計(jì) 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求： 已知單相交流輸入交流電壓100V，輸出功率500W，移相范圍0°90°，要求整流電壓

3、在050V,連續(xù)可調(diào)。用MATLAB仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證。工作量及參考文獻(xiàn)：每3人組成1個設(shè)計(jì)小組，通過共同討論，確定每個題目的設(shè)計(jì)思路、方法，各自獨(dú)立完成上述設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)的成果應(yīng)包括：主電路的設(shè)計(jì)；器件的選型；驅(qū)動電路、保護(hù)電路的概念（如側(cè)重該部分的設(shè)計(jì)則詳細(xì)描述）；用MATLAB仿真軟件中的Simulink繪制的主電路和控制電路的原理圖，電路設(shè)計(jì)過程的詳細(xì)說明書及進(jìn)行的仿真和記錄。正文4000字以上,即A4打印頁數(shù)不少于10頁。參考文獻(xiàn)：1 王兆安，劉進(jìn)軍. 電力電子技術(shù). 5 版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.52 王興貴，陳偉，張巍. 現(xiàn)代電力電子技術(shù). 北京：中國電力出版社，201

4、0.83 裴云慶，卓放，王兆安.電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)、習(xí)題集及仿真.北京：機(jī)械工業(yè) 出版社，2012.10 4 潘湘高. 基于Matlab的電力電子電路建模仿真方法的研究. 計(jì)算機(jī)仿真，第20 卷 第5期. 5 薛定宇，陳陽泉.基于MatlabSimulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2002. 工作計(jì)劃安排：學(xué)時安排為2周。第1周：全體開會，布置任務(wù)，組成設(shè)計(jì)小組，每小組36人（每班4042人分四大組，每大組1011人），鼓勵同學(xué)們互相討論和啟發(fā)。每小組內(nèi)題目各有所側(cè)重，不得完全重復(fù)；會后開始設(shè)計(jì)工作。答疑，審查設(shè)計(jì)方案。完成主電路的設(shè)計(jì)、所用元器件的選擇工作。第2周撰寫并

5、完成設(shè)計(jì)說明書（必要時進(jìn)行仿真和記錄）、設(shè)計(jì)小結(jié)等。同組設(shè)計(jì)者及分工： 由左昊，陶冶，溫曉波組成一個設(shè)計(jì)小組；題目準(zhǔn)備期間，左昊負(fù)責(zé)熟悉MATLAB仿真軟件；陶冶負(fù)責(zé)借閱查找有關(guān)資料；溫曉波負(fù)責(zé)熟悉WORD以及計(jì)算公式的使用。課程設(shè)計(jì)期間，左昊指導(dǎo)其他組員MATLAB仿真軟件的使用；陶冶為其他組員提供已借閱查找到的有關(guān)資料；溫曉波指導(dǎo)其他組員WORD以及計(jì)算公式的使用。課程設(shè)計(jì)撰寫期間，左昊檢查其他組員用MATLAB仿真軟件驗(yàn)證主電路設(shè)計(jì)的正確性。 要求每個人必須獨(dú)立完成所有設(shè)計(jì)任務(wù)，即要求每個學(xué)生從審題、主電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、仿真驗(yàn)證與優(yōu)化、撰寫報(bào)告等五個環(huán)節(jié)獨(dú)立自主進(jìn)行。 指導(dǎo)教師簽字 年

6、 月 日 教研室主任意見： 簽字_ 年 月 日 目錄4輔助電路的設(shè)計(jì)摘 要 隨著整流技術(shù)的日益完善,在現(xiàn)代生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越多,整流電路（Rectifier）是電力電子電路中最早出現(xiàn)的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式各種各樣，各具特色，通過在學(xué)習(xí)中分析和研究其工作原理，基本數(shù)量關(guān)系，以及負(fù)載性質(zhì)對整流電路的影響，整流電路應(yīng)用于電化工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)中的磁懸浮列車的研發(fā)以及飛機(jī)船舶等各行各業(yè)，由于現(xiàn)代生產(chǎn)中的整流技術(shù)大多采用單相橋式可控整流電路,因此研究整流電路具有重要意義。本設(shè)計(jì)主要研究單相橋式可控整流電路，對其工作原理及主要參數(shù)進(jìn)行分析 總結(jié)，進(jìn)而更好的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：整流；

7、單相橋式；觸發(fā)電路；保護(hù)電路1 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1課程設(shè)計(jì)目的 “電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對課程所學(xué)理論知識的深化和提高。因此，通過電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個目的：1）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識，并設(shè)計(jì)出具有電壓可調(diào)功能的直流電源系統(tǒng)的能力；2）較全面地鞏固和應(yīng)用本課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌整流電路設(shè)計(jì)的基本方法。3）培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力；4）培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報(bào)告的能力。1.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識 熟悉電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)知識。1.3 課程設(shè)計(jì)要求1、單相橋式全控整流的設(shè)計(jì)要求為： 負(fù)載為電阻負(fù)載，感性負(fù)載,L

8、=0.01H,R=1歐姆.2、技術(shù)要求: 1)、電源電壓：交流311V/50Hz2)、觸發(fā)腳為60度。 按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書提供的課題，根據(jù)基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。2 課程設(shè)計(jì)方案的選擇 2.1整流電路 單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會有不同的特點(diǎn)。而負(fù)載性質(zhì)又分為帶電阻性負(fù)載、電阻-電感性負(fù)載和反電動勢負(fù)載時的工作情況。單相橋式全控整流電路（電阻-電感性負(fù)載）電路簡圖如下：圖2.1 此電路對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，與單相橋式半控整流電路相比，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中

9、，正負(fù)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。 單相全控橋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(diǎn)。   單相全控橋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(fù)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。 根據(jù)以上的分析，我選擇的方案為單相全控橋式整流電路（負(fù)載為電阻-電感性負(fù)載）。2.2元器件的選擇 2.2.1晶閘管 晶管又稱為晶體閘流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier-SCR），開

10、辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代; 20世紀(jì)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(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)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。 1）晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是大功率器件，工作時產(chǎn)生大量的熱，因此必須安裝散熱器。引出陽極A、陰極K和門極（或稱柵極）G三個聯(lián)接端。內(nèi)部結(jié)構(gòu):四層三個結(jié)如圖2.22）晶閘管的工作原理圖晶閘管由四層半導(dǎo)體（P1、N1、P2、N2）組成，形成三個結(jié)J1（P1N1）、J2（

11、N1P2）、J3（P2N2），并分別從P1、P2、N2引入A、G、K三個電極，如圖1.2(左)所示。由于具有擴(kuò)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2.3（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2.2晶閘管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和模塊外形a)晶閘管外形 b)內(nèi)部結(jié)構(gòu) c)電氣圖形符號 d)模塊外形圖2.3 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路3）晶閘管的門極觸發(fā)條件（1）晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通； （2）晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通；（3）晶閘管一旦導(dǎo)通門極就失去控

12、制作用；（4）要使晶閘管關(guān)斷，只能使其電流小到零一下。 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(guān)斷，晶閘管才被稱為半控型器件。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。2.2.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管簡稱GTO1可關(guān)斷晶閘管的工作原理圖1.3 GTO的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號GTO的導(dǎo)通機(jī)理與SCR是完全一樣的。 GTO一旦導(dǎo)通之后，門極信號是可以撤除的，在制作時采用特殊的工藝使管子導(dǎo)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(fù)脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關(guān)斷。 GTO在關(guān)斷機(jī)

13、理上與SCR是不同的。門極加負(fù)脈沖即從門極抽出電流（即抽出飽和導(dǎo)通時儲存的大量載流子），強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。3 主電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)原理方框圖如3.1所示：保護(hù)電路負(fù)載電路整流電路驅(qū)動電路單相電源輸出 圖3.1系統(tǒng)原理方框圖 3.2系統(tǒng)主體電路原理及說明 帶電阻負(fù)載的電路圖及波形圖 帶電感負(fù)載的電路圖及波形圖 假設(shè) ，工作于穩(wěn)定狀態(tài)，負(fù)載電流連續(xù)，近似為一平直的直線。(1) 工作原理 在電源電壓正半周期間，VT1、VT4承受正向電壓，若在時觸發(fā)，VT1、VT2導(dǎo)通，電流經(jīng)VT1、負(fù)載、VT4和T二次側(cè)形成回路，但由于大電感的存在，過零變負(fù)時，電感上的感應(yīng)電動勢使VT

14、1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通，直到VT3、VT2被觸發(fā)導(dǎo)通時，VT1、VT4承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。在電源電壓負(fù)半周期間，晶閘管VT3、VT2承受正向電壓，在時觸發(fā)，VT3、VT4導(dǎo)通，VT1、VT2受反相電壓截止，負(fù)載電流從VT1、VT4中換流至VT3、VT2中在時，電壓過零，VT3、VT2因電感中的感應(yīng)電動勢一直導(dǎo)通，直到下個周期VT1、VT4導(dǎo)通時，VT3、VT2因加反向電壓才截止。值得注意的是，只有當(dāng)時，負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)時，負(fù)載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近零，因此這種電路控制角的移相范圍是。（1） 輸出電壓平均值和輸出電流平均值 (3-2-1) (3-2-2

15、)（2）晶閘管的電流平均值和有效值 (3-2-3) (3-2-4)（3）輸出電流有效值I和變壓器二次電流有效值 (3-2-5) （4）晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為 3.3原理圖的分析該電路主要由四部分構(gòu)成，分別為電源，過電保護(hù)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(hù)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(fù)載。在電路中還加了防雷擊的保護(hù)電路。然后將經(jīng)變壓和保護(hù)后的信號輸入整流電路中。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(hù)部分我們分別選擇的快速熔斷器做過流保護(hù),而過壓保護(hù)則采用RC電路。這部分的

16、選擇主要考慮到電路的簡單性，所以才這樣的保護(hù)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(xué)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(guān)特性實(shí)現(xiàn)將交流變?yōu)橹绷鞯墓δ?。觸發(fā)電路是由設(shè)計(jì)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)電路的移相范圍變化較大，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(shè)計(jì)電路中變壓器型號的選擇。4 輔助電路的設(shè)計(jì)4.1驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)對于使用晶閘管的電路，在晶閘管陽極加正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加觸發(fā)電壓，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時刻可靠導(dǎo)通。驅(qū)動電路亦稱觸發(fā)電路。根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時刻，對變流裝

17、置的輸出功率進(jìn)行控制。觸發(fā)電路是變流裝置中的一個重要組成部分，變流裝置是否能正常工作，與觸發(fā)電路有直接關(guān)系，因此，正確合理地選擇設(shè)計(jì)觸發(fā)電路及其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是保證晶閘管變流裝置安全，可靠，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。4.1.1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)脈沖要求： 觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓。 觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。由閘管的門極伏安特性曲線可知，同一型號的晶閘管的門極伏安特性的分散性很大，所以規(guī)定晶閘管元件的門極阻值在某高阻和低阻之間，才可能算是合格的產(chǎn)品。晶閘管器件出廠時，所標(biāo)注的門極觸發(fā)電流Igt、門極觸發(fā)電壓U是指

18、該型號的所有合格器件都能被觸發(fā)導(dǎo)通的最小門極電流、電壓值，所以在接近坐標(biāo)原點(diǎn)處以觸發(fā)脈沖應(yīng)一定的寬度且脈沖前沿應(yīng)盡可能陡。由于晶閘管的觸發(fā)是有一個過程的，也就是晶閘管的導(dǎo)通需要一定的時間。只有當(dāng)晶閘管的陽極電流即主回路電流上升到晶閘管的掣住電流以上時，晶閘管才能導(dǎo)通，所以觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的寬度才能保證被觸發(fā)的晶閘管可靠的導(dǎo)通，對于電感性負(fù)載，脈沖的寬度要寬些，一般為0.51MS，相當(dāng)于50HZ、18度電度角。為了可靠地、快速地觸發(fā)大功率晶閘管，常常在 觸發(fā)脈沖的前沿疊加上一個觸發(fā)脈沖。 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。

19、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，晶閘管對觸發(fā)脈沖的幅值要求是：在門極上施加的觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流應(yīng)大于產(chǎn)品提出的數(shù)據(jù)，但也不能太大，以防止損壞其控制極，在有晶閘管串并聯(lián)的場合，觸發(fā)脈沖的前沿越陡越有利于晶閘管的同時觸發(fā)導(dǎo)通。 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。例如單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時，要求觸發(fā)脈沖的移項(xiàng)范圍是0度180度，帶大電感負(fù)載時，要求移項(xiàng)范圍是0度90度；三相半波可控整流電路電阻性負(fù)載時，要求移項(xiàng)范圍是0度90度。觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個周期都以相同的控制角被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，兩者的

20、頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。觸發(fā)電路同時受控于電壓uc與同步電壓us控制。4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必不可少的。4.2.1 主電路的過電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)所謂過壓保護(hù)，即指流過晶閘管兩端的電壓值超過晶閘管在正常工作時所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓。產(chǎn)生過電壓的原因一般由靜電感應(yīng)、雷擊或突然切斷電感回路電流時電磁感應(yīng)所引起。其中，對雷擊產(chǎn)生的過電壓，需在變壓器的初級側(cè)接上避雷器，以保護(hù)變壓器本身的安全；而對突然切

21、斷電感回路電流時電磁感應(yīng)所引起的過電壓，一般發(fā)生在交流側(cè)、直流側(cè)和器件上，因而，下面介紹單相橋式全控整流主電路的電壓保護(hù)方法。1.交流側(cè)過電壓保護(hù)過電壓產(chǎn)生過程：電源變壓器初級側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級感應(yīng)出很高的瞬時電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)2.直流側(cè)過電壓保護(hù)過電壓產(chǎn)生過程：當(dāng)某一橋臂的晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時，由于直流住電路電感中儲存能量的釋放，會在電路的輸出端產(chǎn)生過電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù) 圖3.4主電路的過電壓保護(hù)4.2.2主電路的過電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流

22、現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時采用幾種過電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流快速斷路器在電子電力動作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器在過載時動作。在選擇快熔時應(yīng)考慮：1、電壓等級應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來確定。2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。3、快熔的It值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許It值。4、為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性

23、?？烊蹖ζ骷谋Ｗo(hù)方式分為全保護(hù)和短保護(hù)兩種。全保護(hù)是指無論過載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場合。短路保護(hù)方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用，此方式需與其他過電流保護(hù)措施相配合。熔斷器是最簡單的過電流保護(hù)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(hù)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(hù)作用最好。4.2.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)1電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開通時電流集中在靠

24、近門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(kuò)展速度將電流擴(kuò)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(dǎo)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范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如下圖2.8所示:圖2.8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(yīng)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(shí)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(yán)重時引起晶閘管誤導(dǎo)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。5 元器件和電路參

25、數(shù)計(jì)算5.1晶閘管的基本特性5.1.1靜態(tài)特性靜態(tài)特性又稱伏安特性，指的是器件端電壓與電流的關(guān)系。這里介紹陽極伏安特性和門極伏安特性。 （1）陽極伏安特性晶閘管的陽極伏安特性表示晶閘管陽極與陰極之間的電壓Uak與陽極電流ia之間的關(guān)系曲線，如圖5-1所示。圖5.1 晶閘管陽極伏安特性正向阻斷高阻區(qū)；負(fù)阻區(qū)；正向?qū)ǖ妥鑵^(qū)；反向阻斷高阻區(qū)陽極伏安特性可以劃分為兩個區(qū)域：第象限為正向特性區(qū)，第象限為反向特性區(qū)。第象限的正向特性又可分為正向阻斷狀態(tài)及正向?qū)顟B(tài)。 （2）門極伏安特性晶閘管的門極與陰極間存在著一個PN結(jié)J3，門極伏安特性就是指這個PN結(jié)上正向門極電壓Ug與門極電流Ig間的關(guān)系。由于這

26、個結(jié)的伏安特性很分散，無法找到一條典型的代表曲線，只能用一條極限高阻門極特性和一條極限低阻門極特性之間的一片區(qū)域來代表所有元件的門極伏安特性，如圖5-2陰影區(qū)域所示。圖5.2 晶閘管門極伏安特性5.1.2動態(tài)特性晶閘管常應(yīng)用于低頻的相控電力電子電路時，有時也在高頻電力電子電路中得到應(yīng)用，如逆變器等。在高頻電路應(yīng)用時，需要嚴(yán)格地考慮晶閘管的開關(guān)特性，即開通特性和關(guān)斷特性。（1）開通特性晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過程為開通過程。圖1-12給出了晶閘管的開關(guān)特性。在晶閘管處在正向阻斷的條件下突加門極觸發(fā)電流，由于晶閘管內(nèi)部正反饋過程及外電路電感的影響，陽極電流的增長需要一定的時間。從突加門極電流時刻到陽

27、極電流上升到穩(wěn)定值IT的10%所需的時間稱為延遲時間td，而陽極電流從10%IT上升到90%IT所需的時間稱為上升時間tr，延遲時間與上升時間之和為晶閘管的開通時間 tgt=td+tr，普通晶閘管的延遲時間為0.51.5s，上升時間為0.53s。延遲時間隨門極電流的增大而減少，延遲時間和上升時間隨陽極電壓上升而下降。圖6.7 晶閘管的開關(guān)特性（2）關(guān)斷特性通常采用外加反壓的方法將已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。反壓可利用電源、負(fù)載和輔助換流電路來提供。要關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管，通常給晶閘管加反向陽極電壓。晶閘管的關(guān)斷，就是要使各層區(qū)內(nèi)載流子消失，使元件對正向陽極電壓恢復(fù)阻斷能力。突加反向陽極電壓后，

28、由于外電路電感的存在，晶閘管陽極電流的下降會有一個過程，當(dāng)陽極電流過零，也會出現(xiàn)反向恢復(fù)電流，反向電流達(dá)最大值IRM后，再朝反方向快速衰減接近于零，此時晶閘管恢復(fù)對反向電壓的阻斷能力。5.2晶閘管基本參數(shù)5.2.1晶閘管的主要參數(shù)說明1、額定電壓UTn通常取UDRM和URRM中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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 UTM ：工作電路中加在管子上的最大瞬時電壓 2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

29、條件下，元件在電阻性負(fù)載流過正弦半波、導(dǎo)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)平均電流值。將此電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流取相近的電流等級即為晶閘管的額定電流。ITn ：額定電流有效值，根據(jù)管子的IT(AV) 換算出，IT(AV) 、ITM ITn 三者之間的關(guān)系： (5-2-1) (5-2-2)3維持電流IH 維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。維持電流與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，維持電流越小，晶閘管越難關(guān)斷。4掣住電流IL 晶閘管剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)并撤除門極觸發(fā)信號，此時要維持元件導(dǎo)通所需的最小陽極電流稱為掣住電流。一般掣住電流

30、比維持電流大（24）倍。5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(dǎo)通的正弦波半個周期內(nèi)陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2V。6門極觸發(fā)電流Ig 。在常溫下，陽極電壓為6V時，使晶閘管能完全導(dǎo)通所用的門極電流，一般為毫安級。7斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不會導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。8通態(tài)電流臨界上升率di/dt。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電流上升率。若晶閘管導(dǎo)通時電流上升太快，則會在晶閘管剛開通時，有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而損壞晶閘管。9波形系數(shù)

31、：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。 (5-2-3) 額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù) (5-2-4)5.2.2晶閘管的選型帶電阻負(fù)載時 Ud=311V，a=60度時，由Ud=0.9U2（1+cos60/2）得U2=276.45V考慮2倍裕量：取552，90V 帶電感負(fù)載時 Ud=311V，a=60度時，由Ud=0.9U2cos60 得U2=559.8V 考慮2倍裕量：=1119.6V所以在本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中我選用4個KP10-3的晶閘管。5.2.3變壓器的選取根據(jù)參數(shù)計(jì)算可知:變壓器應(yīng)選變比為K=U2/Ud=2.2容量至少為1200V。5.3性能指標(biāo)分析整流電路的性能常用兩個技術(shù)指標(biāo)來衡量：一個是反映轉(zhuǎn)換關(guān)系的用整流輸出電壓的平均值表示；另一個是反映輸出直流電壓平滑程度的，稱為紋波系數(shù)。1)整流輸出電壓平均值= (5-3-1) 2)紋波系數(shù)紋波系數(shù)用來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即 （5-3-2） 5.4元器件清單元器件備注數(shù)量整流變壓器變比為2.2，容量至少為24.2v·A1個晶閘管KP10-34個電阻其中主電路