單相橋式晶閘管全控整流電路課程設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 電力電子技術的發(fā)展2</p><p>　　1.2 電力電子技術的應用2</p><p>　　1.3 電力電子技術課程中的整流電路3</p><p>　　第2章 系

2、統(tǒng)方案及主電路設計4</p><p>　　2.1 方案的選擇4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)流程框圖5</p><p>　　2.3 主電路的設計6</p><p>　　2.4 整流電路參數(shù)計算8</p><p>　　2.5 晶閘管元件的選擇9</p><p>　　第3章

3、 驅動電路設計11</p><p>　　3.1 觸發(fā)電路簡介11</p><p>　　3.2 觸發(fā)電路設計要求11</p><p>　　3.3 集成觸發(fā)電路TCA78912</p><p>　　3.3.1 TCA785芯片介紹12</p><p>　　3.3.2 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路1

4、5</p><p>　　第4章 保護電路設計17</p><p>　　4.1 過電壓保護17</p><p>　　4.2 過電流保護18</p><p>　　4.3 電流上升率di/dt的抑制18</p><p>　　4.4 電壓上升率du/dt的抑制18</p><p>　　

5、第5章 系統(tǒng)MATLAB仿真20</p><p>　　5.1 MATLAB軟件介紹20</p><p>　　5.2 系統(tǒng)建模與參數(shù)設置20</p><p>　　5.3 系統(tǒng)仿真結果及分析23</p><p><b>　　設計體會28</b></p><p><b>　

6、　參考文獻29</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)電路圖30</p><p>　　附錄B 元器件清單31</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 電力電子技術的發(fā)展</p><p>　　晶閘管出現(xiàn)前的時期可稱為電力電子技

7、術的史前期或黎明時期。晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快就取代了水銀整流器和旋轉變流機組。并且，其應用范圍也迅速擴大。電力電子技術的概念和基礎就是由于晶閘管及晶閘管變流技術的發(fā)展而確立的。晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導通而不能使其關斷的器件，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制式，簡稱相控方式。晶閘管的關斷通常依靠電網電壓等外部條件來實現(xiàn)。這就使得晶閘管的應用受到了很大的局限。70年代后期，以門極可關斷晶

8、閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。全控型器件的特點是，通過對門極（基極、柵極）的控制既可使其開通又可使其關斷。在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為表的復合型器件異軍突起。它是MOSFET和BJT的復合，綜合了兩者的優(yōu)點。與此相對，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）復合了MOSFET和GTO。</p>&

9、lt;p>　　1.2 電力電子技術的應用</p><p>　　電力電子技術是一門新興技術，它是由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而成的，在電氣自動化專業(yè)中已成為一門專業(yè)基礎性強且與生產緊密聯(lián)系的不可缺少的專業(yè)基礎課。本課程體現(xiàn)了弱電對強電的控制，又具有很強的實踐性。能夠理論聯(lián)系實際，在培養(yǎng)自動化專業(yè)人才中占有重要地位。它包括了晶閘管的結構和分類、晶閘管的過電壓和過電流保護方法、可控整流電路、晶閘管有源

10、逆變電路、晶閘管無源逆變電路、PWM控制技術、交流調壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理。</p><p>　　在電力電子技術中，可控整流電路是非常重要的內容，整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?，其應用非常廣泛。工業(yè)中大量應用的各種直流電動機的調速均采用電力電子裝置；電氣化鐵道（電氣機車、磁懸浮列車等）、電動汽車、飛機、船舶、電梯等交通運輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術；各種電子裝置如通信設備中的程控交換機所用的

11、直流電源、大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源都可以利用整流電路構成的直流電源供電，可以說有電源的地方就有電力電子技術的設備。</p><p>　　1.3 電力電子技術課程中的整流電路</p><p>　　整流電路按組成的器件不同，可分為不可控、半控與全控三種，利用晶閘管半導體器件構成的主要有半控和全控整流電路；按電路接線方式可分為橋式和零式整流電路；按交流輸入相數(shù)又可分為單相

12、、多相（主要是三相）整流電路。正是因為整流電路有著如此廣泛的應用，因此整流電路的研究無論在是從經濟角度，還是從科學研究角度上來講都是很有價值的。本設計正是結合了Matlab仿真軟件對單相半控橋式晶閘管整流電路進行分析。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案及主電路設計</p><p>　　2.1 方案的選擇</p><p>　　方案二：單相橋式全控整流電路&l

13、t;/p><p><b>　　電路簡圖如下：</b></p><p>　　圖2-2 單相橋式全控整流電路</p><p>　　此電路對每個導電回路進行控制，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

14、器的利用率也高。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)流程框圖</p><p>　　根據方案選擇與設計任務要求，畫出系統(tǒng)電路的流程框圖如圖2-1所示。整流電路主要由驅動電路、保護電路和整流主電路組成。根據設計任務，在此設計中采用單相橋式全控整流電路帶阻感性負載。</p><p>　　圖2-5 系統(tǒng)流程框圖</p><p>　　2.3 主電路

15、的設計</p><p>　　圖2-6 主電路原理圖</p><p>　　圖2-7 主電路工作波形圖</p><p>　　電路如圖2-6和圖2-7所示。為便于討論，假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)。(1) 工作原理 在電源電壓正半周期間，VT1、VT2承受正向電壓，若在時觸發(fā)，VT1、VT2導通，電流經VT1、負載、VT2和T二次側形成回路，但由于大電感的存在，

16、過零變負時，電感上的感應電動勢使VT1、VT2繼續(xù)導通，直到VT3、VT4被觸發(fā)導通時，VT1、VT2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負值部分。</p><p>　　在電源電壓負半周期間，晶閘管VT3、VT4承受正向電壓，在時觸發(fā)，VT3、VT4導通，VT1、VT2受反相電壓截止，負載電流從VT1、VT2中換流至VT3、VT4中在時，電壓過零，VT3、VT4因電感中的感應電動勢一直導通，直到下個周期VT1

17、、VT2導通時，VT3、VT4因加反向電壓才截止。</p><p>　　值得注意的是，只有當時，負載電流才連續(xù)，當時，負載電流不連續(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。</p><p>　　2.4 整流電路參數(shù)計算</p><p>　　1.在阻感負載下電流連續(xù)，整流輸出電壓的平均值為</p><p><b&

18、gt;　　(2-1)</b></p><p>　　由設計任務有電感，電阻，，則輸出電壓平均值的最大值可由下式可求得。</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　可見，當在范圍內變化時，整流器可在范圍內取值。</p><p>　　2.整流輸出電壓有效值為</p><

19、p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　3.整流輸出電流平均值為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　4.在一個周期內每組晶閘管各導通180°，兩組輪流導通，整流變壓器二次電流是正、負對稱的方波，電流的平均值和有效值相等，其波形系數(shù)為1。</p>

20、<p>　　流過每個晶閘管的電流平均值與有效值分別為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　5、晶閘管在導通時管壓降=0,故其波形為與橫軸重合的直線段；VT1和VT2加正向電壓但觸發(fā)脈沖沒到時，VT3、VT4已導通，把整個電壓加到

21、VT1或VT2上，則每個元件承受的最大可能的正向電壓等于；VT1和VT2反向截止時漏電流為零，只要另一組晶閘管導通，也就把整個電壓加到VT1或VT2上，故兩個晶閘管承受的最大反向電壓也為。</p><p>　　2.5 晶閘管元件的選擇</p><p>　　1、晶閘管的額定電流</p><p>　　選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于實際

22、流過管子電流最大有效值 ，即</p><p>　　=1.57> 或 > (2-7)</p><p>　　考慮（1.5～2）倍的裕量：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　此外，還需注意以下幾點：</p>&l

23、t;p>　　①當周圍環(huán)境溫度超過+40℃時，應降低元件的額定電流值。</p><p>　?、诋斣睦鋮s條件低于標準要求時，也應降低元件的額定電流值。</p><p>　?、坳P鍵、重大設備，電流裕量可適當選大些。</p><p>　　2、晶閘管的額定電壓</p><p>　　晶閘管實際承受的最大峰值電壓乘以（2～3）倍的安全裕量，即可確

24、定晶閘管的額定電壓：</p><p>　　(2～3)(2～3)(622～933) (2-9)</p><p><b>　　取800V。</b></p><p>　　由以上分析計算知選取晶閘管的型號為。</p><p>　　3、晶閘管的具體參數(shù)</p><p>　　額定通

25、態(tài)平均電流（IT（AV））：1A;</p><p>　　斷態(tài)重復峰值電壓（UDRM）:500V;</p><p>　　反向重復峰值電壓（URRM）:1800V;</p><p>　　斷態(tài)重復平均電流（IDR（AV））:≤6mA;</p><p>　　反向重復平均電流（IRR（AV））:≤6mA;</p><p>　　門

26、極觸發(fā)電流（IGT）:60mA;</p><p>　　門極觸發(fā)電壓（UGT）:1.8V;</p><p>　　斷態(tài)電壓臨界上升率（du/dt）:50V/uS</p><p>　　維持電流（IH）：60mA;</p><p>　　額定結溫（TjM）：110℃</p><p>　　第3章 驅動電路設計</p>

27、<p>　　3.1 觸發(fā)電路簡介</p><p>　　電力電子器件的驅動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用良好的性能的驅動電路?？梢允闺娏﹄娮悠骷ぷ髟诒容^理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，對裝置的運行效率，可靠性和安全性都有很大的意義。</p><p>　　對于相控電路這樣使用晶閘管的場合，在晶閘管陽極加上正向電

28、壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發(fā)電壓，晶閘管才能從截止轉變?yōu)閷?，習慣上稱為觸發(fā)控制。提供這個觸發(fā)電壓的電路稱為晶閘管的觸發(fā)電路。它決定每一個晶閘管的觸發(fā)導通時刻，是晶閘管裝置中不可缺少的一個重要組成部分。晶閘管相控整流電路，通過控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始位來控制輸出電壓的大小，為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應保證觸發(fā)角的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。</p><p>

29、　　3.2 觸發(fā)電路設計要求</p><p>　　晶閘管的型號很多，其應用電路種類也很多，不同的晶閘管型號，應用電路對觸發(fā)信號都會有不同的要求。但是，歸納起來，晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)，過零觸發(fā)和脈沖列調制觸發(fā)等。不管是哪種觸發(fā)電路，對它產生的觸發(fā)脈沖都有如下要求：</p><p>　　1、觸發(fā)信號為直流、交流或脈沖電壓，由于晶閘管導通后，門極觸發(fā)信號即失去了控制作用，為了減小門極的損耗

30、，一般不采用直流或交流信號觸發(fā)晶閘管，而廣泛采用脈沖觸發(fā)信號。</p><p>　　2、觸發(fā)信號應有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。觸發(fā)信號功率大小是晶閘管元件能否可靠觸發(fā)的一個關鍵指標。由于晶閘管元件門極參數(shù)的分散性很大，且隨溫度的變化也大，為使所有合格的元件均能可靠觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗數(shù)據或產品目錄來設計觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并有一定的裕量。</p><p>　　3、觸發(fā)

31、脈沖應有一定的寬度，脈搏沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)信號導通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通。普通晶閘管的導通時間約法為6，故觸發(fā)電路的寬度至少應有以上，對于電感性負載，由于 電感會抑制電流的上升，觸發(fā)脈沖的寬度應更大一些，通常為0.5至1，此外，某些具體電路對觸發(fā)脈沖寬度會有一定的要求，如三相全控橋等電路的觸發(fā)脈沖寬度要大于60°或采用雙窄脈沖。</p><p>　　為了快速而可靠地觸

32、發(fā)大功率晶閘管，常在觸發(fā)脈沖的前沿疊加一個強觸發(fā)脈沖，強觸發(fā)脈沖的電流波形如圖4-1所示。強觸發(fā)電流的幅值可達到最大觸發(fā)電流的5倍。前沿約為幾。</p><p>　　圖3-1 強觸發(fā)電流波形</p><p>　　4、觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖稱相范圍必須滿足電路要求。為保證控制的規(guī)律性，要求晶閘管在每個陽極電壓周期都在相同控制角α觸發(fā)導通，這就要求脈沖的頻率必須與陽極電壓同

33、步。同時，不同的電路或者相同的電路在不同的負載、不同的用途時，要求的變化的范圍（移相范圍）亦即觸發(fā)脈沖前沿與陽極電壓的相位變化范圍不同，所用觸發(fā)電路的脈沖移相范圍必須滿足實際的需要。</p><p>　　3.3 集成觸發(fā)電路TCA789</p><p>　　3.3.1 TCA785芯片介紹</p><p>　　TCA785是德國西門子(Siemens)公司于19

34、88年前后開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，它是取代TCA780及TCA780D的更新?lián)Q代產品，其引腳排列與TCA780、TCA780D和國產的KJ785完全相同，因此可以互換。目前，它在國內變流行業(yè)中已廣泛應用。與原有的KJ系列或KC系列晶閘管移相觸發(fā)電路相比，它對零點的識別更加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，而移相范圍更寬，且由于它輸出脈沖的寬度可人為自由調節(jié)，所以適用范圍較廣。</p><p>　　（1）

35、引腳排列、各引腳的功能及用法</p><p>　　TCA785是雙列直插式16引腳大規(guī)模集成電路。它的引腳排列如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 TCA785的引腳排列</p><p>　　各引腳的名稱、功能及用法如下：</p><p>　　引腳16(VS)：電源端。使用中直接接用戶為該集成電路工作提供的工作電源正端。</

36、p><p>　　引腳1(OS)：接地端。應用中與直流電源VS、同步電壓VSYNC及移相控制信號V11的地端相連接。</p><p>　　引腳4(Q1)和2(Q2)：輸出脈沖1與2的非端。該兩端可輸出寬度變化的脈沖信號，其相位互差180°，兩路脈沖的寬度均受非脈沖寬度控制端引腳13(L)的控制。它們的高電平最高幅值為電源電壓VS，允許最大負載電流為10mA。若該兩端輸出脈沖在系統(tǒng)中不用

37、時，電路自身結構允許其開路。</p><p>　　引腳14(Q1)和15(Q2)：輸出脈沖1和2端。該兩端也可輸出寬度變化的脈沖，相位同樣互差180°，脈沖寬度受它們的脈寬控制端引腳12(C12)的控制。兩路脈沖輸出高電平的最高幅值為5VS。</p><p>　　引腳13(L)：非輸出脈沖寬度控制端。該端允許施加電平的范圍為-0.5V—5VS，當該端接地時，Q1、Q2為最寬脈沖輸

38、出，而當該端接電源電壓VS時，Q1、Q2為最窄脈沖輸出。</p><p>　　引腳12(C12)：輸出Q1、Q2脈寬控制端。應用中，通過一電容接地，電容C12的電容量范圍為150—4700pF，當C12在150—1000pF范圍內變化時，Q1、Q2輸出脈沖的寬度亦在變化，該兩端輸出窄脈沖的最窄寬度為100μs，而輸出寬脈沖的最寬寬度為2000μs。</p><p>　　引腳11(V11)：

39、輸出脈沖Q1、Q2或Q1、Q2移相控制直流電壓輸入端。應用中，通過輸入電阻接用戶控制電路輸出，當TCA785工作于50Hz，且自身工作電源電壓Vs為15V時，則該電阻的典型值為15kΩ，移相控制電壓V11的有效范圍為0.2V—Vs-2V，當其在此范圍內連續(xù)變化時，輸出脈沖Q1、Q2及Q1，Q2的相位便在整個移相范圍內變化，其觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻為：</p><p>　　trr=(V11R9C10)/(VREFK)&

40、lt;/p><p>　　式中 R9、C10、VREF──分別為連接到TCA785引腳9的電阻、引腳10的電容及引腳8輸出的基準電壓；K──常數(shù)。</p><p>　　為降低干擾，應用中引腳11通過0.1μF的電容接地，通過2.2μF的電容接正電源。</p><p>　　引腳10(C10)：外接鋸齒波電容連接端。C10的實用范圍為500pF—1μF。該電容的最小充電電流為

41、10μA。最大充電電流為1mA，它的大小受連接于引腳9的電阻R9控制，C11兩端鋸齒波的最高峰值為VS-2V，其典型后沿下降時間為80μs。</p><p>　　引腳9(R9)：鋸齒波電阻連接端。該端的電阻R9決定著C10的充電電流，其充電電流可按下式計算：I10=VREFK/R9</p><p>　　連接于引腳9的電阻亦決定了引腳10鋸齒波電壓幅度的高低，鋸齒波幅值為： V10=VREF

42、K/(R9C10) ，電阻R9的應用范圍為3300kΩ。</p><p>　　引腳8(VREF)：TCA785自身輸出的高穩(wěn)定基準電壓端。負載能力為驅動10塊CMOS集成電路，隨著TCA785應用的工作電源電壓VS及其輸出脈沖頻率的不同，VREF的變化范圍為2.8—3.4V，當TCA785應用的工作電源電壓為15V，輸出脈沖頻率為50Hz時，VREF的典型值為3.1V，如用戶電路中不需要應用VREF，則該端可以開

43、路。</p><p>　　引腳7(QZ)和3(QV)：TCA785輸出的兩個邏輯脈沖信號端。其高電平脈沖幅值最大為VS-2V，高電平最大負載能力為10mA。QZ為窄脈沖信號，它的頻率為輸出脈沖Q2與Q1或Q1與Q2的兩倍，是Q1與Q2或Q1與Q2的或信號，QV為寬脈沖信號，它的寬度為移相控制角φ+180°，它與Q1、Q2或Q1、Q2同步，頻率與Q1、Q2或Q1、Q2相同，該兩邏輯脈沖信號可用來提供給用戶

44、的控制電路作為同步信號或其它用途的信號，不用時可開路。</p><p>　　引腳6(I)：脈沖信號禁止端。該端的作用是封鎖Q1、Q2及Q1、Q2的輸出脈沖，該端通常通過阻值10kΩ的電阻接地或接正電源，允許施加的電壓范圍為-0.5V—VS，當該端通過電阻接地，且該端電壓低于2.5V時，則封鎖功能起作用，輸出脈沖被封鎖。而該端通過電阻接正電源，且該端電壓高于4V時，則封鎖功能不起作用。該端允許低電平最大灌電流為0.

45、2mA，高電平最大拉電流為0.8mA。</p><p>　　引腳5(VSYNC)：同步電壓輸入端。應用中需對地端接兩個正反向并聯(lián)的限幅二極管，該端吸取的電流為20—200μA，隨著該端與同步電源之間所接的電阻阻值的不同，同步電壓可以取不同的值，當所接電阻為200kΩ時，同步電壓可直接取AC220V。</p><p><b>　?。?）基本設計特點</b></p&

46、gt;<p>　　TCA785的基本設計特點有：能可靠地對同步交流電源的過零點進行識別，因而可方便地用作過零觸發(fā)而構成零點開關；它具有寬的應用范圍，可用來觸發(fā)普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管及作為功率晶體管的控制脈沖，故可用于由這些電力電子器件組成的單管斬波、單相半波、半控橋、全控橋或三相半控、全控整流電路及單相或三相逆變系統(tǒng)或其它拓撲結構電路的變流系統(tǒng)；它的輸入、輸出與CMOS及TTL電平兼容，具有較寬的應用電壓范圍和

47、較大的負載驅動能力，每路可直接輸出250mA的驅動電流；其電路結構決定了自身鋸齒波電壓的范圍較寬，對環(huán)境溫度的適應性較強，可應用于較寬的環(huán)境溫度范圍(-25—+85°C)和工作電源電壓范圍(-0.5—+18V)。</p><p><b>　?。?）極限參數(shù)</b></p><p>　　電源電壓：+8—18V或±4—9V；</p>&l

48、t;p>　　移相電壓范圍：0.2V—VS-2V;</p><p>　　輸出脈沖最大寬度：180°；</p><p>　　最高工作頻率：10—500Hz；</p><p>　　高電平脈沖負載電流：400mA；</p><p>　　低電平允許最大灌電流：250mA；</p><p>　　輸出脈沖高、低電平幅

49、值分別為VS和0.3V；</p><p>　　同步電壓隨限流電阻不同可為任意值；</p><p>　　最高工作頻率：10—500Hz；</p><p>　　工作溫度范圍：軍品 -55—+125℃，工業(yè)品 -25—+85℃，民品 0—+70℃。</p><p>　　3.3.2 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路</p><p&

50、gt;　　由于TCA785自身的優(yōu)良性能，決定了它可以方便地用于主電路為單個晶閘管或晶體管，單相半控橋、全控橋和三相半控橋、全控橋及其它主電路形式的電力電子設備中觸發(fā)晶閘管或晶體管，進而實現(xiàn)用戶需要的整流、調壓、交直流調速、及直流輸電等目的。西門子TCA785觸發(fā)電路，它對零點的識別可靠，輸出脈沖的齊整度好，移相范圍寬；同時它輸出脈沖的寬度可人為自由調節(jié)。西門子TCA785外圍電路如圖3-3 所示。</p><p&g

51、t;　　圖3-3 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路原理圖</p><p>　　鋸齒波斜率由電位器RP1 調節(jié)，RP2 電位器調節(jié)晶閘管的觸發(fā)角。交流電源采用同步變壓器提供，同步變壓器與整流變壓器為同一輸入，根據TCA785能可靠地對同步交流電源的過零點進行識別，從而可保證觸發(fā)脈沖與晶閘管的陽極電壓保持同步。同步變壓器的變比選為。</p><p>　　第4章 保護電路設計</p>

52、;<p>　　在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓、過電流、du/dt保護和di/dt 保護也是必要的。</p><p>　　4.1 過電壓保護</p><p>　　以過電壓保護的部位來分，有交流側過壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。</p><p>　　（1）交流側過電壓保護<

53、/p><p>　　可采用阻容保護或壓敏電阻保護。</p><p>　　① 阻容保護（即在變壓器二次側并聯(lián)電阻R和電容C進行保護）</p><p>　　單相阻容保護的計算公式如下：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　(4-2)</b><

54、;/p><p>　　S：變壓器每相平均計算容量（VA）；</p><p>　?。鹤儔浩鞲边呄嚯妷河行е担╒）；</p><p>　　%：變壓器激磁電流百分值；</p><p>　　%：變壓器的短路電壓百分值。</p><p>　　當變壓器的容量在（10—000）KVA里面取值時%=(4—10)在里面取值，%=(5—10）里

55、面取值。</p><p>　　電容C的單位為μF，電阻的單位為Ω。</p><p>　　電容C的交流耐壓≥1.5U。</p><p>　　U：正常工作時阻容兩端交流電壓有效值。</p><p>　　根據公式算得電容值為4.8μF,交流耐壓為165V，電阻值為12.86Ω，</p><p>　　在設計中我們取電容為5μF

56、，電阻值為13Ω。</p><p><b>　?、?壓敏電阻的計算</b></p><p>　　==1.3××220=404.4V (4-3)</p><p>　　流通量取5KA。選MY31-440/5型壓敏電阻（允許偏差+10％）作交流側浪涌過電壓保護。</p>

57、;<p>　?。?）直流側過電壓保護</p><p>　　直流側保護可采用與交流側保護相同保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。</p><p>　　(1.8～2)=(1.8～2.2)×198=356.4～435.6V (4-4)

58、 </p><p>　　選MY31-440/5型壓敏電阻(允許偏差+10％)作直流側過壓保護。</p><p>　?。?）晶閘管兩端的過電壓保護 </p><p>　　抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法，可查下面的經驗值表確定阻容參數(shù)值。</p><p>　　表4-1 阻容保護的數(shù)值(一般根據經

59、驗選定)</p><p>　　由于,由上表可知選取C=0.1µF，R=100Ω。</p><p>　　4.2 過電流保護</p><p>　　快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯(lián)。 </p><p>　　接阻感負載的單相全控橋電路，通過晶閘管

60、的有效值</p><p>　　A (4-5)</p><p>　　選取RLS-1快速熔斷器，熔體額定電流1A。</p><p>　　4.3 電流上升率di/dt的抑制 </p><p>　　晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密很大，然

61、后以0.1mm/μs的擴展速度將電流擴展到整個陰極面，若晶閘管開通時電流上升率di/dt過大，會導致PN結擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 串聯(lián)電感抑制回路</p><p>　　4.4 電壓上升率du/dt的抑制 </p><p>　　加在晶閘管上的正向電壓

62、上升率du/dt也應有所限制,如果du/dt過大，由于晶閘管結電容的存在而產生較大的位移電流，該電流可以實際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴重時引起晶閘管誤導通。為抑制du/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 并聯(lián)R-C阻容吸收回路</p><p>　　第5章 系統(tǒng)MATLAB仿真</p>

63、<p>　　5.1 MATLAB軟件介紹</p><p>　　本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結構圖，使用Power System工具箱進行調速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。

64、</p><p>　　5.2 系統(tǒng)建模與參數(shù)設置</p><p>　　單相全控橋式整流電路模型主要由交流電源、同步觸發(fā)脈沖、晶閘管全控橋、電感負載、測量等部分組成。采用MATLAB面向電氣原理結構圖方法構成的單相全控橋式整流電路仿真模型如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 單相全控橋式整流電路仿真模型</p><p><b

65、>　　相應的參數(shù)設置：</b></p><p>　　、 交流電壓源參數(shù)U=220V（幅值為V），f=50Hz；</p><p>　　圖5-2 交流電壓源參數(shù)設置</p><p>　　、晶閘管參數(shù)Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=10Ω，Cs=250e-6F；負載參數(shù)R=10Ω，L=0H，C=inf；</p>&

66、lt;p>　　、 脈沖發(fā)生器觸發(fā)信號1、2的振幅為5V，周期為0.02s（即頻率為50Hz），脈沖寬度為2。</p><p>　　當觸發(fā)角為0°時，設置觸發(fā)信號1的初相位為0s（即0°），觸發(fā)信號2的初相位為0.01s（即180°）；</p><p>　　圖5-3 觸發(fā)角為0°時，觸發(fā)信號參數(shù)設置</p><p>　　

67、當觸發(fā)角為45°時，設置觸發(fā)信號1的初相位為0.0025s（即45°），觸發(fā)信號2的初相位為0.0125s（即225°）；</p><p>　　圖5-4 觸發(fā)角為45°時，觸發(fā)信號參數(shù)設置</p><p>　　當觸發(fā)角為60°時，設置觸發(fā)信號1的初相位為0.0033s（即60°），觸發(fā)信號2的初相位為0.0133s（即240&#

68、176;）；</p><p>　　圖5-5 觸發(fā)角為60°時，觸發(fā)信號參數(shù)設置</p><p>　　當觸發(fā)角為90°時，設置觸發(fā)信號1的初相位為0.005s（即90°），觸發(fā)信號2的初相位為0.015s（即270°）；</p><p>　　圖5-6 觸發(fā)角為90°時，觸發(fā)信號參數(shù)設置</p><

69、;p>　　、本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設為0，Stop time設為0.06s。</p><p>　　、示波器相關參數(shù)的設定：“Number of axes”設置為7，“Time range”設置為auto，“Tick labels”設置為 bottom axis only，“sampling”設置為Decimation1。</p><p>　　圖

70、5-7 示波器相關參數(shù)的設定</p><p>　　5.3 系統(tǒng)仿真結果及分析</p><p>　　當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始進行仿真。圖6-2是單相全控橋式整流電路仿真模型在觸發(fā)角分別為0°、45°、60°、90°時的輸出曲線。從仿真結果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。</p><p>　　(a) 觸發(fā)角為0&

71、#176;</p><p>　　(b) 觸發(fā)角為45°</p><p>　?。╟） 觸發(fā)角為60°</p><p>　　（d）觸發(fā)角為90°</p><p>　　圖5-2 單相全控橋式整流電路仿真模型曲線</p><p>　　圖5-3 單相全控橋式整流電路理論波形</p>

72、<p>　　下面分析一下仿真的結果：</p><p>　　由圖5-2（a）知，在電源電壓正半周期，晶閘管TV1（和TV4）承受正向電壓，在時施加觸發(fā)信號CF1，使晶閘管TV1（和TV4）導通，則電源電壓通過TV1和TV4加至負載上，晶閘管TV1兩端的電壓近視為0（忽略管壓降）。當電源電壓過零變負時，由于電感的存在，TV1（和TV4）仍繼續(xù)導通，負載電流Zi和電壓Zu連續(xù)。</p><

73、p>　　由圖5-2（b）、（c）知，與理論波形圖5-3相比較，分別在=45°、</p><p>　　=60°施加觸發(fā)信號CF1，晶閘管TV1（和TV4）導通后，負載電壓Zu接近于變壓器二次側電壓AC的波形。負載電流Zi存在斷續(xù)，可知已知電感（700mH）還不夠大，與前面的理論分析假設的大電感有區(qū)別。</p><p>　　3、由圖5-3（d）可知，當觸發(fā)角=90&#

74、176;，理論值平均電壓Ud=0，圖中Zu接近于0。</p><p><b>　　4、數(shù)據分析：</b></p><p>　?。?）、=0°，實際值Ud=198.069；理論值Ud=198；實測值和理論值非常接近，誤差極小，產生的誤差可能是計算問題；</p><p>　　（2）、=45°，實際值Ud=140.056；理論值U

75、d=140；實測值和理論值非常接近，誤差極小；</p><p>　?。?）、=60°，實際值Ud=99.034；理論值Ud=99；實測值和理論值非常接近，誤差極??；</p><p>　　（2）、=00°，實際值Ud=0.062；理論值Ud=0；實測值和理論值非常接近，誤差極小。</p><p><b>　　設計體會</b>&

76、lt;/p><p>　　不得不說，這次電力電子的課程設計使我受益匪淺。我選的課題是單相橋式整流帶阻感性負載電路，通過平常在課堂上的學習，我們對這個電路在理論上已經有了非常充分的了解，課題看起來貌似也不難。但通過這幾天的設計，我深深的感悟到理論與實際相結合的重要性，光具有理論知識是遠遠不夠的，只要在親自動手操作的過程中，在不斷發(fā)現(xiàn)問題再改正問題的過程中，我們才能收獲知識，得到進步。</p><p&g

77、t;　　此次的設計過程中，我更進一步地熟悉了單相橋式整流電路的原理以及觸發(fā)電路的設計。當然，在這個過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準確地找出錯誤所在并及時糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實踐能力有了進一步的提高。另外，通過這次課程設計使我懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，還必須把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　最

78、后，我要特別感謝**老師對我的本課程設計在制作過程中得到了細心指導及許多同學的熱心幫助，感謝他們提出的誠懇意見和無私的幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王兆安,黃俊.電力電子技術[M](第4版).北京：機械工業(yè)出版社，2000.</p><p><b>　　15-96</b>

79、</p><p>　　[2] 浣喜明，姚為正.電力電子技術[M].北京：高等教育出版社，2004.128-145</p><p>　　[3] 王兆安,黃俊.電力電子技術[M](第5版).北京：機械工業(yè)出版社，2009.</p><p><b>　　19-94</b></p><p>　　[4] 陸秀令,張振飛.電力電子技

80、術實驗指導書[M].衡陽：湖南工學院電氣與信息工程系，2010.10-18</p><p>　　[5] 周淵深. 電力電子技術與MATLAB仿真[M].北京：中國電力出版社，2006.</p><p><b>　　188-278</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)電路圖</p><p>　　附錄B 元器件清