小功率晶闸管整流电路设计方案

题目：小功率晶闸管整流电路设计设计技术数据及要求：1、交流供电电源；2、电路输出的直流电压和电流的技术指标满足系统要求。3、电路应具有一定的稳压功能，同时还具有较高的防治过电压和过电流的抗干扰能力。触发电路输出满足系统要求。4、负载为他励直流电动机，型号为，电机参数为：型号额定功率额定电压额定电流额定转速电枢回路电感一、 总体方案论证及选择1、 对电气控制系统的技术要求输出一定的直流电压和电流。输出电压的脉动指标在允许范围内。具有自动稳压功能和一定的稳压精度。 对调速系统应有静态技术指标和动态技术指标的要求。2、 直流电动机选择根据被控对象的特点和技术要求，综合设计题目给出的参数，故选用直流他励电动机。3、 主电路的选择一般说来，对于晶闸管整流装置在整流器功率很小时( 以下)，用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。由于本设计方案的负载直流电机的额定功率为远大，故选择三相整流电路。方案一：三相零式整流电路优点：三相整流电路中，三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220V 电压的用电设备直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。缺点：要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大，往往需要从变压器单独敷设零线。方案二：三相桥式整流电路优点：在输出整流电压相同时，电源相电压可较零式整流电路小一半，因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量。输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可小一些。缺点：整流器件用得多，全控桥需要六个触发电路，需要电压的设备也不能用电网直接供电，而要用整流变压器。综合比较可知，应用本此设计的电路应选择为三相桥式整流电路作为整流电路。4、 触发电路的选择晶闸管的门极电压又叫触发电压，产生触发信号的电路叫触发电路。触发电路性能的好坏，直接影响到系统工作的可靠性。因此触发电路必须保证迅速、准确、可靠地送出脉冲。为达到这个目的，正确选用或设计触发电路是非常重要的，一个触发电路性能的优劣常用下列几点来衡量：1触发脉冲必须保持与主电路的交流电源同步，以保证每个周期都在相同的延迟角处触发导通晶闸管。2触发脉冲应能在一定的范围内移相。对于不同的主电路要求的移相范围也不同。例如对于三相半波电路、电阻性负载，要求的移相范围为0 150；大电感负载(电流连续)，只要求整流，则移相范围为0 90；如既要求整流又要逆变，则为30 150；三相全控桥式电路，电阻负载时为0 120，既要整流又要逆变时，其移相范围为30 150，为保证逆变可靠，对最小逆变角min 应加以限制；三相半控桥式电路，移相范围为0 180。3触发信号应有足够的功率（电压与电流）。为使所有合格的器件在各种可能的工作条件下都能可靠触发，触发电路送出的触发电压和电流，必须大于器件门极规定的触发电压UGT 与触发电流IGT 。例如 KP50 就要求触发电压不小于3.5V，电流不小于l00mA；KP200 则要求触发电压不小于4V，电流不小于200mA 。故触发电压在4V以上、1OV以下为宜，这样就能保证任何一个合格的器件换上去都能正常工作。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，触发电压、电流的幅值在短时间内可大大超过额定值。4不该触发时，触发电路的漏电压应小于0.150.2V，以防误触发。5触发脉冲的上升前沿要陡。否则，因温度、电源电压等因素变化时将造成晶闸管的触发时间不准确。设脉冲的幅值为Um， 脉冲前沿是指由0.1Um上升到0.9Um所需要的时间，一般要在10s以内为宜。6触发脉冲应有一定的宽度。一般晶闸管的开通时间为6s左右， 故触发脉冲的宽度至少应在6s以上，最好应有2050s。对于电感负载，触发脉冲的宽度应加大，否则在脉冲终止时主电路电流还上升不到晶闸管的擎住电流，则晶闸管又重新关断。5、 保护电路的设置晶闸管有许多优点，但是它承受过电压和过电流的能力很差，短时间过压过流就会使器件损坏。晶闸管能承受电压和电流上升率是有一定限制的，当电流上升率过大时，会使器件局部烧穿而损坏。当电压上升率太大时，又会导致晶闸管误导通，使运行不正常。除了合理选择晶闸管外，还必须针对过电压和过电流采取恰当的保护措施。二、 主电路设计1、 系统框图稳压电路变压器负载电机三相全控桥整流阻容保护 图1 系统框图2、 主电路图 图2 主电路图三、 单元电路的设计1、 整流变压器额定参数计算 变压器二次侧相电压的计算由指导书中第13页给出的计算过程可知：经查表：，带入计算得： ，取 二次侧相电流和一次侧相电流的计算首先求变比 由表可知：带入计算得： 变压器容量计算：2、 整流元件的选择 晶闸管额定电压： 系数取为 晶闸管的额定电流 由表可知：计算得： 因此，选用晶闸管型号为3、 电抗器参数计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器Ld，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流，一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。（1） 使输出电流连续的临界电感量查表2-7可得： K1 =0.695 计算得： （2） 限制输出电流脉动的电感量 查表2-7可得： 计算得： L2 = 13.50 mH （3） 电动机电感量LD和变压器漏电感量由所给负载参数： 取 带入计算得： 查表得： 带入计算得：（4） 实际串入电抗器电感量故选用作为串入半波电抗器的电感值。4、 晶闸管保护环节的设计与计算（1）过电压保护：以过电压保护部位来分，有交流侧过电压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。（）交流侧过电压保护措施采用组容保护。即在变压器二次并联电阻R和电容C进行保护，接线方式为三相变压器二次侧 Y 联结，阻容保护 Y 联结。如图4所示。图3 组容保护参数计算：由于 对于Im变压器励磁电流百分数，10100 KVA变压器对应所以取 变压器对应的，这里取 电容C耐压 取 （） 直流侧过电压保护措施直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成 di/dt 加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护，如下图4所示。图4 直流侧过电压保护电路图压敏电阻的标称电压，一般用下面公式计算，即：由于 ，则故选用（） 晶闸管两端过电压保护措施由于晶闸管型号为KP100-5，则采用的在晶闸管两端并联组容保护。由经验数据得,线路图如上图右所示。（2）过电流保护快速熔断器简称快熔，其断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。电路图如下。图5 过电流保护电路图四、 触发电路选择与设计触发电路选择KJ004电路，它的原理与分立元件的锯齿波移相触发电路相似，也分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。由1个KJ004 构成的触发单元可输出2 个相位间隔180的触发脉冲。只需用3个KJ004 集成块和1个KJ041集成块,即可形成六路双脉冲,再由六个晶体管进行脉冲放大,即构成完整的三相全控桥触发电路,如图 2-17 所示。其中，KJ041内部实际是由12个二极管构成的6个或门，其作用是将6 路单脉冲输入转换为6路双脉冲输出。也有厂家生产了将图2-17全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。以上触发电路均为模拟量的，其优点是结构简单、可靠，但缺点是易受电网电压影响，触发脉冲的不对称度较高，可达34，精度低。在对精度要求高的大容量变流装置中，越来越多地采用了数字触发电路，可获得很好的触发脉冲对称度。触发电路图见附页1。五、 系统电气原理总图系统电气原理总图见附页2。六、 参考资料1电力电子技术课程设计指导书，王世荣等 编 2008.12 2电力电子技术，机械工业出版社，王兆安 编 2006.23半导体变流技术，机械工业出版社 黄俊 编 1980年 4电力电子技术题例与电路设计指导，石玉、栗书贤、王文郁编，机械工业出版社 5电力电子技术，林辉、王辉主编，武汉理工大学出版社 6电力电子技术，苏玉刚、陈渝光主编，重庆大学出版社 7电力电子技术，浣喜明、姚为正编著，高等教育出版社 8电力电子技术，石新春、杨京燕等编，中国电力出版社 9电力电子技术实践教程，潘孟春、胡媛媛主编，国防科技大学出版社七、 设计总结通过本课程设计，我受益匪浅。熟悉和掌握可控整流电路的基本工作原理及参数计算方法。掌握晶闸管在相关电路中的工作特点，并能根据设计要求，正确计算晶闸管参数，合理选择晶闸管型号。了解常用晶闸管触发电路的特点，并能根据实际电路选择合理的触发电路形式。对常用的晶闸管保护电路具有一定的分析和设计能力。具有初步发现和解决设计中出现的问题的能力。在理论