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毕业设计77单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路
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电气电子毕业设计论文
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毕业设计77单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路,电气电子毕业设计论文
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湖南工学院 电力电子技术 课程设计 课题名称 ： 单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路 系别 :电气与信息工程系 专业班级： 电气 0505 班 姓名： 胡功伟 学号： 401050517 指导教师： 肖文英老师 同组人员： 胡功伟 鲁浪 吴海平 马泓龙 刘小军 设计时间： 2007 年 6 月 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 1 前言 电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）和高效利用能源均至关重要。我国目前仍旧是一个发展中的国家，尚处于前工业化阶段，传统产业仍然 是我国国民经济的主力军，因此在近期或在较长一段时期内，传统产业的改造和发展将在很大程度上决定着我国经济的发展。而电力、机械、冶金、石油、化工、交通运输是传统产业的重要支柱，这些产业技术水平的高低直接关系到我国工业基础的强弱。毫无疑问，电力电子技术是提高这些产业技术水平的重要手段，它是对我国传统产 业实现技术改造、建立自动化工业体系的关键应用技术。 工业供电电源种类繁多，中小功率电源包括交流不间断电源、通讯电源及各类高频开关电源。众所周知，它们在远距离通讯 .、数据通讯、计算机和办公自动化、工业和仪 表、新型先进医疗和实验室设备、工业过程控制机、操作控制台、测试和测量仪器中均有广泛的应用。而大功率直流电源及低频交流电源则在现代工业中具有十分重要的地位。大功率直流电源包括电解、电弧炉、电镀用的直流电源等 。 电机调速传动、工业供电电源、电力输配电和照明四大方面的各类电力电子装置与系统的主要理论基础是电力电子学，并和其它许多相关的学科基础密切相关，如基础理论（固体物理、电磁学、电路理论、热力学、光学、化学）、专业理论（电力系统、系统与控制理论、电机学及电力传动、通信理论、信号处理、电子学、微电子学、金属学）以 及各种专门技术（材料、元件制造、半导体及集成电路制造、电磁及电磁兼容测量、计算机仿真和辅助设计）等。因此电力电子技术是门应用性很强的交叉学科，要彻底改变我国目前电力电子技术及其应用的落后状况，一方面必须加大对电力电子技术应用基础研究的投资强度和加强对电力电子技术应用基础研究的项目跟踪管理，采取有效措施加强对国际学术交流活动的支持。特别是必须采取有效措施 ;提高国内电力电子企业的技术水平，同时结合我国国民经济发展的重大工程项目，以电力电子技术应用为核心，切实组织好跨学科、跨行业、跨部门的对诸多关键共性技术和工程 技术的研究和攻关，彻底克服过去专业分工过细、 “ 单打一 ” （如只搞器件，不搞装置 ;只搞装置，不搞应用 ;只搞电，不搞机 ;只搞弱电，不搞强电等）及基础理论研究与应用脱节的种种弊端，务求实效，一抓到底。并采取扶植和鼓励采用国产电力电子产品的政策，迅速形成我国自己的强大的电力电子产业，为人类做出更大贡献 。 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 2 目录 第一章 设计任务书 1.1 设计目的 2 1.2 设计要求 2 1.3 设计 内容 2 1.4 设计题目 2 第二章 设计 内容 2.1 方案的论证与选择 3 2.1.1 主电路的方案论证 3 2.2 主电路 的设计 5 2.2.1 带阻感负载的单相桥式全控整流电路 5 2.2.2 原理图分析 6 2.3 电路方案说明 7 第三章 触发电路 3.1 同步触发电路 7 3. 2 晶闸管的触发条件 7 3.3 晶闸管 的分类 13 3.4 同步环节 13 3.5 脉冲形成环节 14 3.6双窄脉冲形成环节 14 3.7 同步变压器 15 第四章 保护电路的设计 4.1 过电流保护 16 4.2 过电压保护 17 第五章 元器件的选用 18 第 六 章 参数的计算 22 第 七 章 心得体会 23 第八章 参考文献 23 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 3 第一章 设 计任务书 1.1 设计目的： 电力电子课程设计是电气自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。主要目的在于： 1：进一步掌握晶闸管相控整流电路的组成、结构、工作原理； 2：重点理解移相电路的功能、结构、工作原理； 3：理解同步变压器的功能。 1.2 设计要求： 1：根据课题正确选择电路形式； 2：绘制完整电气原理图（包括主要电气控制部分）； 3：详细介绍整体 电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值； 4：编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项； 说明：负载形式及参数可自行选择 1.3 设计内容： 单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路的设计。 1： 主电路方案论证 2： 电路方框图 3： 整流电路方框图 4： 电路方案说明 单相整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。 单相桥式全控整流电路应用广泛，只用四只晶闸管，一个电阻，一个电感，投资比较少，在交流电源的正负半周都有 整流输出电流流过负载，整流电压波形脉动次数多于半波整流电路。变压器而次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率高。 单相桥式全控桥整流电路与半波整流电路相比较： （ 1） 的移相范围相等，均为 0o 180o 。 （ 2）输出电压平均值 Ud是半波整流电路的 2倍。 （ 3）相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半。 （ 4）功率因 数提高了 1.414倍。 单相桥式全控整流电路与单相全波整流电路相比较： 1.4 设计题目： 单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路 1单相桥式整流器的设计 1.41、 设计 参数 ： （ 1）单相桥式全控整流电路接电阻性负载； （ 2）要求输出电压在 0100V 连续可调； （ 3）输出电流在 20A 以上； （ 4） 采用 220V 变压器降压供电 ； 1.42、 设计要求： （ 1） 根据课题正确选择电路形式； （ 2） 绘制完整电气原理图（包括主要电气控制部分）； （ 3） 详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值； nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 4 （ 4） 编制使 用说明书，介绍适用范围和使用注意事项； 说明 ：负载形式及参数可自行选择（例如：输入的为市电，即相电压为 220V，输出电压在 0 200V 可调，负载 RL=5 ） 第二章 设计内容 2、 1 方案的论证与选择 2.1.1 主电路的方案论证： 我们知道，单相整流器的电路形式是各种各样的，整流的结构也是比较多的。因此在做设计之前我们主要考虑了以下几种方案： 方案 一 ：单相桥式半控整流电路 电路简图如下： 对每个导电回路进行控制，相对于全控桥而言少了一个控制器件，用二极管代替，有利于降低损耗！ 如果不加续流二 极管，当突然增大至 180或出发脉冲丢失时，由于电感储能不经变压器二次绕组释放，只是消耗在负载电阻上，会发生一个晶闸管导通而两个二极管轮流导通的情况，这使dU成为正弦半波，即半周期为正弦，另外半周期为零，其平均值保持稳定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，即为失控。 所以必须 加续流二极管，以免发生失控现象。 方案二 ：单相桥式全控整流电路 电路简图如下： 此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样， nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 5 整流 效果好，波形平稳，应用广泛。 变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。 方案三 ：单相半波可控整流电路： 电路简图如下： 此电路只需要一个可控器件，电路比较简单， VT 的 a 移相范围为 180。 但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。 为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。 实际上很少应用此种电路。 方案四 ：单相全波可控整流电路： 电路简图如下： 此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，只要用 2 个可控器件，单相全波只用 2个晶闸管，比单相全控桥少 2 个，因此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少 2 个 ，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的 2 倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作用。 但是绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗比单相全控桥多，在当今世界上有色金属有限的情况下，这是很不利的，所以我们也放弃了这个方案。 单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方 便。弱点是：输出电压脉冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时）， 且整流变压器二 次绕组中存在直流分量 ,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路 2 倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。 综 上所 述 ，针对他们的优缺点，我们采用 方案二，即单相桥式全控整流电路 （负载为阻感性负载）。 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 6 2、 2 主电路 的设计 2.2.1 带阻感负载的单相桥式全控整流电路 电路如图 2 a) 所示。为便于讨论，假设电路已工作于稳态。 (1) 工作原理 在 u2正半周期，触发角 处给晶闸管 VT1和 VT4加触发脉冲使其开通， ud = u2负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流 id 连续且波形近似为一水平线，其波形如图 2 b) 所示。 u2 过零变负时，由于电感的作用晶闸管 VT1和 VT4 中仍流过电流 id 并不关断。至 t 时刻，给 VT2 和 VT3 加触发脉冲，因 VT2和 VT3本已承受正电压，故两管导通。 VT2和 VT3导通后， u2通过 VT2 和 VT3 分别向 VT1 和 VT4 施加反压使 VT1 和 VT4 关断，流过 VT1 和 VT4 的电流迅速转移到 VT2 和 VT3 上，此过程称为换相，亦称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去 。 带阻感负载的单相桥式全控整流电路 图 (2) ud波形如 图 2（ b)所示，其平均值为 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 7 当 = 0 时， Ud0= 0.9 U2。 = 90 o时， Ud = 0。 角的移相范围为 90o。 单相桥式全控整流电路带阻感负载时，晶闸管 VT1、 VT4两端的电压波形如图 2 b)所示，晶闸管承受的最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角 与 无关，均为 180o，其电流波形如图 2 b)所示，平均值和有效值分别为： 和 变压器二次电流 i2的波形为正负各 180o的矩形波，其相 位由 角决定，有效值 I2= Id。 2.2.2 原理图分析： 在单相桥式全控整流电路中，晶闸管 VT1 和 VT4 组成一对桥臂， VT2 和 VT3 组成另一对桥臂。在 U2 正半周，若 4 个晶闸管均不导通，负载电流 Id 为零，dU也为零， VT1 和 VT4串联承受电压 U2。若在触发角处给 VT1 和 VT4 加触发脉冲， VT1 和 VT4 即导通，电流从电源 a 端经 VT1、 R、 VT4 流回电源 b 端。当 u2 过零时，流经晶闸管的电流也降到零， VT1和 VT4 关断。 在 u2 负半周，仍在触发角 处触发 VT2 和 VT3， VT2 和 VT3 导通，电流从电源 b端流出，经 VT3、 R、 VT2 流回电源 a 端。到 u2 过零时，电流又降为零， VT2 和 VT3 关断。此后又是 VT1 和 VT4 导通，如此循环的工作下去， 晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为222 U和 22U 。 由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。在 2U 一个周期内，整流电压波形脉动 2 次，脉动次数多于半波整流电路，该电路属于双脉波整流电路。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，如图 2.2 所示，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率也高。 整流电压平均值为 21Uo U2sin td( t)= U22 2 9.02cos1 U22cos1 =0 时，20 9.0 UUU dd 。 = 0180 时， 0dU。可见，角的移相范围为 0180 。 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 8 向负载输出的直流电流平均值为 dI=2c o s122 2 RURU d=0.9 U22cos11 R晶闸管 VT1、 VT4 和 VT2、 VT3 轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流 电流平均值的一半，即 2c os145.021 2 RUII dd V T为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热问题，为此需计算电流有效值。流过晶闸管的电流有效值为 VTI= )(s inU221 22 tdRt=aaRU 2s in212 2变压器二次电流有效值 2I 与输出直流电流有效值 I 相等，为 aRUtdRtUII 2s in21)(s in21 2222由上面的公式可知 IIVT 21 不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为 22 IUS 2.3 电路方案说明 单相整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。 单相桥式全控整流电路应用广泛，只用四只晶闸管，一个电阻，一个电感，投资比较少，在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，整流电压波形脉动次数多于半波整流电路。变压器而次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，直流分量为零， 不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率高。 单相桥式全控桥整流电路与半波整流电路相比较： （ 1） 的移相范围相等，均为 0o 180o 。 （ 2） 输出电压平均值 Ud 是半波整流电路的 2倍。 （ 3） 相同的负载功率下，流过晶闸管的平均电流减小一半。 （ 4） 功率因数提高了 1.414 倍。 单相桥式全控整流电路与单相全波整流电路相比较： （ 1）单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路 2倍 。 （ 2） 在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半 。 （ 3）且功率因数提高了一半。 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 9 第三章 触发电路 3 1 同步触发电路 1、单结晶体管触发电路 利用单结晶体管 (又称双基级二极管 )的负阻特性和 RC 的充放电特性，可组成频率可调 的自激振荡电路，如图 3-1 所示。 图中 V6 为单结晶体管，其常用的型号有 BT33 和 BT35 两种，由等效电阻 V5 和 C1 组成 组成 RC 充电回路，由 C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节 RP1 即可改变 V5 的等效 电阻 图 3-1单结晶体管触发电路原理图 工作原理简述如下： 由同步变压器副边输出 60V 的交流同步电压，经 VD1 半波整流，再由稳压管 V1、 V2 进 行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过 R7 及等效 可变电阻向电容 C1 充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压 UP 时，单结晶体管 V6 导 通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电时间常数很小， C1 两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压 Uv，使 V6 关断， C1 再次充电，周而复始， nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 10 在电容 C1 两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输 出尖脉冲。在一个梯形波周期内， V6 可 能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。电容 C1 的充电时间常 数由等效电阻等决定，调节 RP1 可实现脉冲的移相控制。单结晶体管触发电路的各点波形如 图 3-2 所示 图 3-2 单结晶体管触发电路各点的电压波形 2、正弦波同步移相触发电路 正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲放大等环节组成，其原理如图 3-3 所示。 图 3-3 正弦波同步移相触发电路原理图 同步信号由同步变压器副边提供。三极管 V1 左边部分为同步移相环节，在 V1 的基极综 合了同步信号电压 UT、偏移电压 Ub 及控制电压 Uct（ RP1 电位器调节 Uct ， RP2 调节 Ub）。 调节 RP1 及 RP2 均可改变 V1 三极管的翻转时刻，从而控制触发角的位置。脉冲形成整形环 节是一分立元件的集基耦合单稳态脉冲电路， V2 的集电极耦合到 V3 的基极， V3 的集电极通 过 C4、 RP3 耦合到 V2 的基极。 当 V1 未导通时， R6 供给 V2 足够的基极电流使之饱和导通， V3 截止。电源电压通过 R9、 T1、 VD6、 V2 对 C4 充电至 15V 左右，极性为左负右正。 当 V1 导通的时候， V1 的集电极从高电位翻转为低电位， V2 截止， V3 导通，脉冲变压 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 11 器输出脉冲。由于设置了 C4、 RP3 阻容正反馈电路，使 V3 加速导通，提高输出脉冲的前沿 陡度。同时 V3 导通经正反馈耦合， V2 的基极保持低电压， V2 维持截止状态，电容通过 RP3、 V3 放电到零，再反向充电，当 V2 的基极升到 0.7V 后， V2 从截止变为导通， V3 从导通变为 截止。 V2 的基极电位上升 0.7V 的时间由其充放电时间常数所决定，改变 RP3 的阻值就改变 了其时间常数，也就改变了输出脉冲的宽度。 正弦波同步移相触发电路的各 点电压波形如图 3-4 所示。 电位器 RP1、 RP2、 RP3 均已安装在面板上，同步变压器副边已在内部接好，所有的测试 信号都在面板上引出 。 图 3-4 正弦波同步移相触发电路的各点电压波形 3 单结 晶体管 的工作原理和特性曲线 单结 晶体管 的发射极电流与 EB间电压的关系曲线称为单结 晶体管 伏安特性曲线，特性曲线的测试电路如图 3.5 所示，方框内为单结 晶体管 的等效电路。 图 3.5 单结 晶体管 特性曲线的测试 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 12 单结 晶体管 的伏安特性曲线，如图 3.5所示，可分成 3个区域： （ 1）截止区：当电压 UEB1-Uc,T5 又重新导通，使 T7、 T8 截止，输出脉冲终止。输出、脉冲前沿由 T4 导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数 R11C3有关。 3.6、双窄脉冲形成环节 产生双脉冲的方法有两种，一种是每个触发电路有每个周期内只产生一个脉冲 ，脉冲输出电路同时触发两个桥臂的晶闸管，这称为外双脉冲触发。另一种方案是每个触发电路在一个周期内连续出现个相隔 60的窄脉冲，脉冲输出电路只触发一个晶闸管，这称为内双脉冲触发。内双脉冲是目前应用最多的一种触发方式。 T5、 T6 构成或门。当 T5、 T6 都导通时， T7、 T8 截止，没有脉冲输出。只要 T5、 T6 有一个截止，都会使 T7、 T8 导通，有脉冲输出。所以只要用适当的信号来控制 T5 或 T6 的截止，就可以主生符合要求的脉冲。其中，第一个脉冲由本相触发单元的0cU对应的控制角所产生，使 T4 由截止变为导通， T5 瞬时截止，于是 T8 输出脉冲。相隔 60的第二个脉冲是由滞后 60相位的后一相触发单元主生，使 T6 瞬时截止，于是本相触发单元的 T8 管又导通，第二次输出一个脉冲，因现时得到间隔 60的双脉冲。其中 D4 和 R17 和作用主要是防止双脉冲信号互相干扰。其连接框图如图所示。 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 16 在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为 T1 T2 T3 T4 T5 T6，彼此间隔 60。本相触发电路输出脉冲时 X 端发出信号给相邻前相触发电路 Y 端，使前相触发电路补发一个脉冲。 3.7、同步变压器 在 晶闸管装置 中，送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极电压之间必须保持正确的相位关系，才能保证装置正常工作。触发脉冲只有在晶闸管阳极电压为正的区间内出现，晶闸管才能被触发导通。锯齿波同步触发电路产生触发脉冲的时刻，必须根据被触发的晶闸管阳极电压相位，以使触发电路在晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。所以，通过使用同步变压器，使主电路的电压相位与触发电路的输出电压信号保持了正确的相位关系，从而控制晶闸管的开通时刻，得到可控制的输出电压dU。根据主电路，同步变压器的接线图如图所示。 第四章 保护电路的设计 4.1 过电流保护 : 当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。 采用快速熔断器作过电流保护 ，其接线图（见图 4） 。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管 烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 17 断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断，保护晶闸管，起到保护作用。最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔 ，因流过 快熔电流和晶闸管的电流相同，所以 对元件的 保护作用 最 好， 这里就 应用 这一方法。 快熔抑制过电流电路图如图 4所示。 图 4 快熔抑制过电流 当熔和晶闸管串联使用时，快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，快熔的额定电流kxI是用有效值来表示的，一般可按下式选取： 1.57IT kxIkI式中 ，kI 晶闸管的实际工作电流有效值； IT 晶闸管的额定电流。 因为晶闸管的 额定电流 IT =2A 所以 1.57IT =1.57 2A=3.14A 所以所选熔断器为： RS1 3 六个。 4.2 过电压保护 : 过电压 可分为外因过电压 和内因过电压两类，包括： (1) 操作过电压 (2) 雷击过电压 (3) 换向过电压 (4) 关断过电压 其中 外电压主要是雷击 和系统中的操作过程等外部原因 ,内电压主要 来自电力电子装置内部器件的开关过程， 为了保护整个电路 ,我们这里采取 RC 保护 .如电路图中所示 。 我们根据资料书上的资料，我们采用阻容保护，在变压器副边电路两端并联电阻 R 和电容 C，利用电容两端的电压不能够突变的特性，可以有效的抑制变压器绕组中的过电压，串联电阻能够消耗部分过电压能量。同时抑制 LC 回路的振荡。 单相阻容保护的计算公式如下： S ：变压器每相平均计算容量（ VA） U2：变压器副边相电压有效值（ V） 220%2 . 3 %KUUR Si0 02026SCi Unts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 18 0I%: 变压器激磁电流百分值 kU%: 变压器的短路电压百分值。 当变压器的容量 在（ 10-1000） KVA 里面取值时 i0%=（ 4-10）在里面取值， Uk%=（ 5-10）里面取值。 电容 C 的单位为 F， 电阻的单位为欧姆 电容 C 的交流耐压 1.5UeUe为 正常工作时阻容两端交流电压有效值。 第五章、 元器件的选用 5.1.主电路 元器件的选用 （ 1） .整流器的 选用 1二次相电压 U2 的计算 二次侧相电压 U2=(Udmax+Rid+n UvT)/A (COS min-CUk I2/I2N) 式（ 5 1） 。 或简化为 U2=（ 1.2 1.5） Udmax/A 式（ 5 2） . 其中在（ 5 1）中： Id为电动机额定电流， R为整流变压器内阻和平波电抗器电阻之和， n UvT为主电路中电流经过几个串联晶闸管的正向压降。 A 为 =0时 Ud与 U2之比，对于三相桥式 A=2.34。 C 为短路连接方式系数，对于三相桥式 C=0.5。 为 电网波动系数，一般区 0.9。 min为最小控制角，一般可逆系统 min=30 35。 Uk 为变压器短路电压比，在 100 60W以下， Uk取 0.05。 根据设计要求得：忽略变压器和平波电抗器 R，取 =30， UvT=1V， n=2,I2/I2n=1, Udmax=UN=220V,A=2.34,C=0.5,Uk=0.05,代入式（ 5 1）得： U2=（ 220+2 1） /2.34 0.9（ 0.866-0.5 0.05 1） =125V 实取 U2=140V。 2二次侧相电流 I2和一次侧电流 I1 的计算 对于三相全控桥有 Id/I2=1.22 式（ 5 3） I1=Ki1 Id/K 式（ 5 4） 其中 Ki1为计算系数取 0.816， K是变 比系数。 由式（ 5 3）， Id 取电动机额定电流 305A， 进而可知 I2=Id/1.22=305/1.22=250A. 由二次侧电压 U2=140V，可知 K=U1/U2=380/140=2.714。 由式（ 5 4）， I1=0.816 305/2.714=92A。 3.变压器容量 S1=m1 U1 I1 式（ 5 5） S2=m2 U2 I2 式（ 5 6） S=1/2（ S1+S2） 式（ 5 7） 其中 m1,m2分别是一次侧，二次侧整流变压器的相数。 代入式（ 5 5），（ 5 6），（ 5 7）有 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 19 S1=3 220 158.5 105KVA S2=3 140 250=105KVA S=105KVA 从上述 数据有： 表 5.1 变压器参数 相数 接线 容量 （ KVA） 一次侧电压 （ V） 一次侧电流（ A） 二次侧电压 （ V） 二次侧电流 （ A） 3 D， Ya11 105 220 92 140 250 （ 2）晶闸管参数的计算 1.晶闸管额定电流： ITN=（ 1.5 2） Kfb Id 式（ 5 8） 其中 Kfb为计算系数，取 Kfb=0.368 代入式 （ 5 8）得， ITN=264 352A 取 ITN=300A 2.晶闸管额定电压： UTN=（ 2 3） 6 U2=685.857 1028.78 所以有晶闸管的型号为 KP300-10D。 （ 3）电抗器的选择 电抗器的的主要参数有流过电抗器的电流和电抗器的电感量。前者一般是已知的，因此电抗器的参数主要是电感量的计算。 1. 限制输出电流脉动的电感量 Lm Lm=(Udm/U2) 1000/2 fd U2/SiId(mH) 式（ 5 9） 在式中 U2 为电源相电压有效值； fd 为输出电流的最 低斜波频率，和主电路有关，对于三相电路，取 300； Udm为最低斜波频率的电压幅值； Si为脉动系数。 Si 取 0.1， U2=220V。 计算得： Lm=0.8 1000 220/（ 2 3.14 300 0.1 305） =3.06（ mH） 2. 使输出电流连续的临界电感量 Ll Ll=Kl U2/Idmin(mH) 式（ 5 10） 式中 K1为与整流电路有关的系数，对于三相桥式 K1取 0.693； U2 为变压器二次侧相电压。 Idmin 为电路所需的最低电流，一般为 5% 10%Id。在此取 10%。 由式 （ 5 10）得： L1=0.693 140/（ 0.1 305） =3.18(mH) 3.电动机电感量 LD和变压器漏电感 LB 电动机电感量 LD可按下式计算 LD=KD UD/（ 2pnId） 1000（ mH） 式（ 5 11） 式中 UD为电动机额定电压； Id为电动机的额定电流； n 为电动机的额定转速； p 是电动机的磁极对数； KD是计算系数，对于一般无偿电动机 KD=812，在此取 10； P取 2。 由（ 5 11） LD=10 220 1000/（ 2 2 305 1000） =1.8（ mH） 变压器漏电感 LB计算如下 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 20 LB=KB Uk U2/Id 式（ 5 12） 其中 KB为与电路形式有关的系数； U2为变压器二次侧相电压的有效值； Uk为变压器短路电压 比。 在此 KB取 3.9， Uk=0.05。 由式（ 5 12）计算得： LB=3.9 0.05 140/305=0.0895 （ mH） 3. 实际串入电抗器的电感量 限制电流脉动时的实际电感量 Lma=Lm-(2LB-LD)=3.06-2 0.0895-1.8=1.08（ mH） 输出电流连续的实际临界电感量 Lla=Ll-(2LB-LD)=3.18-2 0.0895-1.8=1.2(mH) 取较大者，做为串入电抗器的电感量即 1.2mH。 5.2.保护电路的参数计算 （ 1）过电压保护 对于过电压保护包括交流侧、直流侧、元件保护。 1 交流侧保护 电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切断，铁心中的磁通在短时间内变化很大 ，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时过电压，这种过电压可用阻容保护。 由于电容两端的电压不能突变，可以限制变压器次级的电压变化率，因而限制了瞬时电压上升的水平。电容器把变压器铁心的磁能转化成电容电能。串联的电阻可以消耗部分能量，并可抑制 LC回路的振荡。 变压器一次侧阻容吸收装置 变压器每相平均容量： S=1/3S变 =35KVA。 阻容值可用下式计算 C 6i0%S/U22 （ vF） 式（ 5 13） R 2.3U22 Uk%/i0%/S 式（ 5 14） 式中 S 变压器每相平均计算容量（ VA） U2 变压器次级相电压有效值（ V） i0% 变压器励磁百分数， 10 1000KVA的变压器，对应的 i0%=10 4； Uk% 变压器的短路比， 10 1000KVA的变压器，对应的 Uk%=5 10。 在此取 i0%=5， Uk%=5。 代入式（ 5 13） C1 6 5 35 103/3802=7.3(vF) 由（ 5 14）得： R1 2.3 3802/（ 35 103） =9.49 实取 C=10vF, R=10。 电容 C1的耐压值 1.5UC。 Uc=380V UC是阻容两端在正常工作时交流电压的有效值。 Ic 2 fUC 10-6=1.19A。 所以有电容 C1的耐压值 1.5UC=1.5 380=570V 电阻功率 PR=(3 4)Ic R=4 1.192 10=56.65 一次侧阻容装置为 10vF,650V,3 支，绕线电阻取 10， 100， 3支。 nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 21 变压器二次侧阻容吸收装置 因为三相二次侧是 Y接，阻容接法是接 法。 所以有 C2 1/3（ 6i0%S/U22 ） （ vF）式（ 5 15） R2 3 2.3U22（ Uk%/i0%） /S 式（ 5 16） 代入式（ 5 15）得： C2 1/3 6 5 35 103/1402=17.86（ vF） 代入式（ 5 16）得： R2 3 2.3U22 1/35 103=3.864 实取 C2=20（ vF） ， R2=4。 取其耐压值 1.5Uc=1.5 3 140=364V Ic 2 fUC 10-6=2 3.14 3 140 10-6=1.52A PR2=4 4 1.522=37。 实取变压器二次侧电容： 20Vf， 630V。电阻为 4， 50 3支。 压敏电阻的保护 压敏电阻是一种非线性电阻，具有正反向相同且很陡的伏安特性，抑制过电压能力强，反应速度快，本身体积小，是目前较好的过电压保护元件，她的主要缺点是：持续的平均功率小。 压敏电阻的额定电压 U1MA /（ 0.8 0.9）（压敏电阻承受的额定电压峰值） 式（ 5 17） 式中： 电网电压升高系数，一般取 1.08 1.10； 系数（ 0.8 0.9） 考虑 U1MA下降 10%而通过压敏电阻仍保持在 1mA 以下，以及考虑整流装置允许过电压的系数。 代入（ 5 17）有： U1MA=419 472V 所以取的压敏电阻为： MY31 440/3 取 3支，额定电压 440V，逆流容量 3KA。 （ 2） 直流侧过电压保护 以电动机为负载时，变流装置的直流侧也会产生过电压，当直流端设置的快速开关，突然切断过载电流时，电源变压器中储存能量的释放也会产生过电压。虽然交流侧过电压保护可以起 到抑制过电压的作用，但过载时变压器所储存能量比空载时要大，这种过电压仍会通过导通的晶闸管反映到直流侧。 采用压敏电阻保护，有： MY31 440/3 取 3支，额定电压 440V，逆流容量 3KA。 （ 3）元件保护 电容 Cp=1vF,Rp=5 电容 Cp的耐压值（ 1.1 1.5） U1MA=377 514 V 电阻 Rp的功率 1.75fCpU1m210-6 式（ 5 18） 式中： f 为工频， 50HZ 代入式：电阻 Rp的功率 1.75 50（ 6 140） 2 10-6 =10 所以，实选油 锦电容 1vF,630V,法郎电阻 5， 10。 5.3 过电流保护 采用快速熔断器作过电流保护。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器nts单结晶体管触发的单相晶闸管 全 控整流电路 湖南工学院 电气 0505 班 401050517 胡功伟 22 由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断，保护晶闸管，起到保护作用。选择和器件串联的接法，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，所以保护作用好，应用最广
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