單相半橋無源逆變電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、基于MOSFET的單相半橋無源逆變電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的：1掌握單相橋式全控橋整流電路和單相半橋無源逆變電路的工作原理，進(jìn)行結(jié)合完成交-直-交電路的設(shè)計(jì)；2熟悉兩種電路的拓?fù)?，控制方法?掌握兩種電路的主電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，元器件參數(shù)的計(jì)算方法；4培養(yǎng)一定的電力電子的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試能力；5培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力與實(shí)際動(dòng)手能力；6加深理解電力電子技術(shù)課程的基本理論；設(shè)計(jì)指標(biāo)：MOSFET電壓型單相半橋無源逆變電路設(shè)計(jì)(純電阻負(fù)載)(1) 輸入直流電壓：Ui=200V(2) 輸出功率：500W(3) 輸出電壓波形：1KHz方波總體目標(biāo)及任務(wù)：選擇整流電路，計(jì)算整流變壓器額定參數(shù)

2、，選擇全控器件的額定電壓電流，計(jì)算平波電抗器感值，設(shè)計(jì)保護(hù)電路，全控器件觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，畫出主電路原理圖和控制電路原理圖，進(jìn)行Matlab的仿真，畫出輸出電壓，電流模擬圖。1主電路的設(shè)計(jì)：(1) 整流部分主電路設(shè)計(jì):單項(xiàng)橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載電路如圖(1)：在單項(xiàng)橋式全控整流電路中，晶閘管VT和VT組成一對(duì)橋臂，VT和VT組1 423成另一對(duì)橋臂。在u正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位），若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)2通，負(fù)載電流i為零，u也為零，VT、VT串聯(lián)承受電壓u,設(shè)VT和VT的漏電dd14214阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發(fā)角a處給VT1和VT加觸發(fā)脈沖，VT、41VT即導(dǎo)通，電流從a

3、端經(jīng)VT、R、VT流回電源b端。當(dāng)u為零時(shí)，流經(jīng)晶閘管4142的電流也降到零，VT和VT關(guān)斷。14在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)延遲角a處觸發(fā)VT和VT（VT和VT的a=0處為32 323t=n），VT和VT導(dǎo)通，電流從電源的b端流出，經(jīng)VT、R、VT流回電源a端。2332到u2過零時(shí)，電流又降為零，VT和VT關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通，如此23循環(huán)的工作下去，整流電壓ud和晶閘管VT、VT兩端的電壓波形如下圖（2）所14示。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為空U和訂2U。222工作原理：第1階段（031）：這階段u2在正半周期，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位晶閘管1VT和VT方向串聯(lián)后于u連接，V

4、T承受正向電壓為u/2,VT承受u/2的反向1221222電壓；同樣VT和VT反向串聯(lián)后與u連接，VT承受u/2的正向電壓，VT承受3 42324u/2的反向電壓。雖然VT和VT受正向電壓，但是尚未觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載沒有電213流通過，所以U=0，i=0。dd第2階段（stn）：在st時(shí)同時(shí)觸發(fā)VT和VT，由于VT和VT受正向111313電壓而導(dǎo)通，有電流經(jīng)a點(diǎn)一VTfRVT-變壓器b點(diǎn)形成回路。在這段區(qū)間里，13u=u，i=i=i=u/R。由于VT和VT導(dǎo)通，忽略管壓降，u二u=0，而承受的d2dVT1VT3d13VT1VT2電壓為u=u=u。VT2VT42第3階段（nst）：從st=皿開始u2

5、進(jìn)入了負(fù)半周期，b點(diǎn)電位高于a2點(diǎn)電位，VT1和VT3由于受反向電壓而關(guān)斷，這時(shí)VTVT都不導(dǎo)通，各晶閘管14承受u/2的電壓，但VT和VT承受的事反向電壓，VT和VT承受的是正向電壓，21324負(fù)載沒有電流通過，u=0，i=i=0。dd2第4階段（stn）：在st時(shí)，u2電壓為負(fù)，VT2和VT4受正向電壓，觸22發(fā)VT2和VT4導(dǎo)通，有電流經(jīng)過b點(diǎn)fVTfRfVTa點(diǎn)，在這段區(qū)間里，u=u，24d2i=i=i=i=u/R。由于VT和VT導(dǎo)通，VT和VT承受u的負(fù)半周期電壓，至dVT2VT42d24242此一個(gè)周期工作完畢，下一個(gè)周期，充復(fù)上述過程，單項(xiàng)橋式整流電路兩次脈沖間隔為180

6、6;。（2）逆變部分主電路設(shè)計(jì)：如圖所示，它有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)全控器件和一個(gè)二極管反并聯(lián)而成。在直流側(cè)有兩個(gè)相互串聯(lián)的大電容，兩個(gè)電容的中點(diǎn)為直流電源中點(diǎn)。負(fù)載接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。開關(guān)器件設(shè)為VI和V2,當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，輸出為矩形波，Um=Ud/2.剛開始V1為通態(tài)，V2為斷態(tài)，給V1關(guān)斷信號(hào)，V2開通信號(hào)后，V1關(guān)斷，但由于感性負(fù)載，電流方向不能立即改變，就沿著VD2續(xù)流，直到電流為零時(shí)VD2截止，V2開通，電流開始反向。依此原理，V1和V2交替導(dǎo)通，VD1和VD2交替續(xù)流。此電路優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用器件少，缺點(diǎn)是輸出交流電壓幅值僅為Ud/2。(3) 控制電路的設(shè)

7、計(jì)：控制電路需要實(shí)現(xiàn)的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，用于逆變電路中功率器件的通斷，通過對(duì)逆變角的調(diào)節(jié)而達(dá)到對(duì)逆變后的交流電壓的調(diào)節(jié)。我們采用PWM控制方法，進(jìn)行連續(xù)控制，我們采用了SG3525芯片，它是一款專用的PWM控制集成芯片，它采用恒頻調(diào)寬控制方案，內(nèi)部包括精密基準(zhǔn)源，鋸齒波振蕩器，誤差放大器，比較器，分頻器和保護(hù)電路等。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電

8、源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。SG3525的結(jié)構(gòu)和工作原理:RepresentativeBlockDiagramTblrtera二右N'JTLE'"亠3ui3e-Sjto*-1OTRefrw«n：r壬VCCOSCCwu:OOuitxr4亠go.MQ"ir>"pitCupLBSG3W7OrtpUSla(pv:“ITjitfViBffEAv地ZlW11S蛙制檢電端I尸牙利*I反牆霸扎匚|SU腳入匚|S|*?«匚弄也茁娟出匚CTLl.lnv.input（引腳1）：誤差放大器反向輸入

9、端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2.Noninv.input（引腳2）：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。3.Sync（引腳3）：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。4.0SC.0utput（引腳4）：振蕩器輸出端。5. CT（引腳5）：振蕩器定時(shí)電容接入端。6. RT（引腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。7. Discharge（引腳7）：振蕩器放電端。該端

10、與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8.Soft-Start引腳8）：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5的軟啟動(dòng)電容。9.Compensation（引腳9）：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10.Shutdown（引腳10）：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。11.OutputA（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12. Ground（引腳12）:信號(hào)地。13. VC（引腳13）：輸出級(jí)偏置電壓接入端。14.OutputB（引腳

11、14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15. VCC（引腳15）：偏置電源接入端。16. Vref（引腳16）：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)其中，腳16為SG3525的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.1±1%）V,采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過流保護(hù)電路。腳5，腳6，腳7內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端（腳3）。腳1及腳2分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級(jí)差分放大器，直流開環(huán)增益為70dB左右。SG3525的特點(diǎn)如下：（1）工作電壓范圍

12、寬：835V。（2）5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz-400KHz.（4）具有振蕩器外部同步功能。（5）死區(qū)時(shí)間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。（7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（8）具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。（9）逐個(gè)脈沖關(guān)斷。（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA（峰值）。各部分功能：a基準(zhǔn)電壓源：基準(zhǔn)電壓源是一個(gè)三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓VCC可在（835）V內(nèi)變化，通常采用+15V，其輸出電壓VST=5.1V，精度±1%，采用溫度補(bǔ)償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達(dá)400mA，沒有過流保護(hù)電路。

13、b振蕩電路：由一個(gè)雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓VH=3.9V，低門限電壓VL=0.9，內(nèi)部橫流源向CT充電，其端壓VC線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)VC=VH時(shí)比較器動(dòng)作，充電過程結(jié)束，上升時(shí)間t1為:11=0.67RTCT比較器動(dòng)作時(shí)使放電電路接通，CT放電，VC下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)VC=VL時(shí)比較器動(dòng)作，放電過程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間12為：t2=1.3RDCT注意：此時(shí)間即為死區(qū)時(shí)間鋸齒波的基本周期T為：T=11+12=(0.67RT+1.3RD)CT振蕩頻率：f=1/TCT和RT是連接腳5和腳6的振蕩器的電阻和電容，RD是于腳7相連的放電電阻的阻值。控

14、制電路圖：3U1SG3525洛jyitcMSCCSSCOMP5DVKEFOSC二OUTA§OUTBIMD32QQC3luF驅(qū)動(dòng)信號(hào)(4) 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì):PWM調(diào)制如圖，我們采用了電氣隔離的光耦合方式。光耦合器(opticalcoupler，英文縮寫為0C)亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步

15、放大后輸出。這就完成了電一光一電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕

16、緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。我們?cè)谀┒思右粋€(gè)推挽式放大結(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓電流放大，達(dá)到高輸出電壓，高速，高共模抑制。(5) 保護(hù)電路的設(shè)計(jì):相對(duì)于電機(jī)和繼電器，接觸器等控制器而言，電力電子器件承受過電流和過電壓的能力較差，短時(shí)間的過電流和過電壓就會(huì)把器件損壞。但又不能完全根據(jù)裝置運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的暫時(shí)過電流和過電壓的數(shù)值來確定器件參數(shù)，必須充

17、分發(fā)揮器件應(yīng)有的過載能力。因此，保護(hù)就成為提高電力電子裝置運(yùn)行可靠性必不可少的重要環(huán)節(jié)。主電路的過電壓保護(hù)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(shí)所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓，其電路圖見圖3.3圖3.3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(shí)電磁感應(yīng)所引起。其中，對(duì)雷擊產(chǎn)生的過電壓，需在變壓器的初級(jí)側(cè)接上避雷器，以保護(hù)變壓器本身的安全；而對(duì)突然切斷電感回路電流時(shí)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。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(jí)側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵(lì)

18、磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時(shí)間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級(jí)感應(yīng)出很高的瞬時(shí)電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)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(shí)，由于直流住電路電感中儲(chǔ)存能量的釋放，會(huì)在電路的輸出端產(chǎn)生過電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)主電路的過電壓保護(hù)晶閘管的保護(hù)電路1.晶閘管過電壓保護(hù)過電流保護(hù)第一種是采用電子保護(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)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。第二種是在適當(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

19、、壓敏電阻或硒堆等。我們這次的課程設(shè)計(jì)采用的是第二種保護(hù)電路。（1）晶閘管變流裝置的過電流保護(hù)晶閘管變流裝置運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流，過電流分過載和短路兩種情況，由于晶閘管的熱容量較小，以及從管心到散熱器的傳導(dǎo)途徑中要遭受到一系列熱阻，所以一旦過電流，結(jié)溫上升很快，特別在瞬時(shí)短路電流通過時(shí)，內(nèi)部熱量來不及傳導(dǎo)，結(jié)溫上升更快，晶閘管承受過載或短路電流的能力主要受結(jié)溫的限制?？捎米鬟^電流保護(hù)電路的主要有快速熔斷器，直流快速熔斷器和過電流繼電器等。在此我們采用快速熔斷器措施來進(jìn)行過電流保護(hù)。過電流保護(hù)采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施。在選擇快熔時(shí)應(yīng)

20、考慮：1）電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來確定。2）電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)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I21值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許I21值、4）為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。因?yàn)榫чl管的額定電流為10A,快速熔斷器的熔斷電流大于1.5倍的晶閘管額定電流，所以快速熔斷器的熔斷電流為15A。晶閘管變流裝置的過電壓保護(hù)電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器

21、件的開關(guān)過程，過電壓保護(hù)有避雷器保護(hù)，利用非線性過電壓保護(hù)元件保護(hù)，利用儲(chǔ)能元件保護(hù)，利用引入電壓檢測(cè)的電子保護(hù)電路作過電壓保護(hù)。在此我們采用儲(chǔ)能元件保護(hù)即阻容保護(hù)。單相阻容保護(hù)的計(jì)算公式如下:C>6i%S/0/U22廠U2l'U%R>2.32k-(32):USi%'0S:變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）U2:變壓器副邊相電壓有效值（V）(33)i%:變壓器激磁電流百分值0U%：變壓器的短路電壓百分值。k當(dāng)變壓器的容量在（101000）KVA里面取值時(shí)i%=（410）在里面取值,0U%=(510)里面取值。k電容C的單位為口F,電阻的單位為歐姆，電容C的交流耐壓21.

22、5UeU:正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。e根據(jù)公式算得電容值為4.8口F,交流耐壓為165V，電阻值為12.86Q,在設(shè)計(jì)中我們?nèi)‰娙轂?uF,電阻值為13Q。電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)電流上升率di/dt的抑制在無緩沖電路的情況下，mosfet開通時(shí)電流迅速上升，di/dt很大，關(guān)斷時(shí)du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓。在有緩沖電路的情況下，V開通時(shí)緩沖電容Cs先通過Rs向V放電，使電流ic先上升一個(gè)臺(tái)階，以后因?yàn)橛衐i/dt抑制回路Li,ic的上升速度減慢。Ri，VDi是V關(guān)斷時(shí)為L(zhǎng)i中的磁場(chǎng)能量提供放電回路而設(shè)置的。在V關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過VDs向Cs分流，減輕V的負(fù)擔(dān)，抑制了

23、du/dt和過電壓。因?yàn)殛P(guān)斷時(shí)電路中電感的能量要釋放，所以還會(huì)出現(xiàn)一定的過電壓。電壓上升率du/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率du/dt也應(yīng)有所限制，如果du/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)電并聯(lián)R-C阻容吸收回路(6)元器件及電路參數(shù)的計(jì)算:1) 整流輸出電壓的平均值可按下式計(jì)算U二丄2Usin®td6t)二Ucosa=0.9Ucosa(21)d兀a2兀2U=100V從而得出U=111V,2當(dāng)a=0時(shí)，U取得最大值100V即U=0.9dda=90o時(shí)，U=0°a角的移相范圍為90。d2）整流輸出電壓的有效值為住莎曲=U

24、2=111V2-2)3）整流電流的平均值和有效值分別為2-3)UUI=d=0.92cosadRRddUU2-4)I=2RRdd4）在一個(gè)周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180°，兩組輪流導(dǎo)通，變壓器二次電流是正、負(fù)對(duì)稱的方波，電流的平均值I和有效值I相等，其波形系數(shù)為1。d流過每個(gè)晶閘管的電流平均值和有效值分別為：dT112d0該Id丄I=丄I'2兀dy：2d25)26)5）晶閘管在導(dǎo)通時(shí)管壓降篤=0,故其波形為與橫軸重合的直線段；VT和VT2加正向電壓但觸發(fā)脈沖沒到時(shí)，VT3、VT4已導(dǎo)通，把整個(gè)電壓u加到VT12或VT2上,則每個(gè)元件承受的最大可能的正向電壓等于viU;VT1和VT

25、2反2向截止時(shí)漏電流為零，只要另一組晶閘管導(dǎo)通，也就把整個(gè)電壓u加到2VT1或VT2上，故兩個(gè)晶閘管承受的最大反向電壓也為.J2U。2元器件的選取由于單相橋式全控整流帶電感性負(fù)載主電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時(shí)主要考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原則。1).晶閘管的主要參數(shù)如下： 額定電壓UTn通常取U和U中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電壓等級(jí)作為晶閘管型的額定DRMRRM電壓。在選用管子時(shí)，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U二minU,UTnDRMRRMU三(23)U(2-7)TnTMU：工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓TM 額定電流IT(AV)I又稱為

26、額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40°和規(guī)定的冷卻條件下，元T(AV)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(shí)，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(jí)即為晶閘管的額定電流。要注意的是若晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)小于正弦波的半個(gè)周期，即使正向電流值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會(huì)超過管子所能提供的極限，使管子由于過熱而損壞。在實(shí)際使用時(shí)不論流過管子的電流波形如何、導(dǎo)通角多大，只要其最大電流有效值IWI，散熱冷TMTn卻符合規(guī)定，則晶閘管的發(fā)熱、溫升就能限制在允許的范圍。TnI、IIT(AV)TMTnI:額定電

27、流有效值，根據(jù)管子的I換算出,三者之間的關(guān)系：T(AV)j212-8)=1/2兀J兀(Imsin3t)2d(®t)=-mTn0兀T(AV)=1/2兀兀Imsin®tdt)=02-9)波形系數(shù)：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TTd波形系數(shù)，用K表示。fTd額定狀態(tài)下，晶閘管的電流波形系數(shù)TnT(AV)2-11)2-12)U=丄J""、2Usin®td6t)=22Ucosa=0.9Ucosad兀a2兀22當(dāng)a=0時(shí)，U取得最大值100V即U=0.9U=100V從而得出U=lllV,a=90。dd22時(shí)，U=0。a角的移相

28、范圍為90°。d晶閘管承受最大電壓為U=同=2x111V二157V考慮到2倍裕量，取TM2400V.晶閘管的選擇原則：I所選晶閘管電流有效值I大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值。TnII、選擇時(shí)考慮（1.52）倍的安全余量。即I=0.7071=（1.52）ITnT（AV）TMI>（1.52）Lm（2-13）T（AV）1.11因?yàn)镮=-L，則晶閘管的額定電流為If）=10A（輸出電流的有效值為最小值，T弋2T（AV）所以該額定電流也為最小值）考慮到2倍裕量，取20A.即晶閘管的額定電流至應(yīng)大于20A.在本次設(shè)計(jì)中我選用4個(gè)KP20-4的晶閘管.III、若散熱條件不符合規(guī)定要

29、求時(shí)，則元件的額定電流應(yīng)降低使用。 通態(tài)平均管壓降U。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導(dǎo)通的正弦T（AV）波半個(gè)周期內(nèi)陽(yáng)極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2V。 維持電流I。指在常溫門極開路時(shí)，晶閘管從較大的通態(tài)電流降到剛好能H保持通態(tài)所需要的最小通態(tài)電流。一般I值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電H流容量大小而定。 門極觸發(fā)電流I。在常溫下，陽(yáng)極電壓為6V時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所需g的門極電流，一般為毫安級(jí)。 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(huì)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。 通態(tài)電流臨界上升率di/dt。在規(guī)定條件下，晶閘管

30、能承受的最大通態(tài)電流上升率。若晶閘管導(dǎo)通時(shí)電流上升太快，則會(huì)在晶閘管剛開通時(shí)，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。2）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2,容量至少為24.2VA。性能指標(biāo)分析整流電路的性能常用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)來衡量：一個(gè)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(gè)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U=1嚴(yán)sin®td6t)二空Ucosa=0.9Ucosa(2-14)d兀a2兀222）紋波系數(shù)紋波系數(shù)K用來表示直流輸出電壓中相對(duì)紋波電壓的大小，即r-Lr2-15)（7）電路仿真1SIMULINK仿真軟件介紹Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)