電力電子課程設(shè)計(jì)-三相全控橋式晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)三相全控橋式晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息與通信工程學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目用一號(hào)黑體字，一行排不下可排兩行，居中學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：專(zhuān)業(yè)：信息與通信工程學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目用一號(hào)黑體字，一行排不下可排兩行，居中學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：專(zhuān)業(yè)：指導(dǎo)教師：2021年1月4日中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目用一號(hào)黑體字，一行排不下可排兩行，居中學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：專(zhuān)業(yè)：指導(dǎo)教師：2021年1月4日與通信工程電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)院：電氣工程及其自動(dòng)化高麗珍張曉明專(zhuān)業(yè)：高麗珍張曉明指導(dǎo)教師：2021年1月4日目錄HYPERLINK1引言 1HYPERLINK1.1設(shè)計(jì)條件及內(nèi)容 1HYPERLINK1.2問(wèn)題分析 1HYPERLINK2三相全控橋式主電路設(shè)計(jì) 1HYPERLINK2.1整流變壓器的設(shè)計(jì) 1HYPERLINK2.1.1整流變壓器的設(shè)計(jì)原理 1HYPERLINK2.1.2變壓器參數(shù)計(jì)算 2HYPERLINK2.2整流電路 2HYPERLINK2.2.1晶閘管簡(jiǎn)介 2HYPERLINK2.2.2整流器件的定額計(jì)算和選擇 2HYPERLINK2.2.3三相全控橋式整流電路的特點(diǎn) 3HYPERLINK2.3平波電抗器的參數(shù)及選擇 4HYPERLINK2.3.1電抗器的電感 4HYPERLINK2.3.2整流變壓器漏電感的計(jì)算 5HYPERLINK2.4晶閘管對(duì)電網(wǎng)的影響 5HYPERLINK2.5系統(tǒng)功率因數(shù)的討論 6HYPERLINK3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 7HYPERLINK3.1集成觸發(fā)電路 7HYPERLINK3.2KJ004的工作原理 7HYPERLINK4晶閘管保護(hù)電路 9HYPERLINK4.1晶閘管過(guò)壓保護(hù)電路 9HYPERLINK4.1.1交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 9HYPERLINK4.1.2直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù) 9HYPERLINK4.1.3晶閘管換相過(guò)電壓的保護(hù) 10HYPERLINK4.2晶閘管過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì) 10HYPERLINK4.3電流上升率、電壓上升率 10HYPERLINK電流上升率 10HYPERLINK4.3.2電壓上升率 11HYPERLINK5MATLAB仿真結(jié)果 11HYPERLINK5.1仿真電路圖 115.2電源電壓波形圖HYPERLINK 115.3觸發(fā)信號(hào)波形圖HYPERLINK 125.4晶閘管電流和電壓波形圖HYPERLINK 125.5負(fù)載電流和電壓波形圖HYPERLINK 12HYPERLINK6設(shè)計(jì)心得 13HYPERLINK參考文獻(xiàn) 15HYPERLINK致謝 161引言1.1設(shè)計(jì)條件及內(nèi)容

設(shè)計(jì)條件：1．直流電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)：PN=10KW,UN=220V,IN=50A,nN=1000r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω，電流過(guò)載倍數(shù)λ＝1.5，電樞電感LD=7mH，勵(lì)磁電壓UL=220V勵(lì)磁電流IL=1.6A，使用三相可控整流電路，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，工作于電動(dòng)狀態(tài)。2.進(jìn)線交流電源：三相380V3.性能指標(biāo)：直流輸出電壓0-220V，最大輸出電流75A，保證電流連續(xù)的最小電流為5A。設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.三相全控橋式主電路設(shè)計(jì)〔包括整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算，整流元件定額的選擇，平波電抗器電感量的計(jì)算等〕,討論晶閘管電路對(duì)電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。2.觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，包括觸發(fā)電路選型〔可使用集成觸發(fā)器〕，同步信號(hào)的定相等。3.晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)與過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)。1.2問(wèn)題分析根據(jù)所給任務(wù)的要求，首先認(rèn)真分析題目，題目是三相全控橋式晶閘管―電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于所給電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，可以知道這是一個(gè)交流到直流的變換電路，即整流電路。直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載可以看成是三相全控橋式晶閘管電路接一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，由此可以得出此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)三相全控橋式晶閘管整流電路實(shí)現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換，且保證輸出的直流電壓和電流能使電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)即可。然后分別對(duì)主電路及觸發(fā)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。主電路的設(shè)計(jì)主要包括整流變壓器的選取、整流元件的選擇及平波電抗器的選擇，觸發(fā)電路根據(jù)TC787進(jìn)行設(shè)計(jì)。后續(xù)內(nèi)容將分別介紹各個(gè)模塊的構(gòu)成原理和使用方法。2三相全控橋式主電路設(shè)計(jì)2.1整流變壓器的設(shè)計(jì)2.1.1整流變壓器的設(shè)計(jì)原理整流變壓器就是降壓變壓器，降到所需電壓后再用半導(dǎo)體管整流，和普通變壓器的原理相同。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種變換交流電壓的設(shè)備。變壓器一般有初線和次級(jí)兩個(gè)互相獨(dú)立繞組，這兩個(gè)繞組共用一個(gè)鐵芯。變壓器初級(jí)繞組接通交流電源，在繞組內(nèi)流過(guò)交變電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，于是在閉合鐵芯中就有交變磁通。初、次級(jí)繞組切割磁力線在次級(jí)就能感應(yīng)出相同頻率的交流電。變壓器的初、次級(jí)繞組的匝數(shù)比等于電壓比。2.1.2變壓器參數(shù)計(jì)算變壓器采用型連接，輸入側(cè)380V輸出側(cè)220V〔線電壓〕，故：容量S的計(jì)算：根據(jù)三相全控橋變壓器二次側(cè)電流的有效值的計(jì)算公式：可求得:變壓器初級(jí)側(cè)容量：變壓器次級(jí)側(cè)容量：故電壓器容量：綜上所述，選擇型號(hào)為SBK20KWSG20KVA，的變壓器。2.2整流電路2.2.1晶閘管簡(jiǎn)介晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又可稱(chēng)做可控硅整流器，晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門(mén)極；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管的開(kāi)通和關(guān)閉和三極管有很大的差異，可以視為一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)器件，只具有兩個(gè)工作狀態(tài)即開(kāi)通和關(guān)閉。晶閘管的開(kāi)通受2個(gè)條件約束，陰陽(yáng)極的正偏壓和門(mén)極與陰極的正偏壓，關(guān)斷那么只需要流過(guò)管子的電流小于一定的值，并且維持一定的時(shí)間就自然關(guān)斷。不受門(mén)極控制。工作原理相當(dāng)于兩個(gè)三極管的等效電路。2.2.2整流器件的定額計(jì)算和選擇本設(shè)計(jì)采用晶閘管三相全控橋整流電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可得：由此可以的出：經(jīng)分析知綜上所述，選定額為＝50A,＝800V的晶閘管作為整流器件,可采用KP50-8系列的晶閘管。2.2.3三相全控橋式整流電路的特點(diǎn)一般變壓器一次側(cè)接成三角型，二次側(cè)接成星型，晶閘管分共陰極和共陽(yáng)極。一般1、3、5為共陰極，2、4、6為共陽(yáng)極?！?〕2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，且不能為同1相器件?！?〕對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。2)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。3)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?！?〕需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)〔常用〕?！?〕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。三相橋式全控整流電路實(shí)質(zhì)上是三相半波共陰極組與共陽(yáng)極組整流電路的串聯(lián)。在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通才能形成導(dǎo)電回路，其中一個(gè)晶閘管是共陰極組的，另一個(gè)晶閘管是共陽(yáng)組的。6個(gè)晶閘管導(dǎo)通的順序是按VT6–VT1→VT1–VT2→VT2–VT3→VT3–VT4→VT4–VT5→VT5–VT6依此循環(huán)，每隔60°有一個(gè)晶閘管換相。為了保證在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)每個(gè)晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為60°。三相橋式全控整流電路原理圖如下圖。圖2-1三相橋式晶閘管主電路圖2.3平波電抗器的參數(shù)及選擇平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整流電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。直流輸電的換流站都裝有平波電抗器，使輸出的直流接近于理想直流。直流供電的晶閘管電氣傳動(dòng)中，平波電抗器也是不可少的。2.3.1電抗器的電感假設(shè)要求變流器在某一最小輸出電流時(shí)仍能維持電流連續(xù)，那么電抗器的電感可按下式計(jì)算：式中是交流測(cè)電源相電壓有效值(V)是要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值(A)K1是與整流主電路形式有關(guān)的計(jì)算系數(shù)。對(duì)于不同控制角α，所需的電感量本設(shè)計(jì)中的參數(shù)為：，,臨界值。將以上所述參數(shù)代入，可計(jì)算出本設(shè)計(jì)所需的臨界電感參數(shù)值，即：2.3.2整流變壓器漏電感的計(jì)算整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電TL按下式計(jì)算：式中是變壓器次級(jí)相電壓有效值(V)是晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流(平均值)(A)是變壓器的短路比。100KVA以下的變壓器取=5；100~1000KVA的變壓器取=5~10；是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，=3.9。本設(shè)計(jì)=127V，=50A，=5，=3.9。將以上所需參數(shù)代入式中可計(jì)算出漏電感TL的值，即綜上所述，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電感為，可得使輸出電流連。應(yīng)選30mH的電感作為平波電抗器。2.4晶閘管對(duì)電網(wǎng)的影響晶閘管變流設(shè)備一般都是通過(guò)變壓器與電網(wǎng)連接的，因此其工作頻率為工頻,初級(jí)電壓即為交流電網(wǎng)電壓。經(jīng)過(guò)變壓器的耦合，晶閘管主電路可以得到一個(gè)適宜的輸入電壓，是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，減小電網(wǎng)污染。在變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓相差不多時(shí)，有時(shí)會(huì)采用自耦變壓器；當(dāng)變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時(shí)，也可以不經(jīng)變壓器而直接與電網(wǎng)連接，不過(guò)要在輸入端串聯(lián)“進(jìn)線電抗器〞以減少對(duì)電網(wǎng)的污染。晶閘管裝置中的無(wú)功功率，會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)帶來(lái)不利影響：1)無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。2)無(wú)功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加。3)使線路壓降增大，沖擊性無(wú)功功率負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。晶閘管裝置還會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害，包括：1)諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。2)諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)熱，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損壞。3)諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會(huì)使上述1)和2)兩項(xiàng)的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。4)諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并使電氣測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)確。5)諧波會(huì)對(duì)臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息喪失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。2.5系統(tǒng)功率因數(shù)的討論功率因數(shù)為：三相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，由于設(shè)計(jì)時(shí)接了平波電抗器，所以負(fù)載電感足以使電流連續(xù)，那么電路的工作情況與感性負(fù)載時(shí)相似，即可以根據(jù)感性負(fù)載來(lái)討論功率因數(shù)設(shè)交流電抗為零，假設(shè)直流電感L為足夠大，，此時(shí)，電流為正負(fù)半周各的方波，三相電流波形相同，且依次相差，其有效值與直流電流的關(guān)系為：同樣可將電流波形分解為傅里葉級(jí)數(shù)。以a相電流為例，將電流負(fù)、正兩半波的中點(diǎn)作為時(shí)間零點(diǎn)，那么有由上式知：電流基波：諧波有效值：故基波因數(shù)：又因電流基波與電壓的相位差仍為,故位移因數(shù)仍為：因此功率因數(shù)為：3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間需要觸發(fā)脈沖，常用的觸發(fā)電路有單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，設(shè)計(jì)利用KJ004構(gòu)成的集成觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路。3.1集成觸發(fā)電路本系統(tǒng)中選擇模擬集成觸發(fā)電路KJ004，KJ004可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KJ004器件輸出兩路相差180度的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。KJ004電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對(duì)同步電壓要求低，有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。原理圖如下：圖3-1KJ004的電路原理圖3.2KJ004的工作原理如上圖KJ004的電路原理圖所示，點(diǎn)劃框內(nèi)為KJ004的集成電路局部，它與分立元件的同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路相似。V1～V4等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓uS經(jīng)限流電阻R20加到V1、V2基極。在uS的正半周，V1導(dǎo)通，電流途徑為(+15V－R3－VD1－V1－地)；在uS負(fù)半周，V2、V3導(dǎo)通，電流途徑為(+15V－R3－VD2－V3－R5－R21―(―15V))。因此，在正、負(fù)半周期間。V4根本上處于截止?fàn)顟B(tài)。只有在同步電壓|uS|＜0.7V時(shí)，V1～V3截止，V4從電源十15V經(jīng)R3、R4取得基極電流才能導(dǎo)通。電容C1接在V5的基極和集電極之間，組成電容負(fù)反響的鋸齒波發(fā)生器。在V4導(dǎo)通時(shí)，C1經(jīng)V4、VD3迅速放電。當(dāng)V4截止時(shí)，電流經(jīng)(+15V－R6－C1－R22－RP1－(－15V))對(duì)C1充電，形成線性增長(zhǎng)的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過(guò)R22、RP1的充電電流和電容C1的大小。根據(jù)V4導(dǎo)通的情況可知，在同步電壓正、負(fù)半周均有相同的鋸齒波產(chǎn)生，并且兩者有固定的相位關(guān)系。V6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)。鋸齒波電壓uC5、偏移電壓Ub、移相控制電壓UC分別經(jīng)R24、R23、R26在V6基極上疊加。當(dāng)ube6>+0.7V時(shí)，V6導(dǎo)通。設(shè)uC5、Ub為定值，改變UC，那么改變了V6導(dǎo)通的時(shí)刻，從而調(diào)節(jié)脈沖的相位。V7等組成了脈沖形成環(huán)節(jié)。V7經(jīng)電阻R25獲得基極電流而導(dǎo)通，電容C2由電源+15V經(jīng)電阻R7、VD5、V7基射結(jié)充電。當(dāng)V6由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時(shí)，C2所充電壓通過(guò)V6成為V7基極反向偏壓，使V7截止。此后C2經(jīng)〔+15V－R25－V6－地〕放電并反向充電，當(dāng)其充電電壓uc2≥+1.4V時(shí)，V7又恢復(fù)導(dǎo)通。這樣，在V7集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度由充電時(shí)間常數(shù)R25和C2決定。V8、V12為脈沖分選環(huán)節(jié)。在同步電壓一個(gè)周期內(nèi)，V7集電極輸出兩個(gè)相位差為180°的脈沖。脈沖分選通過(guò)同步電壓的正負(fù)半周進(jìn)行。如在us正半周V1導(dǎo)通，V8截止，V12導(dǎo)通，V12把來(lái)自V7的正脈沖箝位在零電位。同時(shí)，V7正脈沖又通過(guò)二極管VD7，經(jīng)V9～V11放大后輸出脈沖。在同步電壓負(fù)半周，情況剛好相反，V8導(dǎo)通，V12截止，V7正脈沖經(jīng)V13～V15放大后輸出負(fù)相脈沖。說(shuō)明：1)KJ004中穩(wěn)壓管VS6～VS9可提高V8、V9、V12、V13的門(mén)限電壓，從而提高了電路的抗干擾能力。二極管VD1、VD2、VD6～VD8為隔離二極管。2)采用KJ004元件組裝的六脈沖觸發(fā)電路，二極管VD1～VD12組成六個(gè)或門(mén)形成六路脈沖，并由三極管V1～V6進(jìn)行脈沖功率放大。3)由于V8、V12的脈沖分選作用，使得同步電壓在一周內(nèi)有兩個(gè)相位上相差的脈沖產(chǎn)生，這樣，要獲得三相全控橋式整流電路脈沖，需要六個(gè)與主電路同相的同步電壓。因此主變壓器接成D，yn11及同步變壓器也接成D，yn11情況下，集成觸發(fā)電路的同步電壓uSa、uSb、uSc分別與同步變壓器的uSA、uSB、uSC相接RP1～RP3為鋸齒波斜率電位器，RP4～RP6為同步相位4晶閘管保護(hù)電路晶閘管以其額定電流大、額定電壓高、效率高、反響快以及體積小等優(yōu)點(diǎn),作為中頻靜止逆變電源中主要元件而被選用,但其缺點(diǎn)是過(guò)載能力低。因此,在晶閘管中頻靜止逆變電源中,為了使晶閘管免受大電流、高電壓的沖擊,均設(shè)置了過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路。當(dāng)晶閘管中頻靜止電源用于金屬熔煉時(shí),由于負(fù)載為時(shí)變性元件,變化大,情況比擬復(fù)雜,假設(shè)保護(hù)不可靠,速度慢,故障一旦出現(xiàn),晶閘管立即被損壞的現(xiàn)象常有發(fā)生。影響了整個(gè)設(shè)備的性能和使用,因而保護(hù)電路顯得尤為重要。4.1晶閘管過(guò)壓保護(hù)電路正常工作時(shí)，晶閘管承受的最大峰值電壓為，超過(guò)此峰值電壓的就算過(guò)電壓。在整流裝置中，任何偶然出現(xiàn)的過(guò)電壓均不應(yīng)超過(guò)元件的不重復(fù)峰值電壓，而任何周期性出現(xiàn)的過(guò)電壓那么應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓。這兩種過(guò)電壓都是經(jīng)常發(fā)生和不可防止的。因此，在變流過(guò)程中，必須采用各種有效保護(hù)措施，以抑制各種暫態(tài)過(guò)電壓，保護(hù)晶閘管元件不受損壞。抑制暫態(tài)過(guò)電壓的方法一般有三種：①用電阻消耗過(guò)電壓的能量；②用非線性元件限制過(guò)電壓的幅值；③用儲(chǔ)能元件吸收過(guò)電壓的能量。假設(shè)以過(guò)電壓保護(hù)裝置的部位來(lái)分，有交流保護(hù)，直流保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元器件保護(hù)3種。4.1.1交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)交流側(cè)過(guò)電壓一般都是外因過(guò)電壓，在抑制外因過(guò)電壓的措施中，采用RC過(guò)電壓抑制電路是最為常見(jiàn)的。通常是在變壓器次級(jí)(元件側(cè))并聯(lián)RC電路，以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)程中可以消耗一局部能量并且抑制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3-1所示。圖4-1阻容過(guò)電壓保護(hù)電路4.1.2直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)也可以采用阻容電路進(jìn)行保護(hù)，其計(jì)算參數(shù)同交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)。4.1.3晶閘管換相過(guò)電壓的保護(hù)由于晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般只承受換相過(guò)電壓，沒(méi)有關(guān)斷過(guò)電壓?jiǎn)栴}，關(guān)斷時(shí)也沒(méi)有較大的，所以晶閘管的緩沖電路就簡(jiǎn)化為了晶閘管的換相過(guò)電壓保護(hù)，即采用RC吸收電路即可。4.2晶閘管過(guò)流保護(hù)電路變流裝置發(fā)生過(guò)電流的原因歸納起來(lái)有如下幾個(gè)方面：(1)外部短路：如直流輸出端發(fā)生短路。(2)內(nèi)部短路：如整流橋主臂中某一元件被擊穿而發(fā)生的短路。(3)可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換流失敗和環(huán)流過(guò)大。(4)生產(chǎn)機(jī)械發(fā)生過(guò)載或堵轉(zhuǎn)等。晶閘管元件承受過(guò)電流的能力也很低，假設(shè)過(guò)電流數(shù)值較大而切斷電路的時(shí)間又稍長(zhǎng)，那么晶閘管元件因熱容量小就會(huì)產(chǎn)生熱擊穿而損壞。因此必須設(shè)置過(guò)流保護(hù)，其目的在于一旦變流電路出現(xiàn)過(guò)電流，就把它限制在元件允許的范圍內(nèi)，在晶閘管被損壞前就迅速切斷過(guò)電流，并斷開(kāi)橋臂中的故障元件，以保護(hù)其它元件。晶閘管變流裝置可能采用的過(guò)流保護(hù)措施有：①交流斷路器；②進(jìn)線電抗器；③靈敏過(guò)電流繼電器；④斷路器；⑤電流反響控制電路；⑥直流快速開(kāi)關(guān)；⑦快速熔斷器。可按實(shí)際需要選擇其中一種或數(shù)種。4.3電流上升率、電壓上升率4.3.1電流上升率的限制晶閘管在導(dǎo)通的瞬間，電流主要集中在靠近門(mén)極的陰極外表較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后隨著時(shí)間的增長(zhǎng)才逐漸擴(kuò)大到整個(gè)陰極面。此過(guò)程需幾微秒到幾十微秒。假設(shè)導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，會(huì)引起門(mén)極附近過(guò)熱，導(dǎo)致PN結(jié)擊穿使元件損壞。因此必須把限制在最大允許范圍內(nèi)。產(chǎn)生過(guò)大的可能原因有：在晶閘管換相過(guò)程中相當(dāng)于交流側(cè)線電壓短路，因交流側(cè)阻容保護(hù)的電容放電造成過(guò)大；晶閘管換相時(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。通常，限制的措施主要有：〔1〕晶閘管陽(yáng)極回路串入電感?！?〕采用整流式阻容吸收裝置。電壓上升率的限制處于阻斷狀態(tài)下晶閘管的結(jié)面相當(dāng)于一個(gè)結(jié)電容，當(dāng)加到晶閘管上的正向電壓上升率過(guò)大時(shí)，會(huì)使流過(guò)結(jié)面的充電電流過(guò)大，起了觸發(fā)電流的作用，造成晶閘管誤導(dǎo)通。從而引起較大稍微浪涌電流，損壞快速熔斷器或晶閘管。因此對(duì)也必須予以限制，使之小于晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率。產(chǎn)生過(guò)大的原因及其限制措施如下：①交流側(cè)產(chǎn)生的②晶閘管換相時(shí)的。5MATLAB仿真結(jié)果5.1仿真電路圖取觸發(fā)角，進(jìn)行仿真得：圖5-1Matlab模擬仿真圖觸發(fā)角為30度5.2電源電壓波形圖圖5-2電源電壓波形5.3觸發(fā)信號(hào)波形圖圖5-3觸發(fā)波形5.4晶閘管電流和電壓波形圖圖5-4晶閘管電流電壓波形5.5負(fù)載電流和電壓波形圖圖5-5負(fù)載電流和電壓波形6設(shè)計(jì)心得電能是目前使用、運(yùn)輸和控制最為方便的能源，也是人類(lèi)研究較為充分的一種能源?，F(xiàn)在人們的生產(chǎn)生活都離不開(kāi)電能，所以研究如何控制使用電能使之滿(mǎn)足各種各樣的需要顯得尤為重要，而電力電子技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)這種變換的橋梁，所以我們應(yīng)該學(xué)習(xí)好電力電子理論知識(shí)，掌握如