晶闸管直流稳压电源毕业论文.doc

摘要 晶闸管直流稳压电源是通过整流桥把交流电转换为直流电的向负载直接供电的装置。其设计重点是保证有较高的转化效率和输出的直流电压保持稳定。本文介绍了以晶闸管组成三相桥式整流电路，用KJ004和KJ041组成的触发电路的晶闸管直流稳压电源。该电源大大提高了电流的转换效率和电压的稳定性，在一定程度上解决了现有系统存在的问题，从而提高了系统的整体运行性能。本文研究电源从主电路入手，分析了三相桥整流器的输出特性和其所需要的触发脉冲的特性，确定了主电路和触发电路。从输出电压稳定性方面入手增加了电压调节器电流调解器和滤波电路等辅助电路。从保护晶闸管元件方面入手增加了电压电流保护电路等辅助电路。 本文涉及的电源能够从10V-100V连续可调，有较大的调压范围，在扰动的情况下也能够输出较稳定的电压，能够满足生产和生活需要。关键词：晶闸管可控硅整流电路；触发电路；稳压电源AbstractThe thyristor current voltage-stabilized source is an AC-DC converter. Which changes AC to DC by Full Bridge converter .Its designed key point is the higher transformed effciency and the output DC voltage maintentance is stable . This article introduces a voltage-stabilized source .Which trigger converters is composes with KJ004 and KC41C and its three phase Full bridge controlled rectifier is discomposed with thyristor .This power source greatly enhances the current transformed efficiency and the outputVoltage-stabily,has solved the existing system existence problem in the certain degree, and thus enhances the whole systems performance characteristic. This article studies the power to obtain from the main circuit ,analyzes the trigger pulse characteristic which the three phase bridge rectifier input level and its needed to determine the main circuit and the triggert circuit .Obtained from the output voltage stable aspectincreased auxiliary circuit ,voltage regulator ,current regulator and flitter circuit and so on .Obtained from the protection crystal thyratron part aspect,increated the voltage electric protection circuit and so on .This powers output voltage can move from 10V to 100V ,has a wider accent to press the scope, its output voltage is stabilized when the perturbation in the situation .This power can satisfy the production and the life need.Keywords: Thyristor Full-bridge controlled rectifier ;Trigger Converter ;Voltage-stabilized source .目录摘要1第一章 绪论31.1 可控整流31.2逆变与变频41.3交流调压41.4直流斩波调压41.5无触点功率静态开关4第二章主电路的设计62.1整流晶闸管和三相桥62.1.1晶闸管特性62.1.2定量计算922 整流变压器的设计102.2.1整流变压器参数计算102.2.2 整流变压器的结构计算112.3 晶闸管的选用132.4滤波电路14第三章 保护电路1531过电压保护15311 过电压产生原因及分类15312 过电压保护措施1632 过电流保护18321 快速熔断器保护183.3 保护电路的计算193.3.1交流侧浪涌过电压抑制用RC电路计算193.3.2晶闸管保护计算20第四章 控制电路2141 控制电路的分析214.1.1电流互感器及整流部分214.1.2 电压调节器与电流调节器224.2控制电路的设计计算244.2.1电流调节器的设计244.2.2电压调节器的设计计算254.2.3电压反馈计算264.2.4电流反馈计算26第五章 晶闸管的触发电路的设计2751触发电路的要求2752 集成触发电路及数字触发电路28521 KC04、KC41C织成的三相集成触发电路28522 KC41C六路双脉冲形成器28谢语32参考资料33第一章 绪论 晶闸管全称为晶体闸流管，是一种功率半导体器件。由于它具有容量大、效率高、控制特性好、寿命长以及体积小等优点，因此，自60年代以来，获得了迅猛发展以晶闸管为主体的一系列功率半导体器件的应用技术已形成独立的电力电子学科。目前由传感电子信息电子和电力电子三部分组成的大电子技术的概念，已被科技界正式接受。 电力半导体器件是一系列固态高电压大电流开关器件，其应用技术的基本功能是对电能的整流、逆变、斩被、变频、开关等的控制。它是信息产业和传统产业之间的主要接口，是弱电控制和被控强电之间的桥梁。从节能的观点出发，电力电子技术被誉为80年代的新电气技术。我国的能源利用率较低，按国民生产单产能耗计算，是法国的498倍、日本的443倍、印度的1、65倍，因此，迅速生产与使用功率半导体3器件是当务之急。 我国在近20年来，晶闸管制造与应用技术发展迅速，目前已能大规模生产各种类型的晶闸管元件，单个元件容量已达电压4000V以上、电流2000A以上，派生的晶闸管元件如双向、快速、可关断、逆导等品种均有供应，其它如大功率晶体管(GTR)、功率MOS场效应管、绝缘门极晶体管(IGBT）等也正在积极开发生产。 晶闸管元件在工农业生产和民用方面的应用，按其变换功能，大致可分为下列五个方面。1.1 可控整流 晶闸管组成的整流器可以在交流电压不变的情况下，方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。所以可控整流是实现交流到可变直硫之间的变换。晶闸管可控整流已取代直流发电机组用作直流拖动调速装置，广泛用于机床、轧钢、造纸、纺织、电解电镀、光电、励磁等领域。1.2逆变与变频 利用晶闸管特性，将直流变换成交流的过程称为逆变。如果把直流电变换成50Hz的交流电并将直流电能反馈给交流电网，这种逆变称为有源逆变，主要用于线绕式电动机串级调速与直流高压输电。把电网的交流电变换成频率与大小可调的交流电称为变频。变频电源主要用于交流电动机变频调速、中频加热熔炼、不停电电源等，这是很有发展前途的应用领域。1.3交流调压 利用晶闸管的开关特性代替老式的接触调压器、感应调压器和电抗器调压，用晶闸管实现交流到可变交流之间的变换称为交流调压其主要用于灯光亮度控制、温度控制以及交流电动机的调压调速等。1.4直流斩波调压利用品闸管作直流开关， 控制晶闸管的通断比和通断频率，将固定的直流电压变换成可调的直流电压称为斩波调压又称脉冲调压。其主要用于采用直流电源的车辆凋速传动，如城市电车、电气机车、电瓶搬运车和铲车以及开关直流电源等。1.5无触点功率静态开关晶闸管作为功率开关元件代替接触器与继电器用于操作频率与开关频率高的场合。如轧机的辊道传动、机床频繁的正反转、高精度温度控制等，其工作频率有时高达每小时15003000次，一般电磁接触器工作一星期就达到正常使用寿命而损坏。而晶闸管无触点功率开关具有无声、无火花、开关频率高、电磁干扰小以及寿命长等优点，虽然一次投资较大，但使用可靠、维护方便，因此应用日益广泛，在易燃易爆等特殊场合，采用晶闸管功率开关更为适合。晶闸管组成的变流装置有以下优点：(I)装置功率放大倍数大，可达106以上，与直流发电机组相比，要高三个数量级。(2)快速响应好，变流机组为秒级而晶闸管为毫秒级。(3)功耗低、效率高，节能效果显著。(4)它是静止式电子装置，体积小，重量经，无噪声，无火花磨损，维护方便，可靠性高。缺点：(1)晶闸管元件的电压电流过载能力差，必须设置可靠的保护措施。(2)晶闸管采用移相触发时，出现非正弦电压与电流，使电网波形畸变产生高次谐波导致电网质量下降。(3)移相控制在控制角大时，功率因数低。以上不足随着元件质量的提高、保护措施的成熟以及电路设计的改进，正在逐步被克服。电力半导体变流技术的发展方向为：(1)进一步提高晶闸管器件的性能，除普通晶闸管向高电压大电流发展外，还大力研制生产特殊的晶闸管，如双向、可关断、逆导、场控、光控晶闸管等。(2)功率器件由单个结构向模块结构发展，即由几个功率器件芯片组成一个模块，缩小体积，减少连线，以方便使用。(3)近几年国际上已发展了功率集成电路(PLC)，功能上含有逻辑、控制、功率保护以及传感与测量等部分，更进一步的则含有微机控制部分。 (4)新型功率器件发展迅速。晶闸管与大功率晶体管一类是靠门极(基极)的电流变化来实现器件的工作的，目前已出现靠电场来改变基区中空间电荷层的宽度的器件，以便控制电流通道的夹断或打开，这类器件有静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管（SITH）。另一类是靠电场来改变沟道的导电类型使器件开关，这类器件有功率MOS管（VDMOS)和绝缘门极晶体管(IGBT)。这两类器件已完全进入生产实用阶段。本文主要介绍以晶闸管为整流原器件的直流稳压电源的设计。包括晶闸管元件可控整流主电路设计、控制电路设计、触发控制电路设计及过压、过流保护设计。在进行设计时，要着重物理概念与基本分析方法，要理论联系生产实际，做到元件、电路、应用三方面相结合。要特别注意各种电路的波形与相位分析，从波形分析中进一步理解电路工作情况，同时要注意读图与分析线路能力的培养。由于本设计实践性很强，要特别重视动手能力的锻炼，提高接线、测量、调整以及故障分析的能力。本设计内容丰富，涉及高等数学、电子技术基础、电机与拖动等课程的知识，需要学习时复习相关课程与进行踪合运用。第二章主电路的设计 主电路设计包括整流变压器设计、晶闸管的选用、整流方式的选用以及滤波电路的设计。其主要构造如图2-1。图2-12.1整流晶闸管和三相桥2.1.1晶闸管特性本设计整流元件使用晶闸管，它有下列特性：1)晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的门极和阴极间也加正向电压 ，两者缺一不可。 2)晶闸管一旦导通，门极即失左控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。晶闸管从阻断变为导通的过程称为触发导通。门极触发电流一般只有几十毫安到几百毫安而晶闸管导通后，可以通过几百、几千安的电流o3)晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。维持电流是保持晶闸管导通的最小电流。图2-1为三相桥式全控整流电路，它可以看作是一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路申联而成的。共阴组、在正半周导电， 图2-2 三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。为使时及时三相桥式整流电路输出波形图2-3负载电流连续平滑，有利于直流电动换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，流经变压器的电流为正向电流；共阳组、 在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流（如图2-3）。变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此 变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。一被要串入电感量足够大的平波电抗器Ld，这样就等同于含有反电动势的大电感负载。图2-2是三相桥式全控整流电路在和及时的波形图。 2.1.2定量计算1整流输出电压平均值Ud 对于大电感负载，在oa90。范围，负载电流连续，晶间管导通角均为。输出整流电压Ud波形连续，整流输出电压平均值为：式中：变压器二次测得电压有效值。2.负载电流平均值Id为： Id=式中 E直流电动机电枢反电动势；回路总电阻，它包括电抠绕组电阻、平波电抗器及整流变压器等效内阻等。3整流变压器二次侧绕组电流有效值为：由于波形是方波(见图2-2中矩波形)，而且一周内有三分之二时间在工作，所以，二次侧绕组(指星形接法)电流有效值为： =4.流过晶闸管的电流平均值、有效值和晶闸管承受的最高电压 由于流过晶闸管的电流是方波，一周期内每管仅导通三分之一时间，所以，流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为：品闸管两端承受的最高电压与三相半波一样，为线电压的最大值，即： 综上所述，三相桥式全控整流电路输出电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz，在负载要求相同的直流电压下，晶闸管承受的最大正反向电压将比三相半波减小一半，变压器的容量也较小，同时三相电流平衡，无须中线，适用于大功率高电压可变直流电源的负载。但电路须用六只晶闸管，触发电路也较复杂，所以一般只用于要求能进行有源逆变的负载，或中大容量要求可逆调速的直流电动机负载。对一般电阻性负载，或不可逆直流调速系统等，可采用三相半控桥整流电路。22 整流变压器的设计因为本设计要求直流输出10100V/10A可调稳压直流电,而交流侧为380伏电压，直接整流不能满足需要电压，故在主电路的设计中需要整流变压器。鉴于三相桥式整流方式的广泛性与使用性，本设计采用三相桥式整流电路. 2.2.1整流变压器参数计算 计算整流变压器参数的计算主要是根据负载要求的直流电压、电流选定主电路的形式，进而计算出二次电压、二次电流和一次电流，最后确定一二次容量和计算容量。计算整流变压器的二次相电压要考虑电网电压波动和最小控制角。按规定电网电压允许波动为+5%10%。在电网电压最低时要保证负载所需要的最大电压。通常电网电压波动系数。对于要求输出的直流电压保持恒定的整流装置，在交流电网电压降低时，则必须减小控制角以保证输出的直流电压不变。因此不能按计算。另外在可逆传动系统中由于需要对逆变角加以限制。故取。所以在计算时需考虑此问题。本设计仅仅用于整流。取。此处=。已知输出电压10100V/10A直流，一次侧电压380V交流。根据三相桥式整流计算公式可以得到：为了便于设计，在满足设计要求的 前提下，取=50V。二次测电流：容量计算；由变压器性质可知：则有A，取1.1A。变压器的容量是相数、相电压有效值、相电流有效值三者的乘积。因此二次侧容量VAVA VA2.2.2 整流变压器的结构计算铁心有效面积：式中为变压器的初级功率，为比例系数，与初级功率大小有关，其关系如表（2-1） 510 1050 50100 100500 21.75 1.751.51.51.351.351.25而变压器初级功率：W根据表（1-1）取=1.3，则：=计算绕组匝数计算一次侧绕组每伏匝数：计算二次侧绕组每伏匝数：计算一次绕组匝数：计算二册侧匝数： 其中：f:电源频率（Hz） S:铁心有效截面积（） B：铁心磁感应强度（Gs），对冷轧硅钢片取1400016000Gs，此处取16000Gs :电压调整率。见表（2-2）表（2-2） P（VA）3050 50100 100250 250500 5 3 2.5 2计算绕组线径一次绕组线径计算：二次绕组线径计算：2.3 晶闸管的选用 晶闸管的额定电流的有效值可以根据通态电流定义。求出两者关系为。此式表明：额定电流为10A的晶闸管能通过晶闸管的实际电流欧效值15.7A。根据便流装置的形式、负载平均电流、晶闸管导通角，可以求出通过晶闸管得实际电流有效值。考虑到晶闸管的过载能力差，在选择晶闸管的额定电流时取实际需要值的1.52倍，使之有一定的安全裕量，保证晶闸管可靠运行。额定电压取实际需要要值的23倍。根据有效值相等的原则，通常按下式计算晶闸管的额定电流：=(1.52)=(1.52)=7.810.39(A),取10A晶闸管的额定电压: .取400V.2.4滤波电路实际应用的整流器会产生大量谐波电流流入电网，导致供电电压畸变，对电网造成谐波污染。对此，可以采用多种积聚方法。其中，LC滤波器出现最早，虽然出现一些较难克服的缺点，但因其具有结构简单、设备投资较少，运行可靠性较高、运行费用较低等优点，因此至今仍是应用最多的方法。本设计利用六脉波整流器整流。整流器工作时会产生谐波电流流入交流电网侧。当整流器工作在理想条件下，其产生的谐波为特征谐波。整流器的特征谐波次数取决于其脉波数。6脉波整流器的特征谐波次数为6k1(k=1,2,3,.). LC滤波器也称为无源滤波器，由电容器和电抗器组成。本设计的LC滤波器中，电抗器串联于主电路输出端，电容器并联于主电路输出端，其参数计算如下。L C滤波器：LC= 式中 m 整流器相数，三相全波整流时 m=6。 f 电源频率（Hz）,f =50 Hz 。 L 滤波电感量（H）。 C 滤波电容量（）。 则计算得 LC=1.13L的设计与计算： 本设计中滤波电感L的铁心已经给出，其面积为=3.25。输出电流为I=10A，磁密B=8000（线性），线圈匝数为N=51，气隙为： =0.8mm L= = =1.33 mH由于已知LC=1.13，且L=1.33mH。则电容C的计算值为： C=850 本设计取电容C=1000。第三章 保护电路 在电力电子电路中，为确保变流电路正常工作，除了适当选择电力电子器件参数、设计良好的驱动电路外，还要采用必要的保护措施，即过电压保护、过电流保护等，如图3-1图3-131过电压保护 311 过电压产生原因及分类 过电压产生的原因主要是供给的电功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统能量来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量不能及时消散而造成的。 过电压主要表现为两种类型：一是开关的开、闭引起的冲击过电压(也称为操作过电压)；二是雷击或其他外来冲击过电压，电力电子装置中可能发生的过电压还可分为外因过电压和内因过电压两类，外因过电压主要来白雷击和系统中的操作过程等外部原因，包括： 1)操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压会由供电变压器电磁感应耦合，或由变压器绕组之间存在的分布电容静电感应耦合过来。 2)雷击过电压：由于雷击引起的过电压。 内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括： 1)换相过电压：由于晶闸管或者与全控型器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复。而当其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因为线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。其值与换相结束后的反向电压有关，反向电压越高，则过电压值越大，可达到工作电压峰值的56倍。 2)关断过电压：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。312 过电压保护措施 (1)操作过电压的保护 针对形成过电压的不同原因，可以采取不同的抑制方法，如减少过电压源，使过电压幅值衰减；抑制过电压能量上升的速率，延缓已产生的能量消散速度，并增加其消散的途径；采用电子线路进行保护最常用的是在回路中接人吸收能量的元件，称吸收回路或缓冲回路。 图3-2所示的阻容元件是用于吸收晶闸管关断时的过电压，图中电容c起主要的吸收尖峰过电压能量的作用，为了防止谐振电压，在电容回路中串人阻尼电阻R。图3-2 晶闸管的保护 抑制过电压的RC吸收回路在交流侧的几种不同接法如图3-3所示。交流侧阻容吸收电路的几种接法：a）单相联接 b）三相星形联接 c）三相三角形联接 d）三相整流联接 图3-3交流侧阻容吸收电路图a） 图b）图c） 图d）(2)浪涌(雷击）过电压的保护 上述阻客吸收电路的时间常数是固定的，有时对雷击或从电网窜入的时间短、峰值高、能量大的过电乐来不及放电，抑制过电压的效果较差，需压要在变流装置的进、出线端并接压敏电阻等非线件元件。 压敏电阻是以氧化锌为基体的金属氧化物非线性电阻，其结构为两个电极电极之间填充有氧化铋等品粒界层。在正常电压作用下晶粒界层至高阻态，仅有小于l00uA的漏电流；过电压时引起电子雪崩，品粒界层迅速变成低阻抗使电流迅速增大，而泄漏能量抑制过电压，起到保护晶闸管的作用。压敏电阻具有如图3-4所示的伏安特性。 图3-5 压敏电阻的应用 32 过电流保护 由于电力电子器件管芯体积小、热容量小，特别是在高电压、大电流应用时，结温必须受到严格的控制，当晶闸管中流过大于额定位的电流时，热量来不及散发使得结温迅速升高，最终将导致结层被烧毁。 产生过电流的原因有多种多样，如变流装置本身功率器件损坏、驱动电路发生故障、控制系统发生故障：交流电压过高、过低或者缺相；负载过载或短路及相邻设备故障影响等，都是导致电力电子器件过电流的因素。 过电流保护方法较常用的有以下几种： 321 快速熔断器保护 快速熔断器保护是最简单有效的过电流保护元件。快速熔断器的熔体是由银质熔丝理于石英砂内。它与普通熔断器相比，具有快速熔断的特性，在通常的短路过电流时，熔断时间小于20ms可在晶闸管损坏之前快熔，切断短路故障。快速熔断器的使用一般有图3-6 c所示的三种接法，其中在桥臂中串接熔断器的保护效果最好，但使用的熔断器较多。图3-6所示，在直流侧接一只熔断器，它只能保护负载的故障情况，当晶闸管本身短路时则无法起保护作用。 3.3 保护电路的计算3.3.1交流侧浪涌过电压抑制用RC电路计算若为Y型接法，电容值的计算公式如下： %式中 S 变压器单相容量，即S=413 W 。 整流变压器副边电压，即 =50 V 。% 变压器励磁电流百分数，本设计取%=10 。计算得 610=9.8 若为型接法，则 =3.3 本设计的阻容吸收保护采取型接法，故电容=3.3 。电容耐压1.5 （是正常工作时，阻容两端交流电压有效值，=）。 即 1.5=1.550=106 V取电容耐压=110 V 。电阻值的计算是根据允许的衰减振荡，计算公式为： 式中 为变压器短路电压比，本设计取 =5 。 为变压器励磁电流百分数，本设计取 =10 。则 2.3 =10 而阻容吸收为型接法时，=3=30 。R C正常工作时，电流、电压有效值为、 ： =2 =23.14503.350 =0.9 A注意：以RC电路星形联结为依据，当RC作三角联结时，电容C取星形联结计算值的1/3，而电阻Ra取星形联结计算的3倍。3.3.2晶闸管保护计算在晶闸管的阴极和阳极两端并联阻容元件，可以用于吸收晶闸管关断时的过电压，其中电容起主要的吸收尖峰过电压能量的作用，为了防止谐振电压，在电容回路中串人阻尼电阻 =7.36*14.72*F），取0.1取10第四章 控制电路 控制电路采用双闭环控制，将电流和转速分开调节的办法，即在系统中设置两个调节器，分别调节电流和电压，系统购结构图如图4-2所示，两个调节之间实行串级联接，即以电压调节 AUR的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器ACR的输出作为晶闸管触发器AT的控制电压，从而调节品问管变流器的整流电压Ud，这样，两种调节作用就能互相配合、相辅相成了。从系统的反馈线构上看，电流调节环在里面，是内环电压调节环在外面，是外环。这就形成电压、电流双闭环控制系统。为了获得良好的静、动态性能，两个调节器一般都采用PI调节器。结构图如图4-1图4-1 电压电流双闭环结构图41 控制电路的分析4.1.1电流互感器及整流部分 电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器(以下简称电流互感器)，它的工作原理和变压器相似。 电流互感器的特点是： (1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关；(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。 电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：kn=I1n/I2n。 因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。kn还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即knkN=N1/N2式中N1、N2为一、二线圈的匝数。本设计二次线圈额定电流为5A。整流部分用二极管作为整流器件，采用三相桥式整流电路。二极管最大承受电压为：为了留有安全裕量选用二极管的电压为400V/1W。电路中RP1触头上所分电压为反馈电压，同时为了工作安全，在反馈信号上接上过流保护。其原理如图4-2。LM339为电压比较器，同向输入端为反馈电压，反响输入端为电压给定10V，若反馈电压高于给定电压，LM339输出高电平，使常开继电器闭合封锁电流调节器，电流调节器被强行钳位，停止输出。同时为了防止在常开继电器瞬间不能完成闭合动作，在电流反馈路线中增加常闭继电器，使得一旦出现过流，电流反馈断开，保证了器件的安全。 4.1.2 电压调节器与电流调节器电压调节器结构图如图4-2，电压调节器的给定为015V可调，为了保证给顶电压的稳定，本设计中将所有电源通过两个电容滤波。在实际硬件连接中，电源只给出一对，其它用到此电源的地方都由同一处接出。控制电路的在本设计采用内限幅。当电压超过限幅值时，二极管导通，将幅值钳位至二极管的导通电压，约0.7V，这样可以用于限制过高输入信号以保护运算放大器。电压调节器的中心元件采用LF353运放器，调节用PI调节。电压调节器AUR输人为电压给定信号以及电压反馈信号，后者来自整流电路输出端的电位器RP3以形成电压负反馈控制。调节电位器RP3的分压触头位置，就可以改变反馈电压。 电流调节器也有两个输入，一个是速度调节器ASR的输出，亦就是电流环的给定电压Ui*；另个是电梳反馈电压Ui，取晶阐管变流器交流侧电流经互感器TA转换并整流得到的反馈电压Ui。实现电流负反馈控制。调行RP1的分压触头位置，就可以整定电抠电流I与反馈电压Ui之间的比例系数，即电流反馈系数Ki。电流调节器的结构和电压调节器基本相同见图4-2，但两者反馈信号来源不同。4-2双闭环控制电路图 4.2控制电路的设计计算 如4-2图所示，控制部分分为电流调节，电流反馈，电压调节、电压反馈护四个部分。根据先内环后外环的原则，先设计电流调节器，后设计电压调节器。4.2.1电流调节器的设计 已知电源输出为100V/10A，相当于接10的负载。即： 晶闸管整流装置采用三相桥式电路，则晶闸管放大系数。电流反馈滤波时间常数，AUR输出限幅值10V，最大电压给定10V，动态超调电流5%，系统回路电阻取0.5，时间常数，过载系数k=1.5。电流反馈系数。三相桥式整流电路波头间隔时间是3.33ms（见表4-1），为了基本滤平波头，应有（）。故取电流滤波时间常数为0.002s。 表4-1 整流电路失控时间（f=50Hz）整流方式最大失控时间平均失控时间三相桥式 333ms167ms 由于晶闸管整流装置采用三相桥式电路，则q=6。于是有： 则 ACR的比例系数：计算调节器电阻与电容 一般运放放大器输入电阻。取都为，取40。 取0.22按此参数计算超调：，符合要求4.2.2电压调节器的设计计算无静差条件下，电压调节器输入稳定时必有：考虑最大给定电压下也满足上式，则有：电压环时间常数AUR也采用PI调节器，其传递函数为：按跟随性和抗扰性都较好的原则，取中频宽h=5，则：取，取510，取0.22，取0.224.2.3电压反馈计算 电压反馈信号取自整流输出端，输出端电压100V，本设计在输出端并联一个10K电阻作为，电阻串接一个1K电位器，在电位器的滑动触头上取反馈电压。最大反馈电压为：最大电流：电阻最大发热功率：4.2.4电流反馈计算电流反馈信号取自整流变压器二次侧，也是三相整流桥输入端，采用10A/5A电流互感器取信号，然后通过三相二极管整流桥将交流转换为直流电反馈到电流调节器。由主电路计算可知，整流变压器的二次电流为8.16A/50V，则互感器输出为4.08A/100V。通过三相全桥二极管整流可知：输出取10K的电位器，则输出电流电阻功率：W=二极管最大承受电压为：第五章 晶闸管的触发电路的设计51触发电路的要求由晶闸管的导通条件可知，当晶闸管承受正向阳极电压时，必须在门极和阴极之间加适当的正向电压，晶闸管才能正向导通。这种控制晶闸管导通的电路称为触发电路，对于触发电路通常有如下要求：1)触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率。为了使元件可靠地被触发导通，触发脉冲的数值必须大于门极触发电压UGT和门极触发电流，即具有足够的触发功率。但其数值又必须小于门极正向峰值电压和门极正向峰值电流，以防止晶闸管门极的损坏。2)触发脉冲必须与晶间管的主电压保持同步。为了保证控制的规律性，各晶闸管的触发电压与其主电压之间具有较严格的相位关系，即保持同步。3)触发脉冲能满足主电路移相范围的要求。为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲应能在一定的范围进行移相。例如单相全控桥电阻负载要求触发脉冲移相范围为。而三相全控桥电感性负载(不接续流管时)要求触发脉冲的移相范围是。4)触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡。多数晶闸管电路还要求触发脉冲图5-1 的前沿要陡，以实现精确的触发导通控制。当负载为电感性时，晶闸管的触发脉冲必须具有一定的宽度，以保证晶闸管的电流上升到擎住电流以上，使元件可靠导通。常见的触发脉冲电压波形如图5-1所示。触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、计算机控制数字触发电路等。下面介绍最常用的集成电路触发器。52 集成触发电路及数字触发电路 集成触发电路具有体积小、功耗小、温漂小、性能稳定、工作可靠等多种优点，近年来发展迅速，应用越来越多。本节简要介绍KC系列中的KC04、KC41C组成的三相集成触发电路。521 KC04、KC41C织成的三相集成触发电路如图5-2所示，由三块块KC04与一块KC41C外加少量分立元件，可以组成全控桥集成触发电路，它比分立元件电路要简单得多。1KCD4移相触发器 KC04与是由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及放大输出等环节组成。该器件适用于单相、三相全控桥式装置中作晶闸管双路脉冲移相触发。它输出的两路相位差的移相脉冲可方便地构成全控桥式触发电路。这种电路带负载能力强，移相范围宽。 该电路在一个交流电周期内，在1脚和15脚输出相位差的两个窄脉冲，可以作为三相全控桥主电路同一相所接的上下晶闸管的触发脉冲，16脚接+15v电源，8脚接同步电压，但由同步变压器送出的电压须经微调电位器、电阻和电容l组成的滤波移相，以达到消除同步电压高频谐波的侵入，提高抗干扰能力。所配阻容参数，使同步电压约后移，可以通过微调电位器调整，使到输出脉冲间隔均匀。4脚形成的锯齿波，可以通过调节电位器使三片集成块产生的锯齿波斜率一致。9脚为锯齿波、直流偏移电压和控制移相电