整流电路交直流关系与元件定额选择_第二版

1、整流电路交直流关系与元件定额选择 (第二版2011-3-211、元件参数符号定义(1、电力二极管a 、正向平均电流I F (AV ：电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度(壳温，Tc 和散热条件下，其允许通过的最大工频正弦半波电流平均值，根据平均值和有效值的换算，其有效值为1.57I F (AV 。b 、反向重复峰值电压U RRM ，也称V RRM ：对电力二极管能重复施加的反向最高峰值电压，使用时，按照电路中二极管可能承受的反向最高峰值电压的2倍来选择此参数。(2、晶闸管的主要参数a 、通态平均电流I T (AV ：在环境温度为40和规定的冷却条件下(保证散热器温度55时 ，结温不超过额定结

2、温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值，【实际使用中，若不能保证散热器温度低于55或散热器与元件接触热阻远大于规定值，则元件应降额使用。】。跟电力二极管一样，也是按照有效值相等的原则来选取，并留一定裕量。按上述计算结果的1.52倍。(天传所给的数据为2.5-3倍b 、反向重复峰值电压U RRM ，也称V RRM ：意义同电流二极管。此外还有一个U DRM ，即断态重复峰值电压。晶闸管的额定电压取两者中较小的，一般选择按照正常工作时晶闸管承受的峰值电压的23倍来选择此参数。(天传所给的数据为2.5-3倍c 、其他参数：如I TSM (浪涌电流 、I 2t 、dv/dt、di/dt指的是元件

3、所能满足的最小值；V TM (通态峰值电压 、T JM (工作结温 指元件可满足(不超过 的最大值；I GT ，V GT 晶闸管触发电流电压。 断态电压临界上升率(dv/dt：它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。d 、使用频率：晶闸管可工作的最大频率由其工作时的电流脉冲宽度t p ，关断时间t q 以及从关断后承受正压开始至其再次开通的时间t V 决定。f max =1/(tq +tp +tV 。根据工作频率选取元件时必须保证元件从正向电流过零至开始承受正压的时间间隔t H

4、 >tq ，并留有一定的裕量。随着工作频率的升高，元件正向损耗E pf 和反向恢复损耗E pr 随之升高，元件通态电流须降额使用。e 、晶闸管的触发：(1、保证一定的宽度。对于感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发；对变流器的起动、双星型带平衡电抗器的电路脉冲宽度要大于30°；三相全桥应采用宽于60°或相隔60°的双窄脉冲。(2、要与足够的幅度。对户外寒冷的场合，脉冲电流的幅度应当加强为器件最大触发电流的3-5倍。(3、脉冲不应超过晶闸管门极的电压电流和功率定额。(3、晶闸管的动态特性开通时间：晶闸管内部正反馈需要一定时间，加上外电路电感的存在，

5、即使加了门极信号，电流也不会瞬时上升；从门极电流阶跃开始到上升为稳态值的10%成为延迟时间t d , 此时管压降开始减小；从10%到90%为上升时间t r ，两者之和为开通时间t gt =t r +t r 。普通晶闸管延迟时间为0.5-1.5us, 上升时间为0.5-3us 。关断时间：跟电力二极管一样类似，t q =t rr +t gr ，普通晶闸管需要几百微秒。(4、晶闸管的损坏原因判断当晶闸管损坏后需要检查分析其原因时，可把管芯取出，打开芯盒再取出芯片，观察其损坏后的痕迹，以判断是何原因。下面介绍几种常见现象分析。A 、电压击穿晶闸管因不能承受电压而损坏，有时需用放大镜才能看见。其原因可

6、能是管子本身耐压下降或电路断开时产生的高电压击穿。B 、电流损坏。电流损坏的痕迹特征是位置在远离控制极上。C 、电流上升率损坏(di/dt。其痕迹与电流损坏相同，而或就在控制极上。D 、边缘损坏。他发生在芯片外圆倒角处，有细小光洁小孔。用放大镜可看到倒角面上有细细金属物划痕。这是制造厂家安装不慎所造成的。它导致电压击穿。(5、晶闸管的基本特性a 、承受反压时，不论门极有无电流都不会导通。(反向电压过高，达到雪崩击穿电压 b 、承受正压，只有在门极有触发电流菜惠导通。(正向电压过高，硬导通c 、一旦导通，门极失去控制作用，不论触发电流存在与否，都会维持导通。d 、关断，施加反向电压和利用外电路的

7、作用使流过的电流下降到某一值以下。(6、双向晶闸管主要用在交流电力电路中，通过控制门极电流的通断，在交流电路中实现高电压、大电流的无触点快速通断。在交流工作时，必须在每半个周期对门极触发一次。对于电感负载，由于电流滞后于电压90°，当电流流过零关断的瞬间(几微秒 将承受线路电压的峰值，此时的du/dt将达到每微秒几百伏，故而在应用时，器件的断态电压临界上升率du/dt应与电路电压峰值匹配，一般在20-500V/us内选用。双向晶闸管常用于交流电路中，所以其额定通态电流是以360°导通时的最大交流有效值I T (RMS 表示，而不是反并联的普通晶闸管的半波平均值I T (AV

8、 。I T (RMS =/2*I T (AV =2. 22I T (AV 即标称值为100A 的双向晶闸管是由两个45A 的普通晶闸管反并联而成的。2、各种整流电路的关系(1、单相半波a 、电压关系u 输出直流电压平均值：U d 0=0. 45U 2，一般取触发角为5°时的值为U d 0=0. 449U 2 u 变压器二次侧电压有效值：U 2=2. 22U d 0 (相压 ；u 反相峰值电压(晶闸管 ：U FM =2U 2=3. 14U d 0b 、电流关系u 变压器二次电流有效值I 2和整流桥臂电流有效值I bI 2=I b =1. 57I d (阻性负载 ；I 2=I b =1.

9、 414I d (感性负载 I d 是直流电流平均值u 一次电流有效值I 1：二次电流是脉动电流，包含直流分量和交流分量，直流分量为直流电流平均值I d ，交流分量是二次电流瞬时值i 2与直流分量I d 之差i 2I d , 由电磁感应定律可知，只有交流分量才能到达一次侧，而直流分量是不能感应到一次侧的，即变压器一次电流仅与二次电流的交流分量相对应。电阻负载1I 1=24I d =1. 21I d ；电感性负载I 1=I d 2c 、变压器容量u 电阻负载：P 2=U 2I 2=3. 49P du 电感负载：P 2=U 2I 2=3. 141P d(2、单相桥式a 、电压关系u 输出直流电压平

10、均值：U d 0=0. 9U 2，一般取触发角为5°时的值为U d 0=0. 898U 2，(是单相半波的2倍u 变压器二次侧电压有效值：U 2=1. 11U d 0 (相压 ；u 反相峰值电压(晶闸管 ：U FM =2U 2=1. 57U d 0；b 、电流关系u 变压器二次电流有效值I 2和整流桥臂电流有效值I bI 2=1. 11I d (阻性负载 ；I 2=I d (感性负载 I d 是直流电流平均值c 、变压器容量u 电阻负载：P 2=U 2I 2=1. 234P du 电感负载：P 2=U 2I 2=1. 1P d总结：单相整流电路一半用于电子工程及牵引直流电源和静电除尘

11、等设备中，至于冶金，化工及其他强电工程则采用三相整流电路。(3、三相半波a 、电压关系u 输出直流电压平均值：U d 0=1. 17U 2=0.6755U l ，一般取触发角为5°时的值为U d 0=1.1655U 2u 变压器二次侧电压有效值：U 2=0. 855U d 0 (星接，相压 ，换算为线压是U 2=0.4936U d 0u 反相峰值电压(晶闸管 ：是变压器二次线电压的峰值即U FM =3×2U 2=6U 2=2U l =1. 414U l =2. 45U 2=2. 09U d 0b 、电流关系u 变压器二次电流有效值I 2和整流桥臂电流有效值I bI 2=I

12、b =0. 587I d (阻性负载 ；I 2=I b =0. 577I d (感性负载 I d 是直流电流平均值 c 、变压器容量u 电阻负载：P 2=3U 2I 2=1. 51P du 电感负载：P 2=3U 2I 2=1. 48P d(4、三相桥式a 、电压关系u 输出直流电压平均值：U d 0=2. 34U 2=1. 35U 2l ，一般取触发角为5°时的值为U d 0= 2.33U 2(是三相半波的2倍 【如果是70的话可逆的是1.05倍进线电压，不可逆的是1.2倍进线电压】变压器二次侧电压有效值：U 2=0. 4275U d 0 (星接，相压 ，换算为线压是U l =0.

13、74U d 0u 反相峰值电压(晶闸管 ：是变压器二次线电压的峰值即U FM =×2U 2=U 2=1. 414U l =2. 45U 2=1. 05U d 0【晶闸管的电压应用中选二次交流线压的4倍即可】b 、电流关系u 变压器二次电流有效值I 2和整流桥臂电流有效值I bI 2=0. 8172I d ，I b =0. 5779I d (阻性负载 ；I 2=0. 8165I d ，I b =0. 5774I d (感性负载 I d 是直流电流平均值；【晶闸管电流取输出直流电流值大小即可】c 、变压器容量u 电阻负载：P 2=3U 2I 2=1. 048P du 电感负载：P 2=3

14、U 2I 2=1. 0472P d(5、双反星带平衡电抗器的整流电路可以看做是两个三相半波的并联，因此参数跟三相半波是一样的。a 、电压关系u 输出直流电压平均值：U d 0=1. 17U 2=0.6755U l ，一般取触发角为5°时的值为U d 0=1.1655U 2u 变压器二次侧电压有效值：U 2=0. 855U d 0 (星接，相压 ，换算为线压是U l =1.481U d 0u 反相峰值电压(晶闸管 ：是变压器二次线电压的峰值即【晶闸管的电压应用U FM =3×2U 2=6U 2=U l =1. 414U l =2. 45U 2=2. 09U d 0中选二次交流

15、线压的4倍即可】b 、电流关系u 变压器二次电流有效值I 2和整流桥臂电流有效值I bI 2=I b =0. 2889I d (阻性负载 ；I 2=I b =0. 2887I d (感性负载 I d 是直流电流平均值【晶闸管电流取输出直流电流值的0.6-0.87倍，以大为宜】c 、变压器容量(双反星容量计算不同于一般变压器u 电阻负载：P 2=6U 2I 2=1. 482P d ，P 1=3U 1I 1=1. 048P du 电感负载：P 2=6U 2I 2=1. 481P d ，P 1=3U 1I 1=1. 047P d(6、双反星平衡电抗器的参数选择在这种电路中共有4种情形，分别是：不考虑

16、重叠现象而且没有相控时、考虑重叠现象而且没有相控时、不考虑重叠现象而有相控时、考虑重叠现象有相控时。在此，只给出一种情况。考虑重叠现象有相控时：平衡电抗器电压峰值：U pm =2U 2sin(/6+ ，表明其峰值随着控制角的增大而增大。其有效值为：U p =0. 827cos 2U 2，=0时，U p =0. 4159U 2。电抗器端电压的参数如下表：调压深度0 U (%控制角(° 05 18.2 10 25.8 20 36.9 30 45.6 50 60 75 75.5 100 90端 电 U ph (V 压 0.416 U 2 0.578 U 2 0.7 U 2 0.877 U

17、2 1.01 U 2 1.19 U 2 1.313 U 2 1.35 U 2 绕组电流：由于平衡电抗器反电势的均衡作用，使得相邻的两个整流桥臂并联工作， 在理想情况下，平衡电抗器的每一个 支路的电流 I pk 应该是负载 电流 I d 的一半 ，即 I pk = I d / 2 。 通过容量：等于支路电流 I pk 与双反星两中点间端电压 U pk 的乘积， Pk = I pk * U pk (7、变压器网侧(一次电流(相电流的计算 I T1 = I T 2 / K K 变压器变比，一次相电压比二次相电压 (8、晶闸管额定选择的注意事项 晶闸管的主要参数 (1 晶闸管的通态平均电流 I T (

18、 AV 在规定的条件下, 为晶闸管通以工频、正弦半波电流, 且负载为纯电阻负载, 导通角不小 于170°。此时这个电流的平均值就是半波电流的平均值。若正弦半波电流的峰值为 I m ，则： 1 I T ( AV = I m sin tdt = I m / 2 0 通过的电流有效值为 I= 1 2 0 ( I m sin t 2 dt = I m / 2 波形系数：通过晶闸管的电流的(一般为非正弦 有效值与平均值之比 K f ，在此： I / I T ( AV = 1.57 ，也即 I = 1.57 I T ( AV = K f I T ( AV ， K f 是波形系数。 一般情况下风冷

19、比水冷相同元件的额定电流值要低；自然冷却情况下，元件的额定电流 要降为标准冷却条件下的三分之一。 还有其他参数: 额定电压、维持电流、擎住电流以及一些动态参数和门极特性等。 (2 实际应用中晶闸管的选择。 主要按实际承受的电压、电流选择晶闸管。 电压的选择：按晶闸管实际在线路中承受的电压的峰值, 还要乘以一个安全裕量。 电流的选择：按晶闸管中实际通过电流的有效值与所选晶闸管(通态平均电流为 I T ( AV 允许通过的电流有效值相等的原则, 再乘以安全裕量, 这被称做有效值相等的原则。 3、元件的保护 晶闸管元件的电压和电流过载能力极差，尤其是耐压能力，瞬时的过压就会造成元件永 第6页 PDF

20、 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 久性的损坏。 (1、过压保护 晶闸管工作过程中可能承受的过压主要有以下几种：一种是由于装置拉、合闸、负载打 火等引起的过压；一种是由于元件关断时产生的关断电压；还有因雷击等原因从电网侵入的 浪涌电压。为限制过电压的幅值低于元件的正反向峰值电压，可采取以下保护措施(见图。 在变压器一次侧接上避雷器，在二次侧加装阻容保护、硒堆、压敏电阻等非线性电阻元 件进行保护。在整流直流侧采取压敏电阻和泄能保护装置，以防止元件承受过电压。 在晶闸管阴阳极两端直接进行保护。晶闸管关断过程中主电流过零反向后迅速由反向峰 值恢复至零电流，

21、此过程可在元件两端产生达正常工作峰值电压5-6倍的尖峰电压。一般建议 在尽可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路。电阻R选无感电阻，通常取5-30；电容C 通常在0.1-1F，耐压选元件耐压的1.1-1.5倍。具体R、C取值可根据元件型号及工作情况调试 决定。注意保证电阻R的功率，尤其在中频逆变电路中，使之不会因发热而损坏。 (2、RC 阻容吸收 在实际晶闸管电路中，常在其两端并联 RC 串联网络，该网络常称为 RC 阻容吸收电路。 我们知道，晶闸管有一个重要特性参数断态电压临界上升率 dv/dt。它表明晶闸管在 额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过

22、 大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。即使此时加于晶闸 管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能发生这种情况。因为晶闸管可以看作是由三个 PN 结组成。 在晶闸管处于阻断状态下，因各层相距很近，其 J2 结结面相当于一个电容 C0。当晶闸 管阳极电压变化时，便会有充电电流流过电容 C0，并通过 J3 结，这个电流起了门极触发电 流作用。如果晶闸管在关断时，阳极电压上升速度太快，则 C0 的充电电流越大，就有可能 第7页 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 造成门极在没有触发信号的情况下，晶闸管误导通现象，即常说的硬开通

23、，这是不允许的。 因此，对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定的限制。 为了限制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，常在晶闸管两端并联 RC 阻容吸 收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。因为电路总是存在电感的(变 压器漏感或负载电感，所以与电容 C 串联电阻 R 可起阻尼作用，它可以防止 R、L、C 电路 在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸 管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。 由于晶闸管过流过压能力很差， 如果不采取可靠的保护措施是不能正常工作的。 阻容 RC 吸收网络就是常用的保护方法之一。 (3、过流保护 晶闸管元件在短时间内具有一定的过流能力，但在过流严重时，不采取保护措施，就会 造成元件损坏。 晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类：一类是由于整流电路内部原因，如整流晶 闸管损坏，触发电路或控制系统有故障等；其中整流桥晶闸管损坏类较为严重，一般是由于 晶闸管因过电压而击穿，造成无正反向阻断能力，它相当于整流桥臂发生永