單相橋式全控整流電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求2</p><p>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的2</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)3</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　第2章 課程設(shè)計(jì)方案的選擇3</

2、p><p><b>　　2.1整流電路3</b></p><p>　　2.2元器件的選擇4</p><p>　　2.2.1晶閘管4</p><p>　　2.2.2 可關(guān)斷晶閘管6</p><p>　　第3章 主電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖7

3、</p><p>　　3.2系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明8</p><p>　　3.3原理圖的分析9</p><p>　　第4章 輔助電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1.1觸發(fā)電路10</p><p>　　4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)11<

4、;/p><p>　　4.2.1 主電路的過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.2.2主電路的過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.2.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)13</p><p>　　第5章 元器件和電路參數(shù)計(jì)算14</p><p>　　5.1. 晶閘管的基本特性14</p&g

5、t;<p>　　5.1.1．靜態(tài)特性14</p><p>　　5.1.2．動(dòng)態(tài)特性15</p><p>　　5.2晶閘管基本參數(shù)16</p><p>　　5.2.1晶閘管的主要參數(shù)說(shuō)明16</p><p>　　5.2.2晶閘管的選型17</p><p>　　5.2.3變壓器的選取18</

6、p><p>　　5.3性能指標(biāo)分析：18</p><p>　　5.4元器件清單19</p><p>　　第6章 系統(tǒng)仿真19</p><p>　　第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)21</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p>　　第1章 課程設(shè)計(jì)目的與要求&l

7、t;/p><p><b>　　1.1課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。因此，通過(guò)電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：</p><p>　　1）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，并設(shè)計(jì)出具有電壓可調(diào)功能的直流電源系統(tǒng)的能力；</p><p>　　2）

8、較全面地鞏固和應(yīng)用本課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌整流電路設(shè)計(jì)的基本方法。</p><p>　　3）培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力；</p><p>　　4）培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報(bào)告的能力。</p><h2>　　1.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)</h2><p>　　熟悉電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)。</p

9、><h2>　　1.3 課程設(shè)計(jì)要求</h2><p>　　1、單相橋式相控整流的設(shè)計(jì)要求為： </p><p>　　負(fù)載為感性負(fù)載,L=700mH,R=500歐姆.</p><p><b>　　2、技術(shù)要求:</b></p><p>　　1)、電源電壓：交流100V/50Hz</p>

10、<p>　　2)、輸出功率：500W</p><p>　　3)、移相范圍0º~90º </p><p>　　按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書提供的課題，根據(jù)基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。</p><p>　　第2章 課程設(shè)計(jì)方案的選擇</p><p><b>　　2.1整流電路</b></p>

11、<p>　　單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控流電路，它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。而負(fù)載性質(zhì)又分為帶電阻性負(fù)載、電阻-電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況。</p><p>　　單相橋式全控整流電路（電阻-電感性負(fù)載）</p><p><b>　　電路簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p><b&g

12、t;　　圖2.1</b></p><p>　　此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，與單相橋式半控整流電路相比，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)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(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。</p><p>　　單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因

13、數(shù)高，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒(méi)有直流磁化問(wèn)題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。   單相全控橋式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負(fù)載下流過(guò)晶閘管的平均電流減小一半，且功率因數(shù)提高了一半。</p><p>　　根據(jù)以上的分析，我選擇的方案為單相全控橋式整流電路（負(fù)載為電阻-電感性負(fù)載）。</p><p><b>　　2.2元器件的選擇</

14、b></p><p><b>　　2.2.1晶閘管</b></p><p>　　晶管又稱為晶體閘流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier--</p><p>　　SCR），開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代; 20世紀(jì)80年代以來(lái)，開始被性能更好的全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工

15、作可靠，以被廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域，成為功率低頻（200Hz以下）裝置中的主要器件。晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型--普通晶閘管。廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件。</p><p><b>　　1）晶閘管的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　晶閘管是大功率器件，工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱，因此必須安裝散熱器。引出陽(yáng)極A、陰極K和門極（或

16、稱柵極）G三個(gè)聯(lián)接端。</p><p>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu):四層三個(gè)結(jié)如圖2.2</p><p>　　2）晶閘管的工作原理圖</p><p>　　晶閘管由四層半導(dǎo)體（P1、N1、P2、N2）組成，形成三個(gè)結(jié)J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分別從P1、P2、N2引入A、G、K三個(gè)電極，如圖1.2(左)所示。由于具有擴(kuò)散工藝，具有三結(jié)四層結(jié)構(gòu)的普通晶閘

17、管可以等效成如圖2.3（右）所示的兩個(gè)晶閘管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）組成的等效電路。</p><p>　　圖2.2晶閘管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和模塊外形</p><p>　　a)晶閘管外形 b)內(nèi)部結(jié)構(gòu) c)電氣圖形符號(hào) d)模塊外形</p><p>　　圖2.3 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路</p><p>　　

18、3）晶閘管的門極觸發(fā)條件</p><p>　?。?）: 晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通； </p><p>　?。?）：晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通；</p><p>　?。?）：晶閘管一旦導(dǎo)通門極就失去控制作用；</p><p>　　（4）：要使晶閘管關(guān)斷，只能使其電流小到零

19、一下。</p><p>　　晶閘管的驅(qū)動(dòng)過(guò)程更多的是稱為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流ＩＧ的電路稱為門極觸發(fā)電路。也正是由于能過(guò)門極只能控制其開通，不能控制其關(guān)斷，晶閘管才被稱為半控型器件。</p><p>　　只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。</p><p>　　2.2.2 可關(guān)斷晶閘管</p><p>　　可關(guān)斷晶閘管簡(jiǎn)稱GTO

20、</p><p>　　可關(guān)斷晶閘管的工作原理</p><p>　　圖1.3 GTO的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號(hào)</p><p>　　GTO的導(dǎo)通機(jī)理與SCR是完全一樣的。 GTO一旦導(dǎo)通之后，門極信號(hào)是可以撤除的，在制作時(shí)采用特殊的工藝使管子導(dǎo)通后處于臨界飽和，而不像普通晶閘管那樣處于深飽和狀態(tài)，這樣可以用門極負(fù)脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關(guān)斷。 GTO在關(guān)斷機(jī)理上

21、與SCR是不同的。門極加負(fù)脈沖即從門極抽出電流（即抽出飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子），強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。</p><p><b>　　晶閘管具有驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單</b></p><p>　　第3章 主電路的設(shè)計(jì)</p><h2>　　3.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖</h2><p>　　系統(tǒng)原理方框圖如3.1所示：</p

22、><p>　　圖3.1系統(tǒng)原理方框圖 </p><h2>　　3.2系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明</h2><p>　　圖3.2阻感性負(fù)載電路（a）工作波形（b）</p><p>　　假設(shè) ，工作于穩(wěn)定狀態(tài)，負(fù)載電流連續(xù)，近似為一平直的直線。</p

23、><p>　　(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(shí)觸發(fā)，VT1、VT2導(dǎo)通，電流經(jīng)VT1、負(fù)載、VT2和T二次側(cè)形成回路，但由于大電感的存在，過(guò)零變負(fù)時(shí)，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使VT1、VT2繼續(xù)導(dǎo)通，直到VT3、VT4被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，VT1、VT2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。</p><p>　　在電源電壓負(fù)半周期間，晶閘管VT

24、3、VT4承受正向電壓，在時(shí)觸發(fā)，VT3、VT4導(dǎo)通，VT1、VT2受反相電壓截止，負(fù)載電流從VT1、VT2中換流至VT3、VT4中在時(shí)，電壓過(guò)零，VT3、VT4因電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直導(dǎo)通，直到下個(gè)周期VT1、VT2導(dǎo)通時(shí)，VT3、VT4因加反向電壓才截止。值得注意的是，只有當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)時(shí)，負(fù)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>　　輸出電壓平

25、均值和輸出電流平均值</p><p><b>　　(3-2-1)</b></p><p><b>　　(3-2-2)</b></p><p>　?。?）晶閘管的電流平均值和有效值</p><p><b>　　(3-2-3)</b></p><p><

26、;b>　　(3-2-4)</b></p><p>　?。?）輸出電流有效值I和變壓器二次電流有效值</p><p><b>　　(3-2-5) </b></p><p>　?。?）晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為 </p><p><b>　　3.3原理圖的分析</b

27、></p><p>　　該電路主要由四部分構(gòu)成，分別為電源，過(guò)電保護(hù)電路，整流電路和觸發(fā)電路構(gòu)成。輸入的信號(hào)經(jīng)變壓器變壓后通過(guò)過(guò)電保護(hù)電路，保證電路出現(xiàn)過(guò)載或短路故障時(shí)，不至于傷害到晶閘管和負(fù)載。在電路中還加了防雷擊的保護(hù)電路。然后將經(jīng)變壓和保護(hù)后的信號(hào)輸入整流電路中。整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號(hào)的作用下動(dòng)作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。</p><p>　　在電路中,過(guò)電保護(hù)部分我們

28、分別選擇的快速熔斷器做過(guò)流保護(hù),而過(guò)壓保護(hù)則采用RC電路。這部分的選擇主要考慮到電路的簡(jiǎn)單性，所以才這樣的保護(hù)電路部分。整流部分電路則是根據(jù)題目的要求，選擇的我們學(xué)過(guò)的單相橋式整流電路。該電路的結(jié)構(gòu)和工作原理是利用晶閘管的開關(guān)特性實(shí)現(xiàn)將交流變?yōu)橹绷鞯墓δ堋Ｓ|發(fā)電路是由設(shè)計(jì)題目而定的，題目要求了用單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路的移相范圍變化較大，而且由于是直接觸發(fā)電路它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一方面是方便我們對(duì)設(shè)計(jì)電路中變壓器型號(hào)

29、的選擇。</p><p>　　第4章 輔助電路的設(shè)計(jì)</p><h2>　　4.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</h2><p>　　對(duì)于使用晶閘管的電路，在晶閘管陽(yáng)極加正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加觸發(fā)電壓，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)刻可靠導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)電路亦稱觸發(fā)電路。根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，對(duì)變流裝置的輸出功率進(jìn)行控制。觸發(fā)電路是變流裝置中的一個(gè)重要組成部分，變流裝

30、置是否能正常工作，與觸發(fā)電路有直接關(guān)系，因此，正確合理地選擇設(shè)計(jì)觸發(fā)電路及其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是保證晶閘管變流裝置安全，可靠，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。</p><p><b>　　4.1.1觸發(fā)電路</b></p><p>　　晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過(guò)零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對(duì)其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求： </p><p>　?、?觸發(fā)信號(hào)可為直流、

31、交流或脈沖電壓。</p><p>　　② 觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。</p><p>　　由閘管的門極伏安特性曲線可知，同一型號(hào)的晶閘管的門極伏安特性的分散性很大，所以規(guī)定晶閘管元件的門極阻值在某高阻和低阻之間，才可能算是合格的產(chǎn)品。晶閘管器件出廠時(shí)，所標(biāo)注的門極觸發(fā)電流Igt、門極觸發(fā)電壓U是指該型號(hào)的所有合格器件都能被觸發(fā)導(dǎo)通的最小門極電流、電壓值，所以在接近坐標(biāo)原

32、點(diǎn)處以觸發(fā)脈沖應(yīng)一定的寬度且脈沖前沿應(yīng)盡可能陡。由于晶閘管的觸發(fā)是有一個(gè)過(guò)程的，也就是晶閘管的導(dǎo)通需要一定的時(shí)間。只有當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極電流即主回路電流上升到晶閘管的掣住電流以上時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，所以觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的寬度才能保證被觸發(fā)的晶閘管可靠的導(dǎo)通，對(duì)于電感性負(fù)載，脈沖的寬度要寬些，一般為0.5~1MS，相當(dāng)于50HZ、18度電度角。為了可靠地、快速地觸發(fā)大功率晶閘管，常常在 觸發(fā)脈沖的前沿疊加上一個(gè)觸發(fā)脈沖。</p>

33、<p>　　③ 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。</p><p>　　觸發(fā)脈沖的寬度要能維持到晶閘管徹底導(dǎo)通后才能撤掉，晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的幅值要求是：在門極上施加的觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流應(yīng)大于產(chǎn)品提出的數(shù)據(jù)，但也不能太大，以防止損壞其控制極，在有晶閘管串并聯(lián)的場(chǎng)合，觸發(fā)脈沖的前沿越陡越有利于晶閘管的同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。</p>

34、;<p>　　④ 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。</p><p>　　例如單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，要求觸發(fā)脈沖的移項(xiàng)范圍是0度~180度，帶大電感負(fù)載時(shí)，要求移項(xiàng)范圍是0度~90度；三相半波可控整流電路電阻性負(fù)載時(shí)，要求移項(xiàng)范圍是0度~90度。</p><p>　?、萦|發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。</p><

35、p>　　為了使晶閘管在每一個(gè)周期都以相同的控制角被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，兩者的頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。觸發(fā)電路同時(shí)受控于電壓uc與同步電壓us控制。</p><h2>　　4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</h2><p>　　在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)，

36、du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必不可少的。</p><p>　　4.2.1 主電路的過(guò)電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　所謂過(guò)壓保護(hù)，即指流過(guò)晶閘管兩端的電壓值超過(guò)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(guò)電壓。</p><p>　　產(chǎn)生過(guò)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(guò)電壓，需在變壓器的初

37、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(guò)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。</p><p>　　1.交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程：電源變壓器初級(jí)側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵(lì)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。</

38、p><p><b>　　保護(hù)方法：阻容保護(hù)</b></p><p>　　2.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)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(guò)電壓。</p><p>　　保護(hù)方法：阻容保護(hù) </p>&l

39、t;p>　　圖3.4主電路的過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　4.2.2主電路的過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流現(xiàn)象。過(guò)電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時(shí)采用幾種過(guò)電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時(shí)的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流

40、快速斷路器在電子電力動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：</p><p>　　1、電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。</p><p>　　2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體體器件串聯(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。</p>

41、<p>　　3、快熔的It值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許It值。</p><p>　　4、為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。</p><p>　　快熔對(duì)器件的保護(hù)方式分為全保護(hù)和短保護(hù)兩種。全保護(hù)是指無(wú)論過(guò)載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用，此方式需與其他過(guò)電流保

42、護(hù)措施相配合。</p><p>　　熔斷器是最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適，很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒(méi)有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過(guò)電流可及時(shí)熔斷起到保護(hù)作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔，因流過(guò)快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對(duì)元件的保護(hù)作用最好。</p><p>　　4.2.3電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)</p>

43、<p>　　電流上升率di/dt的抑制</p><p>　　晶閘管初開通時(shí)電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1mm/μs的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面，若晶閘管開通時(shí)電流上升率di/dt過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感。如下圖2.8所示:</p><p>　　圖2

44、.8串聯(lián)電感抑制回路</p><p>　　電壓上升率dv/dt的抑制</p><p>　　加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應(yīng)有所限制,如果dv/dt過(guò)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)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制dv/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2.9所示：</p>

45、<p>　　圖2.9并聯(lián)R-C阻容吸收回</p><p>　　第5章 元器件和電路參數(shù)計(jì)算</p><h2>　　5.1. 晶閘管的基本特性</h2><p>　　5.1.1．靜態(tài)特性</p><p>　　靜態(tài)特性又稱伏安特性，指的是器件端電壓與電流的關(guān)系。這里介紹陽(yáng)極伏安特性和門極伏安特性。</p><p&

46、gt;　?。?） 陽(yáng)極伏安特性</p><p>　　晶閘管的陽(yáng)極伏安特性表示晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的電壓Uak與陽(yáng)極電流ia之間的關(guān)系曲線，如圖5-1所示。</p><p>　　圖5.1 晶閘管陽(yáng)極伏安特性</p><p>　?、僬蜃钄喔咦鑵^(qū)；②負(fù)阻區(qū)；③正向?qū)ǖ妥鑵^(qū)；④反向阻斷高阻區(qū)</p><p>　　陽(yáng)極伏安特性可以劃分為兩個(gè)區(qū)域：第

47、Ⅰ象限為正向特性區(qū)，第Ⅲ象限為反向特性區(qū)。第Ⅰ象限的正向特性又可分為正向阻斷狀態(tài)及正向?qū)顟B(tài)。</p><p>　　（2） 門極伏安特性</p><p>　　晶閘管的門極與陰極間存在著一個(gè)PN結(jié)J3，門極伏安特性就是指這個(gè)PN結(jié)上正向門極電壓Ug與門極電流Ig間的關(guān)系。由于這個(gè)結(jié)的伏安特性很分散，無(wú)法找到一條典型的代表曲線，只能用一條極限高阻門極特性和一條極限低阻門極特性之間的一片區(qū)域來(lái)

48、代表所有元件的門極伏安特性，如圖5-2陰影區(qū)域所示。</p><p>　　圖5.2 晶閘管門極伏安特性</p><p>　　5.1.2．動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　晶閘管常應(yīng)用于低頻的相控電力電子電路時(shí)，有時(shí)也在高頻電力電子電路中得到應(yīng)用，如逆變器等。在高頻電路應(yīng)用時(shí)，需要嚴(yán)格地考慮晶閘管的開關(guān)特性，即開通特性和關(guān)斷特性。</p><p>

49、<b>　?。?）開通特性</b></p><p>　　晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過(guò)程為開通過(guò)程。圖1-12給出了晶閘管的開關(guān)特性。在晶閘管處在正向阻斷的條件下突加門極觸發(fā)電流，由于晶閘管內(nèi)部正反饋過(guò)程及外電路電感的影響，陽(yáng)極電流的增長(zhǎng)需要一定的時(shí)間。從突加門極電流時(shí)刻到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)定值IT的10%所需的時(shí)間稱為延遲時(shí)間td，而陽(yáng)極電流從10%IT上升到90%IT所需的時(shí)間稱為上升時(shí)間tr

50、，延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和為晶閘管的開通時(shí)間 tgt=td+tr，普通晶閘管的延遲時(shí)間為0.5～1.5μs，上升時(shí)間為0.5～3μs。延遲時(shí)間隨門極電流的增大而減少，延遲時(shí)間和上升時(shí)間隨陽(yáng)極電壓上升而下降。</p><p>　　圖6.7 晶閘管的開關(guān)特性</p><p><b>　　（2）關(guān)斷特性</b></p><p>　　通常采用外

51、加反壓的方法將已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。反壓可利用電源、負(fù)載和輔助換流電路來(lái)提供。</p><p>　　要關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管，通常給晶閘管加反向陽(yáng)極電壓。晶閘管的關(guān)斷，就是要使各層區(qū)內(nèi)載流子消失，使元件對(duì)正向陽(yáng)極電壓恢復(fù)阻斷能力。突加反向陽(yáng)極電壓后，由于外電路電感的存在，晶閘管陽(yáng)極電流的下降會(huì)有一個(gè)過(guò)程，當(dāng)陽(yáng)極電流過(guò)零，也會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)電流，反向電流達(dá)最大值IRM后，再朝反方向快速衰減接近于零，此時(shí)晶閘管恢復(fù)對(duì)反向電壓

52、的阻斷能力。</p><h2>　　5.2晶閘管基本參數(shù)</h2><p>　　5.2.1晶閘管的主要參數(shù)說(shuō)明：</p><p><b>　　1、額定電壓UTn</b></p><p>　　通常取UDRM和URRM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2～3倍

53、，以保證電路的工作安全。</p><p><b>　　晶閘管的額定電壓 </b></p><p>　　UTn =（2～3）UTM </p><p>　　UTM ：工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓 </p><p>　　2、額定電流IT(AV) </p><p>　　IT(AV) 又稱為額定通

54、態(tài)平均電流。其定義是在室溫40°和規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負(fù)載流過(guò)正弦半波、導(dǎo)通角不小于170°的電路中，結(jié)溫不超過(guò)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。</p><p>　　ITn ：額定電流有效值，根據(jù)管子的IT(AV) 換算出，</p><p>　　IT(AV) 、ITM ITn 三者之間

55、的關(guān)系：</p><p><b>　　(5-2-1)</b></p><p><b>　　(5-2-2)</b></p><p>　　3、 維持電流IH </p><p>　　維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。維持電流與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，維持電流越小，晶閘管越難關(guān)

56、斷。</p><p>　　4、 掣住電流IL </p><p>　　晶閘管剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)并撤除門極觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)要維持元件</p><p>　　導(dǎo)通所需的最小陽(yáng)極電流稱為掣住電流。一般掣住電流比維持電流大（2～4）倍。</p><p>　　5、通態(tài)平均管壓降 UT(AV) 。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導(dǎo)通的正</p

57、><p>　　弦波半個(gè)周期內(nèi)陽(yáng)極與陰極電壓的平均值，一般在0.4～1.2V。</p><p>　　6、門極觸發(fā)電流Ig 。在常溫下，陽(yáng)極電壓為6V時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所用</p><p>　　的門極電流，一般為毫安級(jí)。</p><p>　　7、 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</p><

58、p>　　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。</p><p>　　8、 通態(tài)電流臨界上升率di/dt。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電</p><p>　　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(guò)熱而損壞晶閘管。</p><p>　　9、波形系數(shù)：有直流分

59、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Kf表示。</p><p><b>　　(5-2-3) </b></p><p>　　額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù)</p><p><b>　　(5-2-4)</b></p><p>　　5.2.2晶閘管的選型</p>&

60、lt;p>　　該電路為大電感負(fù)載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。</p><p>　　時(shí)，不計(jì)控制角余量按計(jì)算</p><p>　　由 得 =111V </p><p>　　考慮2倍裕量：取222V</p><p><b>　　晶閘管的選擇原則：</b></p><p>　

61、?、?、所選晶閘管電流有效值大于元件 在電路中可能流過(guò)的最大電流有效值。</p><p>　?、颉?選擇時(shí)考慮（1.5～2）倍的安全余量。即</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)， </b></p><p><b>　　晶閘管額定電流 </b></p><p>　　考慮2倍裕量：取6.4A</p&g

62、t;<p>　　所以在本次設(shè)計(jì)中我選用4個(gè)KP10-3的晶閘管。</p><p>　　5.2.3變壓器的選取</p><p>　　根據(jù)參數(shù)計(jì)算可知:變壓器應(yīng)選變比為,</p><p><b>　　容量至少為。</b></p><h2>　　5.3性能指標(biāo)分析：</h2><p>　　

63、整流電路的性能常用兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)來(lái)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)。</p><p>　　1)整流輸出電壓平均值</p><p>　　=== (5-3-1) </p><p><b>　　2)紋波系數(shù)</b></p><p>　　紋波系數(shù)用來(lái)表示

64、直流輸出電壓中相對(duì)紋波電壓的大小，即</p><p><b>　?。?-3-2） </b></p><p><b>　　5.4元器件清單</b></p><p><b>　　第6章 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　帶電阻電感性負(fù)載的仿真：</p><p

65、>　　啟動(dòng)MATLAB，進(jìn)入SIMULINK后建文檔，繪制單相橋式全控整流電路模型，如圖，雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話框內(nèi)設(shè)置模塊。</p><p>　　設(shè)置好各模塊參數(shù)，單擊工具欄“Simulation”菜單下的“Start”命令進(jìn)行仿真。雙擊各模塊，得到仿真結(jié)果。</p><p><b>　　控制角=0º</b></p><p>

66、;<b>　　控制角=90º</b></p><p><b>　　第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了很多關(guān)于電力電子技術(shù)方面的知識(shí)，尤其是在課本中沒(méi)有完全介紹的。要完成這次課程設(shè)計(jì)，關(guān)靠書本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以我查閱了很多關(guān)于電力電子的書籍，并且也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到了很多相關(guān)的知識(shí)，為這次課程設(shè)計(jì)做了很多幫

67、助。</p><p>　　對(duì)于課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，首先要做的應(yīng)是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的理論理解，在理論充分理解的基礎(chǔ)上，才能做好課程設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出性能良好的電路。整流電路中，基本元件的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo)影響很大。</p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中，我明白了整流電路，尤其是單相全控橋式整流電路的重要性以及整流電路設(shè)計(jì)方法的多樣性。</p><

68、;p>　　這次的課程設(shè)計(jì)是我設(shè)計(jì)時(shí)間最長(zhǎng)的一次，也是收獲最大的一次。雖然設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到很多問(wèn)題，尤其是保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，因?yàn)檎n上沒(méi)有講到保護(hù)電路的內(nèi)容，保護(hù)電路的理解不夠全面，設(shè)計(jì)的時(shí)候是一頭霧水，但還是在老師的幫助下，我一一解決了。</p><p>　　另外通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)文檔的編排也有了一定的掌握，這對(duì)于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一遍電力電子這門課程，把以

69、前一些沒(méi)弄懂的問(wèn)題這次弄明白了一部分，當(dāng)然沒(méi)有全部。</p><p>　　整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于理論知識(shí)的缺乏，以及對(duì)課程設(shè)計(jì)的不熟悉，課程設(shè)計(jì)還有很多不足之處，在以后的課程設(shè)計(jì)中，希望能有所改善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]、王兆安、黃俊主編.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010<

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