單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路

湖 南 工 學(xué) 院電 力電 子技術(shù)課 程 設(shè) 計與信息工程系專業(yè)班級0505姓胡功偉學(xué)號401050517指導(dǎo)教師肖文英老師同組人員胡功偉 魯浪 吳海平 馬泓龍 劉小軍單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路PAGE10PAGE100505401050517設(shè)計時間：2007 年 6 月前言 電力電子技術(shù)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(shù)產(chǎn)業(yè)（航天、激光、通信、機器人等）和高效利用能源均至關(guān)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(chǎn)業(yè)仍然是我國國民經(jīng)濟的主力軍，因此在近期或在較長一段時期內(nèi)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和發(fā)展將在很大程度上決定著我國經(jīng)濟的發(fā)展。而電力、機械、冶金、石、化工、交通是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)技術(shù)的高關(guān)我國工業(yè)的。無，電力電子技術(shù)是高產(chǎn)業(yè)技術(shù)的重要段，是對我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造、建化工業(yè)體的關(guān)用技術(shù)。工業(yè)電電源，中電源交流電源、通電源關(guān)電源。.、計機和化、工業(yè)和、新型、工業(yè)程控機、器中均用。而大功流電源交流電源工業(yè)中重要的。大功流電源包電、電、電用的流電源等。電機傳、工業(yè)電電源、電力電和大的電力電子統(tǒng)的主要論是電力電子學(xué)，和相關(guān)的學(xué)相關(guān)，論（體、電學(xué)、電路論、力學(xué)、光學(xué)、化學(xué)）論（電力統(tǒng)、論、電機學(xué)電力傳、通信論、信、電子學(xué)、電子學(xué)、金學(xué)）技術(shù)（、造、體電路造、電電、計機和設(shè)計）等。因此電力電子技術(shù)是的交，要我國目前電力電子技術(shù)用的，一大對電力電子技術(shù)度和對電力電子技術(shù)用的目管，效對國學(xué)術(shù)交流的。是;高國內(nèi)電力電子業(yè)的技術(shù)時結(jié)我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重大工程目，電力電子技術(shù)業(yè)、的對鍵技術(shù)和工程技術(shù)的關(guān)，”（，，用電，機電，電等）論用的效，一用國產(chǎn)電力電子產(chǎn)政，我國的大的電力電子產(chǎn)業(yè)，人大。11 ——————————————————————————212 要求——————————————————————————213 內(nèi)容——————————————————————————214——————————————————————————2二內(nèi)容21 論證與選擇——————————————————————3211方案論證—————————————————————322 ————————————————————————51 —5222 —3方案說明————————————————————————7三31 732 73.3分類———————————————————————133.4133.5143.6雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)—————————————————————143.7同步變壓器————————————————————————15四保護4.1164.2壓保護————————————————————————17六參數(shù)——————————————————————22、從事技術(shù)之前技能訓(xùn)練對職能培養(yǎng)和技能訓(xùn)練具有當重要意義。主要于：1進步掌握組成、構(gòu)、原理；2重點理解移能、構(gòu)、原理；3理解同步變壓器能。要求：1根據(jù)題正確選擇形式；2繪制完原理圖（包括主要制部分）；3和能部原理、器；4制和意事；形式選擇：。1主2框圖3框圖4分為半波波和橋式它們所連接性質(zhì)不同就會有不同特點。橋式應(yīng)廣泛只四只阻感投資比較少交源正半周都有輸出壓波形脈次多于半波。變壓器組正形對直分變壓器直磁問題變壓器繞組利率高。橋式橋與半波：ａ移等均為0 ～180 。輸出壓平均Ud半波2倍。同率下平均減小。率因提高了1.414。橋式與波：題1橋式器、：橋式接阻；要求輸出壓連續(xù)調(diào)；輸出20A以上；220V變壓器壓1.42、要求：單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路（1）根據(jù)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(shù)可自行選擇（例如：輸入的為市電，即相電壓為 V，輸出電壓在0L—V可調(diào)，負載 R5Ω）L第二章 設(shè)計內(nèi)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(jié)構(gòu)也是比較多的。因在設(shè)計我們主要種方案：：單相控整流電路電路圖如：行控制，相全控控制器件，用二如流二管，180°或出發(fā)脈沖丟失時，由電感儲能經(jīng)變次繞組釋放只消阻上會生通兩輪

U 為正，即為正d定波時波失所必須免發(fā)生失控現(xiàn)象。：單相式全控整流電路電路圖如：單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路此電路對每個導(dǎo)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(yīng)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，VTa移相范圍為180，需大鐵，大的量。應(yīng)用此電路。：單相全波可控整流電路：電路簡圖如下：此電路變壓器中的，結(jié)比較，只要用 2個可控器件，單相全波只用 個晶閘管，比單相全控2個，此一個管壓，相應(yīng)，極動電路也2個，但晶閘管的大電壓單相全控的 2。不存在直流磁化的問題，用輸出壓的用。但繞組鐵對、鐵等材料的消耗比單相全控多，在當今世界有色金屬有限的情況下，這不利的，所以我們也放棄這個方案。優(yōu)點線、調(diào)便弱點沖大電負載，且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵磁化，變壓器不而具有小數(shù)沒有優(yōu)點其2同過減??；因數(shù)提高一半。綜所述針他們優(yōu)缺點我們采（阻感性負載）。22 路2a)2 uα 2 4 d Tuu電存使不能突變對4 d 平波用很大id 連續(xù)且波形近似一水平線其波形2b所2 u 過零變時由用VT和VT4 中仍過id 并不關(guān)斷至2 π＋α 時刻給 VT2 和 VT3 加脈沖因VT2和VT3本承受壓故兩導(dǎo)通VT2

通過

和 VT3 分別2向 VT1 和 VT4 施加反壓使VT1 和VT4 斷過 VT1 和 VT4 2到 VT2 和 VT3 亦稱換至下一重復(fù)上述過程此循環(huán)下去。ud波形2（b)其平均值為α0Ud00.9U2。α90o時，Ud0。α移90o。承受最大正反向壓均為。橋式帶阻感負載時，VT1、VT4承受最大正反向壓均為。θα180o，其2和i2180oαI2=Id。222原理圖分析：在橋式中，VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3組成另一在U2若4，U 和VT4d串聯(lián)承受U2角αVT1VT4加VT4從源a端經(jīng)VT1、RVT4回源b端。u2過零時，經(jīng)也降到零，VT1VT4關(guān)斷。在u2負半周，仍在角α 處VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，從源b端出，經(jīng)VT3R、VT2回源a端。到u2過零時，又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通，如此循環(huán)作下去，承受最大正向壓和反向

U 和 。222 222由于在交源正負半周都有輸出過負載，故該為波。在U 一2個周期內(nèi)，2次，脈動次數(shù)多于半波，該屬于雙脈波。變壓器二次繞組中，正負兩個半周方向反且波形對稱，平均值為零，即直分量2.2所示，不存在變壓器直磁化問題，變壓器繞組利用率也高。壓平均值為Uo

1

U

2t)=

U21cos

1cosU22 2 2 2 222α=0時，Ud

U 。α=1800時，Ud0 2

0?？梢姡两且?800。向負載輸出直平均值為dI =U 2d

1cos2

=0.9

11cosd R 2

2R 2VT1VT4VT2VT3輪導(dǎo)，過平均值只有輸出直平均值一半，即I 1I

U0.45

1cosdVT 2 d R 2為選擇、變壓器容量、導(dǎo)線截面積等定額，需考慮熱問題，為此需計算有效值。過有效值為12122Usin t22Rd( )U2R21sin2aaVT變壓器二次有效值I 與輸出直有效值I等，為U1R U1R 22aI I

n

d1 22 π R 1 22.3方案說明

I 2VT2

I不考慮變壓器損耗時，要求變壓器SUI22可分為半波、波和橋式可，它們所連接負載性質(zhì)不同就會有不同特點。橋式應(yīng)用廣泛，只用四只，一個阻，一個感，投資比較少，在交負半有輸出壓波次半波。變壓器次，負個半方向波，直分量為，不在變壓器直問題，變壓器用。橋式橋與半波比較：移范圍等，均為0 180 。輸出Ud半波2倍。同負載下，過平均減小一半。因提了1.414倍。橋式與波比較：式其輸出平均壓半波2倍。在同負載下過平均減小一半。因提了一半。311、利用(又稱雙基級二極)RC充放特性，可組成頻率可調(diào)自激振蕩3-1圖中V6，其常用BT33BT35阻V5C1組成RC回，由C1-V6-脈沖變壓器組成容放回RP1V5等效阻圖3-1原理圖作原理簡述如下：60VVD1V1、V2進行削從而得到梯形其過零點與源過零點梯形通過R7阻向容C1充當充達到峰值UP時V6導(dǎo)，1v使61，容16可C1調(diào)節(jié)RP1可實現(xiàn)脈沖圖3-2圖3-2各點形2、移移移、脈沖放等節(jié)其原如圖3-3。圖3-3移原圖。V1移節(jié)在V1Tbt1調(diào)節(jié)t2調(diào)節(jié)b。調(diào)節(jié)RP1RP2可V1時從而制角置。脈沖形形環(huán)233C4、。當16供給239、T1、VD6、至當1123。由于設(shè)置了C4、使322P、3當2升0.7VV2V3變?yōu)榻刂?。V2位上升0.7V時間由其充放時間常數(shù)所決定RP3阻值就改變了其時間常數(shù)也就改變了輸出寬度。正弦波同步壓波3-4。位器RP1、RP2、RP3上同步變壓器所上。3-4壓波形3曲線射與 EB間壓關(guān)系曲線稱為伏性曲線性曲線的35方框等效。圖35 單結(jié)晶體管特性曲線的測試單結(jié)晶體管的伏安特性曲線，如圖 3.5所示，可分成 3個區(qū)域：（）截止區(qū)：當電壓 )時，二極管 D處于反向偏置，電流 E 很小，故稱這段區(qū)域為截止區(qū)。（2）負阻區(qū)：當 增加到 N結(jié)開始導(dǎo)通的峰點電壓 U二極管 二極管 D導(dǎo)通。此時，空穴濃度很高的 P區(qū)向電子濃度很低的 N型基區(qū)注入大量空穴

時，即載流子，使 RB1

減小，由式（32）可知，UA

下降，iE

增大。而UA

的降低，又使 結(jié)正偏增加，i的增大使 RE

進一步減小直至Ｖ點，形成正反饋，即出現(xiàn)了如 段所示特性。由于動態(tài)電阻 為負值，故 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，也有所增加。這由于 P區(qū)到 N區(qū)的空穴濃度達到飽和度，RB1

減小，正阻特性。所以V點以后的區(qū)域稱為飽和區(qū)。、單結(jié)晶體管振蕩電路1、如下圖所示，它能產(chǎn)生一系列脈沖，用來觸發(fā)晶閘管。（a）圖 (b)波形圖（3.6）單結(jié)管振蕩電路及波形SR1R2RPC時，單結(jié)管截止，R1達到峰點電UPEB1RB1RB1R1放電，由、R1R1UVEB1下降到零，完成一次振蕩。當EB1CR1上得到一個周期性尖脈沖輸出電壓，如圖所示。上述電路的工作過程是單結(jié)管阻性RC充放電=C需要特別說明是：實用中必須解決與主同步問題否則會產(chǎn)生失現(xiàn)象。用振蕩TS稱同步變壓器初級接主源。、分類是(Thyristor)簡稱谷稱可硅它是一種率開關(guān)型半導(dǎo)體器件在中用文字符號為“V”、“VT”示中用字“SCR”示。控多方按斷方式方式雙向極斷O、G溫和光等多按引腳和按引腳和二三和四。按封裝形式按封裝形式金屬封裝塑封和陶瓷封裝三金屬封裝螺栓形平板形圓殼形等多塑封帶散熱片和不帶散熱片兩按容量按容量和三多采金屬殼封裝而多采塑封或陶瓷封裝。按斷速度按斷速度普和快速。34、同步環(huán)節(jié)同步是要率與主源率同關(guān)波是開關(guān)T2來T2由截止期鋸齒T2截止狀態(tài)持續(xù)就鋸齒的寬度T2就鋸齒環(huán)節(jié)由TB和體管T2組成。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控制它的通、斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。其接線圖如下圖所示：同步變壓器TB二次電壓U 經(jīng)二極管D1間接加在T2的基極上。當二次電壓波形在負bt半周的下降段時，D1C1O點接地為零電位，R點為負電位，QRT2電源通過R1給電容C1反向充電，U 為電容反向充電波形，其上升速度比uTB波形慢，故qD1Q1.4V1.4VTB二次電壓的下重新導(dǎo)通，C1截止，如此周而復(fù)始。在一包截止與導(dǎo)通個，波波形一個周期，與主電路電源和相位全同步，達到同步的的。35、脈沖形成T4、T5組成脈沖形成，T7、T8組成脈沖放電路。控制電壓Uc0T4基極上。Uc0=0時，T4截止，T5和導(dǎo)通，T7、T8截止TP二次脈沖輸C3充電，充后電容2U。當Uc00.7V時，4A點電位由+15V1.0VC3的電壓基極電位迅速降5V電壓+2.18PN結(jié)正向壓降和，T7T8TPC3經(jīng)+15VD4、T4放電和反向充電，T%ub5>-Uc,T5又重新導(dǎo)通，T7、T8截止，脈沖T4導(dǎo)通時度與反向充電路時間。36、脈沖形成脈沖的，一個觸發(fā)電路個周期內(nèi)一個脈沖，脈沖輸電路同時觸發(fā)個的晶閘管，這為脈沖觸發(fā)。一個觸發(fā)電路在一個周期內(nèi)個相65656856有T7T8T5T6U c04586°二滯后60°位后T6T8又導(dǎo)二次因現(xiàn)得到間60°D4和R17和作防互干擾連接框圖如圖示。在三橋器件次序1→2→3→→5→60。X端給鄰Y端補3.7同步壓器在裝置送到各與陽極壓之間必須保持正確關(guān)系才能保證裝置正常作在陽極壓正區(qū)間現(xiàn)才能被鋸齒波同步刻必須根據(jù)被陽極壓位在需刻過同步壓器壓位與壓保持了正確位關(guān)系從而開刻得到壓U 根據(jù)同步壓器接線圖如圖示。d:；。（4是最簡元，但最普通熔斷由于熔斷特性不合適，很可能在燒壞后熔斷還沒有熔斷，快速熔0505401050517050540105051717PAGE20PAGE2005054010505174 I kx1.57I ITαkx kI kITαI =2ATα以 1.57I=1.57×2A=3.14ATα斷器RS3六個。保護:：其外主要雷擊系統(tǒng)操程等外部原,內(nèi)主要自力子裝置內(nèi)部器件開關(guān)程了保護個,我們這里采RC保護.如我們根據(jù)資料書上資料我們采阻保護器兩RC阻部分LC。SUC 6i 0SU0 0 22

R USUS22U%i %KS 器）U 器）2I %:器磁百分值0U %:器短百分k0KA里面i0面U 0 k面C位μ位歐姆C交耐eU 阻兩交e5.11.U2U2=(Udma+RidnUvT)/(COmin-CUkI/IN)51。2 2U21.1.Udmax/A 52.51IdRnUvTA=0UdU2A=2.3。CC=0.5。0.9。minmin=335。Uk1060WUk0.0。R=3UvT=1n=2,I2/I2n=1,Udmax=UN=220V,A=2.34,C=0.5,Uk=0.0551U2220+×1/2.3×0.0.866-0.×0.0×1=125V實U2=140V。I2I1有2 5）1×K 16K5d，進而I2=Id/1.22=305/1.22=250A.知。54A。容量1××1 5）2×2×2 2））m1,m2分別是565有S1=3×220×158.5≈105KVAS2=3×140×250=105KVAS=105KVA從上述：表5.1 參數(shù)線 容

AVAVA）3 DYa11 105 220 92 140 250.I=52×b×d 5—8）TNKfb系Kfb=0.3685—8得，I4TN取I=300A ＿TN.U=23×√67TN所以有KP300-10D?？蛊鬟x擇抗器主要有過抗器和抗器感量。前者一般是已知，因此抗器主要是感量。限制輸出脈動感量LmLm=(Udm/U2×1000/πf×U2/SiId(mH) 式U2源壓有效值；fd最低斜波頻率，和主有關(guān)，對于三相300；Udm壓幅值；Si。Si0.1，U2=220V。得：8×0×/2×4×0×1×56H）使輸出連續(xù)臨界Lll×5—0）K1有關(guān)系，對于三K10.693；U2壓。n%d%。50：3×/1×5動機LLD B動機LD

可按下式LK×U/d×0H5—1）D D DU動機壓；Id動機；Dn動機動機磁極對D1210；P2。

K8～D5—1L0×0×/2×2×5×08H）DLB

L

Kk×d 5—2）B B其中KB壓

路在此K取3.9，Uk=0.05。B52：L9×5×5 H）B3LL2×8H）B D

-L)=3.18-2×0.0895-1.8=1.2(mH)B D取較大者，做為串入抗器1.2mH。5.2.保護參數(shù)計算過壓保護對于過壓保護包括交側(cè)、直1．交側(cè)保護源變壓器初級側(cè)突然拉，使變壓器勵磁突然切斷，鐵心中磁通φ在短時間內(nèi)變化很大，因而在變壓器次級應(yīng)很高瞬時過壓，這種過壓可用阻容保護。由于容兩端壓不能突變，可以限制變壓器次級壓變化率，因而限制了瞬時壓上升水平。容器把變壓器鐵心磁能轉(zhuǎn)化成容能。串聯(lián)阻可以消耗部能，并可LC。<1次側(cè)阻容變壓器平容S=1/3S=35KV。阻容可用計算6i%S/U2（v） 51）0 22.3U2Uk%/i%/S 51）2 0中 變壓器平計算容V）U變壓器次級壓V）i變壓器勵磁11000KVA變壓器，對應(yīng)i%=14；0 0Uk變壓器短11000KVA變壓器，對應(yīng)Uk%=1。在i5，Uk%=5。0入51）由51）

C6×5×3×13/382=7.3(vF)1R2.3×382/（3×13）=9.4Ω1取C=10vF, R=1。C1壓1.5UUc=380VCU阻容兩端在正常作時交壓。CI2πfU1-=1.19。C所以C1壓1.5U=1.×380=570VC阻P4)I≠R=×1.12×10=56.6ωR∴次側(cè)阻容10vF,650V,3支，繞線110ω3支。<2二次側(cè)阻容因為三二次側(cè)Y接，阻容接法Δ接法。所以C1/（6i%S/U2） （v）51）2 0 2R3×2.3U2（Uk%/i%）/S 51）2 2 0入51）入51）

C1/×6×5×3×13/142=17.8（v）2R3×2.3U2×1/3×13=3.86Ω2 2C0FR42 21.5Uc=1.5×√3×140=364VIc≥2πfU×10-6=2×3.14×√3×140×10-6=1.52ACPR4×4×1.522=37ω。2容：fV40ω3。<3敏阻保護敏阻是一種非線性阻具有正反向同且很陡伏安特性抑制過能力強反應(yīng)。U≥ε/8～95—7）1MA： 1.08～1.10；8～9U1MA。57

101mA

U

=419～472V13 3VA。為變側(cè)過快速突過變器中能釋放過雖交側(cè)過保護抑制過過變器能要種過仍通過導(dǎo)通反映到側(cè)。采用敏阻保護有MY3—440/3 3支額定440容3K。元件保護Cp=1vF,Rp=ΩCp≥1.～1.U=37～514V1MA阻Rp率1.75fCpU121-6 式5—1）式中： ——為頻50HZ式：Rp率≥1.7×5×6×1402×1-6=1ω選油錦1vF,630V