電力電子課程設(shè)計--單相可控變流器的設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　1 我的方案2</b></p><p><b>　　2整流電路設(shè)計2</b></p><p>　　2.1整流電路參數(shù)設(shè)計3</

2、p><p>　　2.2 晶閘管的參數(shù)4</p><p>　　2.3 整流變壓器參數(shù)計算5</p><p><b>　　3 觸發(fā)電路6</b></p><p>　　3.1 KJ004介紹7</p><p>　　3.2 觸發(fā)電路圖8</p><p>　　4 保護電路設(shè)計

3、8</p><p>　　4.1晶閘管過電壓保護電路的設(shè)計9</p><p>　　4.2晶閘管過電流保護電路的設(shè)計10</p><p><b>　　小結(jié)11</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　附錄13&l

4、t;/b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計采用單相全控橋式整流電路，另外再加上觸發(fā)電路和保護電路。按照設(shè)計的要求計算了電路的各種參數(shù)，利用KJ004組成的電路對整理電路進行觸發(fā)，分析電路過電壓過電流產(chǎn)生的原因設(shè)計了保護了電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單相橋式全控整流 集成觸發(fā)電路 保護電路&

5、lt;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design USES the single-phase all control the bridge rectifier circuit, plus a trigger circuit and protection circuit. According to the requirem

6、ent of design calculation of the circuit, the use of various parameters KJ004 circuit consisting of triggering on finishing circuit, analyzes the circuit overvoltage over current causes the protection circuit design.<

7、/p><p>　　Keywords: single-phase bridge type all control the rectification integration trigger circuit protection circuit</p><p><b>　　1 我的方案</b></p><p>　　我的選題是單相可控變流器的設(shè)計，初始條

8、件是單相半控橋式可控整流電路，電阻-電感性（大電感）負載，R＝1.5Ω，最大電流＝40A。需要運用的知識點有單相橋式全控整流電路的原理及參數(shù)計算。</p><p><b>　　2整流電路設(shè)計</b></p><p><b>　　圖1 整流電路圖</b></p><p>　　工作原理：在電源電壓正半周期間，、承受正向電壓，

9、若在時觸發(fā)，、導通，電流經(jīng)、負載、和T二次側(cè)形成回路，但由于電感的存在,過零變負時，電感上的感應(yīng)電動勢使、繼續(xù)導通，直到、被觸發(fā)導通時，、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、承受正向電壓，在時觸發(fā)，、導通，、受反相電壓截止，負載電流從、中換流至、中；在時，電壓過零，、因電感中的感應(yīng)電動勢一直導通，直到下個周期、導通時，、因加反向電壓才截止。<

10、/p><p>　　2.1整流電路參數(shù)設(shè)計</p><p>　?。?）整流輸出電壓的平均值：</p><p>　　= = =</p><p>　　由題意可知，=1.5×40=60V</p><p>　　當α=0時，取得最大值60V，即= 0.9*=

11、60V，從而得出=67V，α=90o時，=0。α角的移相范圍為90o。</p><p>　?。?）整流輸出電壓的有效值：</p><p>　　==67V </p><p>　?。?）整流電流的平均值和有效值:</p><p>　　=40A </p>&

12、lt;p>　　=44.7A </p><p>　　(4) 晶閘管的電流的平均值和有效值：</p><p>　　在一個周期內(nèi)每組晶閘管各導通180°，兩組輪流導通，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><p>　　流過每個晶閘管的電流平均

13、值和有效值分別為：</p><p>　　= </p><p>　　= </p><p>　?。?）晶閘管的最大反向電壓：</p><p>　　在導通時管壓降=0,故其波形為與橫軸重合的直線段；和加正向電壓但觸發(fā)脈沖沒到時，、已導通，把整個電壓加

14、到或上，則每個元件承受的最大可能的正向電壓等于；和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或上，故兩個晶閘管承受的最大反向電壓也為,即 。</p><p>　　2.2 晶閘管的參數(shù)</p><p><b>　?、兕~定電壓</b></p><p>　　通常取和中較小的，再取靠近標準的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。在選用晶閘

15、管時，額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的2～3倍，以保證電路的工作安全。</p><p><b>　　晶閘管的額定電壓 </b></p><p>　　：工作電路中加在管子上的最大瞬時電壓 </p><p><b>　?、陬~定電流 </b></p><p>　　又稱為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40

16、°和規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負載流過正弦半波、導通角不小于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準電流取相近的電流等級即為晶閘管的額定電流。</p><p>　　要注意的是若晶閘管的導通時間遠小于正弦波的半個周期，即使正向電流值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會超過管子所能提供的極限，使管子由于過熱而損壞。</p>&l

17、t;p>　　在實際使用時不論流過管子的電流波形如何、導通角多大，只要其最大電流有效值,散熱冷卻符合規(guī)定，則晶閘管的發(fā)熱、溫升就能限制在允許的范圍。</p><p>　　:額定電流有效值，根據(jù)管子的換算出，</p><p>　　、、三者之間的關(guān)系：</p><p>　　考慮到晶閘管電流的安全裕量為，流過每個晶閘管的電流有效值為，晶閘管的額定電流為

18、 ，。</p><p>　　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波形系數(shù)，用表示：</p><p>　　額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù)為：</p><p>　　晶閘管承受最大反向電壓，所以晶閘管的額定電壓為</p><p><b>　　。</b></p&g

19、t;<p>　　2.3 整流變壓器參數(shù)計算</p><p>　　二次相電壓:平時我們在計算是在理想條件下進行的，但實際上許多影響是不可忽略的。如電網(wǎng)電壓波動、管子本身的壓降以及整流變壓器等效內(nèi)阻造成的壓降等。所以設(shè)計時應(yīng)按下式計算：</p><p>　　式中 ——負載的額定電壓；</p><p>　　——整流元件的正向?qū)▔航担话闳?V；</

20、p><p>　　——電流回路所經(jīng)過的整流元件（VT及VD）的個數(shù)；</p><p>　　A ——理想情況下=0º時與的比值，查表可知；</p><p>　　——電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，一般取0.9；</p><p>　　——最少移相角，在自動控制系統(tǒng)中總希望值留有調(diào)節(jié)余量，對于可逆直流調(diào)速系統(tǒng)取（30°～35°），不可逆直

21、流調(diào)速系統(tǒng)?。?0°～15°）；</p><p>　　C ——線路接線方式系數(shù)，查表單相橋式C取0.5V； </p><p>　　——變壓器阻抗電壓比，100KV·A以下，取=0.05V，</p><p>　　100KV·A以上，取=0.05～0.1V；</p><p>　　——二次側(cè)允許的最大電流與額

22、定電流之比。</p><p>　　一次與二次額定電流及容量計算：如果不計變壓器的勵磁電流，根據(jù)變壓器磁動勢平衡原理可得一次和二次電流關(guān)系式為：</p><p><b>　　K== </b></p><p>　　式中、——變壓器一次和二次繞組的匝數(shù)；</p><p>　　K——變壓器的匝數(shù)比。 </p>

23、<p>　　由于整流變壓器流過的電流通常都是非正弦波，所以其電流、容量計算與線路型式有關(guān)。單相橋式可控整流電路計算如下：</p><p>　　大電感負載時變壓器二次電流的有效值為</p><p>　　此時，α為0?？梢杂嬎愠觯?lt;/p><p>　　選擇整流變壓器的變比為：</p><p>　　變壓器二次側(cè)容量為=67V×

24、40A=2.68KV·A </p><p><b>　　3 觸發(fā)電路</b></p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要要的時刻有阻斷轉(zhuǎn)為導通。廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控制電路，但這里專指脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導通，

25、對反電動勢負載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)； 2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增加為器件最大觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也許增加，一般需達1-2A/us；3）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)；4）應(yīng)有的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。綜上所述可以用kj004芯片構(gòu)成觸發(fā)電路。</p><p>　　3.1

26、 KJ004介紹</p><p><b>　　圖2 KJ管腳圖</b></p><p>　　芯片參數(shù)：1．電源電壓：直流+15V、-15V,允許波動土5％(±10％時功能正常)。2. kj004 電源電流：正電流≤15mA,負電流≤10mA。3．同步電壓：任意值。4．同步輸入端允許最大同步電流：6mA(有效值)5．移相范圍≥1700(同步電壓30V

27、,同步輸入電阻15kΩ)6．鋸齒波幅度：≥10V(幅度以鋸齒波平頂為準)。7．輸出脈沖：(1)寬度：400μS—2mS(通過改變脈寬阻容元件達到)。(2)幅度：≥13V。(3)最大輸出能力100mA(流出脈沖電流)。(4)輸出管反壓：BVCEO≥18V(測試條件Ie≤100μA)。8．正負半周脈沖相位不均衡≤±30。9．使用環(huán)境溫度為四級：C：0—70℃ R：-55—85℃ E：-40—85℃ M：-55—12

28、5</p><p><b>　　3.2 觸發(fā)電路圖</b></p><p>　　圖3 KJ觸發(fā)電路圖</p><p><b>　　4 保護電路設(shè)計</b></p><p>　　在電力電子電路中，電力電子器件由于承受電壓、電流過大，或變化過快，就會使電力電子器件燒壞，從而使整個電路不能正常工作，因此設(shè)

29、計過電壓、過電流保護電路來保證電力電子器件的正常工作是非常有必要的。下面就過電壓保護電路、過電流保護電路的設(shè)計分別予以討論分析</p><p>　　4.1晶閘管過電壓保護電路的設(shè)計</p><p>　　晶閘管電路中可能發(fā)生的過電壓可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)因過電壓主要來自晶閘管內(nèi)部的開關(guān)過程。，包括換相過電壓和關(guān)斷過電壓。<

30、;/p><p>　　晶閘管電路過電壓保護主要防止內(nèi)因過電壓，一般情況下，外因過電壓出現(xiàn)的幾率比較小，這里主要分析內(nèi)因過電壓的電路設(shè)計。</p><p>　　圖4 過電壓保護電路</p><p>　　這種保護電路能有效的抑制內(nèi)因過電壓，從而保護晶閘管不受損壞。這種電路一般和抑制電路串聯(lián)使用，從而更好的保護晶閘管。</p><p>　　圖5 加抑制電

31、路的保護電路</p><p>　　4.2晶閘管過電流保護電路的設(shè)計</p><p>　　晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過電流的原因可以分為兩類:一類是由于整流電路內(nèi)部原因, 如整流晶閘管損壞, 觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等; 其中整流橋晶閘管損壞類較為嚴重, 一般是由于晶閘管因過電壓而擊穿,造成無正、反向阻斷能力，它相當于整流橋臂發(fā)生永久性短路，使在另外兩橋臂晶閘管導通時，無法正常換流，因而產(chǎn)生線間短路引起

32、過電流.另一類則是整流橋負載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，這類情況時有發(fā)生，因為整流橋的負載實質(zhì)是逆變橋, 逆變電路換流失敗，就相當于整流橋負載短路。另外，如整流變壓器中心點接地，當逆變負載回路接觸大地時，也會發(fā)生整流橋相對地短路。</p><p>　　對于第一類過流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過流，以及逆變器負載回路接地時，可以采用第一種保護措施，最常見的就是接入快速熔短器的方式</p><p&

33、gt;　　對于第二類過流，整流橋負載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，應(yīng)采用電子電路進行保護。</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。近幾十年來，隨著電源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，電力電子技術(shù)起著越來越重要的作用。電力電子課

34、程已成為自動化專業(yè)的核心課程。</p><p>　　我做的課程設(shè)計是一個整流的過程，雖然題目相對而言比較簡單，但做的過程中還是遇到了一些了問題，也查了很多資料，問了一下同學，憑自己的努力終于做了出來，在這個過程中自己感覺收獲了很多，以下是我的總結(jié)。</p><p>　　第一，此次課程設(shè)計的核心部分是整流部分，在學習電力電子這部分時，感覺這電路很簡單的，沒有什么內(nèi)容，不過這只是理論的部分，當

35、自己真正做這部分時，感覺不是想象中那么簡單，還是有很多細小的地方需要注意，比如晶閘管的選擇，要注意它的額定電壓，還有觸發(fā)電路，也涉及到很多內(nèi)容。這次課程設(shè)計讓我學到很重要的一點就是很簡單的東西要把它做的完善，還是需要花很大功夫的。</p><p>　　第二，在設(shè)計整個系統(tǒng)保護電路時，也增加了自己的安全意識，把這個系統(tǒng)設(shè)計完了，不是真正的完了，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，出了故障要怎么辦。自己通過可能產(chǎn)生過電壓，過電流

36、的原因，加深了對整個系統(tǒng)的理解。</p><p>　　總之，通過此次課程設(shè)計，我學會了綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，自己查找資料、獨立解決問題的能力也有了很大的提高，這對我以后的學習以及找工作都是非常重要的，感謝這個課程給我的經(jīng)驗。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1 ]王兆安,黃俊.電力

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