电力电子可控整流技术

摘要可控整流电路技技术在工业生生产上应用极极广。如调压压调速直流电电源、电解及及电镀的直流流电源等。把交流电变换成成大小可调的的单一方向直直流电的过程程称为可控整整流。整流器器的输入端一一般接在交流流电网上。为为了适应负载载对电源电压压大小的要求求，或者为了了提高可控整整流装置的功功率因数，一一般可在输入入端加接整流流变压器，把把一次电压U1，变成二次次电压U2。由晶闸管管等组成的可可控整流主电电路，其输出出端的负载，可可以是电阻性性负载（如电电炉，电热器器，电焊机，和和白炽灯等）、大大电感性负载载（如直流电电动机的励磁磁绕组，滑差差电动机的电电枢线圈等）以以及反电动势势负载（如直流电电动机的电枢枢反电动势，充充电状态下的的蓄电池等）。以以上负载往往往要求整流能能输出在一定定范围内变化化的直流电压压。为此，只只要改变触发发电路所提供供的触发脉冲冲送出的早晚晚，就能改变变晶闸管在交交流电压U2一周期内导导通的时间，这这样负载上直直流平均值就就可以得到控控制。该系统以可控硅硅三相桥式全全控整流电路路构成系统的的主电路，根根据三相桥式式全控整流电电路对触发电电路的要求，采采用同步信号号为锯齿波的的触发电路，设设计时采用恒恒流源充电，输输出为双窄脉脉冲(也可为单窄窄脉冲)，脉冲宽度度在8°左右。本触触发电路分成成三个基本环环节：同步电电压形成、移移相控制、脉脉冲形成和输输出。此外，还还有双窄脉冲冲形成环节。同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型，也对直流电动机进行了简单的介绍。关键词可控整流流晶闸管触发电路缓冲电路目录前言……………………9第1章主电电路设计………………………101.1主电电路的选取方方案…………………101.2工作作原理…………………101.3对触发发脉冲的要求求…………………11第2章主电电路元件选择择…………………13第3章整流流变压器额定定参数计算…………………1553.1二次次相电压U2………………………153.2一次次与二次额定定电流及容量量计算………16第4章平波波电抗器电感感的计算………18第5章触发发电路的设计计………………195.1形成成与脉冲放大大环节……………2205.2锯齿齿波形成与脉脉冲移相环节节…………………215.3同步步信号与主回回路的相位关关系……………2235.4脉冲形形成和放大…………23第6章驱动动电路与保护护电路的设计计…………2556.1电力力电子器件驱驱动电路概述述…………………256.2典型全全控型器件的的驱动电路…………………256.3电力力电子器件的的保护……………226第7章缓冲冲电路的设计计…………………28第8章直流流电机的构造造及工作原理理……………3318.1直流流电动机的构构造…………………318.2直流流电机的工作作原理……………332第9章总结结………………………33参考文献………………355前言当今，自动化控控制系统已在在各行各业得得到广泛的应应用和发展，而而自动调速控控制系统的应应用在现代化化生产中起着着尤为重要的的作用，直流流调速系统是是自动控制系系统的主要形形式。由由可控硅整流流装置供给可可调电压的直直流调速系统统(简称KZ—D系统)和旋转变流流机组及其它它静止变流装装置相比，不不仅在经济性性和可靠性上上有很大提高高，而且在技技术性能上也也显示出较大大的优越性。整流电路广泛应应用于工业中中。它可按照照以下几种方方法分类：1.按组成的器器件可分为不不可控、半控控、全控三种种；2.按电路结构构可分为桥式式电路和零式式电路；3.按交流输入入相数分为单单相电路和多多相电路；4.按变压器二二次侧电流的的方向是单向向或双向，又又分为单拍电电路和双拍电电路。一般当当整流负载容容量较大，或或要求直流电电压脉动较小小时，应采用用三相整流电电路。三相可可控整流电路路中，最基本本的是三相半半波可控整流流电路，应用用最为广泛的的是三相桥式式全控整流电电路、以及双双反星形可控控整流电路等等。可控硅虽然有许许多优点，但但是它承受过过电压和过电电流的能力较较差，很短时时间的过电压压和过电流就就会把器件损损坏。为了使使器件能够可可靠地长期运运行，必须针针对过电压和和过电流发生生的原因采用用恰当的保护护措施。为此此，在变压器器二次侧并联联电阻和电容容构成交流侧侧过电压保护护；在直流负负载侧并联电电阻和电容构构成直流侧过过电压保护；；在可控硅两两端并联电阻阻和电容构成成可控硅关断断过电压保护护；并把快速速熔断器直接接与可控硅串串联，对可控控硅起过流保保护作用。该系统以可控硅硅三相桥式全全控整流电路路构成系统的的主电路，采采用同步信号号为锯齿波的的触发电路，本本触发电路分分成三个基本本环节：同步步电压形成、移移相控制、脉脉冲形成和输输出。此外，还还有双窄脉冲冲形成环节。同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型，也对直流电动机进行了简单的介绍。电力电子器件的的发展是电力力电子技术发发展的基础，也也是电力电子子技术发展的的动力，电力力电子技术的的每一次飞跃跃都是以新器器件的出现为为契机。电力力电子器件的的发展方向主主要体现在以以下六个方面面：大容量化化；高频化；；易驱动；降降低导通压降降；模块化；；功率集成化化。随着电力电子器器件的大力发发展，该方面面的用途越来来越广泛。由由于电力电子子装置的电能能变换效率高高，完成相同同的工作任务务可以比传统统方法节约电电能10%～40%，因此它是是一项节能技技术，整流技技术就是其中中很重要的一一个环节。第1章主电电路设计1.1主电电路的选取方方案三相可控整流电电路的控制量量可以很大，输输出电压脉动动较小，易滤滤波，控制滞滞后时间短，因因此在工业中中几乎都是采采用三相可控控整流电路。在在电子设备中中有时也会遇遇到功率较大大的电源，例例如几百瓦甚甚至超过1—2kw的电源，这这时为了提高高变压器的利利用率，减小小波纹系数，也也常采用三相相整流电路。另另外由于三相相半波可控整整流电路的主主要缺点在于于其变压器二二次侧电流中中含有直流分分量，为此在在应用中较少少。而采用三三相桥式全控控整流电路，可可以有效的避避免直流磁化化作用。虽然然三相桥式全全控整流电路路的晶闸管的的数目比三相相半波可控整整流电路的少少，但是三相相桥式全控整整流电路的输输出电流波形形便得平直，当当电感足够大大时，负载电电流波形可以以近似为一条条水平线。在在实际应用中中，特别是小小功率场合，较较多采用单相相可控整流电电路。根据已知要求，额额定电流为25A，额定电压压为220V，可求的功功率P=220025=5..5KW，一般整流流装置容量大大于4KW，选用三相相整流较为合合适。下图1-1为三相全控控桥式整流电电路。图1-1三相全全控桥式整流流电路1.2工作作原理图为三相桥式整整流电路在аа=0º时直流电动动机串平波电电抗器负载时时的电压电流流波形。电路路要求6块触发电路6先后向各自自所控制的6只晶闸管的的门极在自然然换向点送出出触发脉冲，即即共阴极组在在三相电源相相电压正半波波的1、3、5交点处向1TV、3TV与5TV输出触发脉脉冲；而共阳阳极三相电源源电压负半波波的2、4、6交点处向2TV、4TV、6TV输出触发脉脉冲；共阴极极组输出直流流电压Ud2为三相电源源相电压负半半波的包络线线。三相全控控桥式整流电电路输出整流流电压Ud=Ummn=Ud11-Ud2,,为三相电源6个线电压正正半波的包络络线。各线电电压正半波的的交点1~6就是三相全全控桥电路6只晶闸管VT1~VVT6的α=0º的点。详细细分析如下：：在t1~t2间间，U相电压最高高，共阴极组组的VT1管被触发导导通，电流由由U相经VT1流向负载，又又经VT6流入V相，整流变变压器U、V两相工作，所所以三相全控控桥输出电压压Ud为Ud=Udd1-Ud22=Uu-UUv=Uuvv的线电压波波形。经过60º进入入t2~t3区间,U相电压仍然然最高,VT1继续导通,W相电压最低,在VT2管承受的2交点点时刻被解发发导通,VT2管的导通使VT6承受uwv的反压关断断。这区间负负载电流仍然然从电源U相流出经VT1、负载、VT2回到电源W相，于是这这区间三相全全控桥整流输输出电压Ud为：Ud=Uu-UUw=Uuww经过60º，进进入t3~t4区间，这时V相电压最高高，在VT3管α=0º的3交点处被触触发导通。VT1由于VT3和导通而承承受Uuv的反压而关关断，W相的VT2继续导通。负负载电流从V相流W相，于是这这区间三相全全控输出电压压Ud为：Ud=Uv-UUw=Uvww其他区间，依此此类推，电路路中6只晶闸管导导通的顺序及及输出电压很很容易得出。由上述可知，三三相全控桥输输出电压Ud是由三相电电压6个线电压Uuv、Uuw、uvw、Uvu、Uwu和Uwv的轮流输出出组成的。各各线电压正半半波的交点1~6分别为VT1~VVT6的α=0º点。因因此分析三相相全控整流电电路不同Ud波形时，只只要用线电压压波形图直接接分析画波形形即可。1.3对触触发脉冲的要要求三相全控桥整流流电路在任何何时刻都必须须有两只晶闸闸管同时导通通，而且其中中一只是在共共阴极组，另另外一只在共共阳极组。为为了保证电路路能起动工作作，或在电流流断续后再次次导通工作，必必须对两组中中应导通的两两只晶闸管同同时加触发脉脉冲，为此可可采用以下两两种触发方式式：采用单脉冲冲触发如使每一个触发发脉冲的宽度度大于60º而小于120º，这样在相相隔60º要触发换相相时，当后一一个触发脉冲冲出现时刻，前前一个脉冲还还未消失，因因此均能同时时触发该导通通的两只晶闸闸管。例如，在在送出u触发VT3的同时由于ug4还没消失，故故VT3与VT2便同时被触触发导通，整整流输出电压压为Uvw。采用双窄脉脉冲触发如触发电路送出出的是窄的矩矩形脉冲，在在送出某一晶晶闸管的同时时向前一相晶晶闸管补发一一个脉冲，因因此均能同时时触发该导通通的两只晶闸闸管。如，在在送出u触发VT3的同时，触触发电路也可可以向VT2送出辅助脉脉冲，故VT3与VT2同时导通，输输出电压为Uvw。由于双窄窄脉冲的触发发电路输出功功率小，脉冲冲变压器铁心心体积小，所所以这种触发发方式广泛采采用。第2章主电电路元件选择择2.1晶闸闸管的选型该电路为大电感感负载，电流流波形可看作作连续且平直直的。Ud=220VV时，不计控控制角余量按按=0º计算由Ud=2U22得U2==94VV取120VU=（2~33）U=（2~3）UU2=（2~3）1120V=588~8882V取U为700VV当=60时，流流过每个晶闸闸管的电流有有效值为：==60A=355A晶闸管额定电流流===23A取=1，考虑22倍裕量：取50A当=3A时==3A=1A==1.1A考虑2倍裕量：：取5A按要求表明应取取=0º来选择晶闸闸管。即=550A所以晶闸管型号号为KP50—7。第3章整流流变压器额定定参数计算在很多情况下晶晶闸管整流装装置所要求的的交流供电电电压与电网往往往不能一致致，同时又为为了减少电网网与整流装置置的相互干扰扰，使整流主主电路与电网网隔离，为此此需要配置整整流变压器。整整流变压器根根据主电路的的型式、负载载额定电压和和额定电流，算算出整流变压压器二次相电电压U2、一次与二二次额定电流流以及容量。由于整流变压器器二次与一次次电流都不是是正弦波，因因而存在着一一定的谐波电电流，引起漏漏抗增大，外外特性变软以以及损耗增大大，所以在设设计或选用整整流变压器时时，应考虑这这些因素。3.1二次次相电压U2平时我们在计算算U2是在理想条条件下进行的的，但实际上上许多影响是是不可忽略的的。如电网电电压波动、管管子本身的压压降以及整流流变压器等效效内阻造成的的压降等。所所以设计时U2应按下式计计算：U2=式中U———负载的额定定电压；——整流元件的的正向导通压压降，一般取取1V；——电流回路所所经过的整流流元件（VT及VD）的个数（如如桥式=2，半波电路路=1）；A——理想情况下下=0º时U与U2的比值，查查表可知；——电网电压波波动系数，一一般取0；——最少移相角角，在自动控控制系统中总总希望U2值留有调节节余量，对于于可逆直流调调速系统取30º~35º，不可逆直流流调速系统取取10º~15º；C——线路接线方方式系数，查查表三相桥式式C取0V；U——变压器阻阻抗电压比，100KVV以及取U=0.05，100KVVA以上取U=0.055~0.1；——二次侧允许许的最大电流流与额定电流流之比。对于一般三相桥桥式可控整流流电路供电的的直流调速系系统，U2计算也可以以采用以下经经验公式：不可逆调速系统统U2=（0.53~~0.58）U可逆调速系统U2=（0.58~~0.64）U式中U2——整整流变压器二二次相电压有有效值；U——直流电动动机额定电压压。对于一般的中小小容量整流调调压装置，其其U2值也可以用用以下公式估估算：U2=（1.115~1.22）所以根据以知知的参数及查查表得：U22==1200V3.2一次次与二次额定定电流及容量量计算如果不计变压器器的励磁电流流，根据变压压器磁动势平平衡原理可得得一次和二次次电流关系式式为：K===式中、——变变压器一次和和二次绕组的的匝数；KK——变压器的匝匝数比。由于整流变压器器流过的电流流通常都是非非正弦波，所所以其电流、容容量计算与线线路型式有关关。三相桥式式可控整流电电路计算如下下：大电感负载时时变压器二次次电流的有效效值为2==0.8116==0.8116A=211AU2=120VV由一次侧和二次次侧电压得：：====故=66.6A变压器二次侧容容量为S2=3UU2=3=7.55KVA变压器的安全性性能----主要有变压压器的阻燃性性能和绝缘性性能阻燃性能能有所选原材材料决定绝缘缘性能？：e型变压器的的绝缘是由骨骨架的结构决决定的c型变压器的的绝缘石油组组间绝缘层的的结构决定的的e型变压器：：工字形骨架架的绝缘一般般王字形骨架架绝缘较好套套字形骨架绝绝缘最好（初初级/次级可达7000vv-100000v）自藕变压器器：具有体积积小。成本低低，传输功率率大等优点。在在相同的输出出率下，效率率比普通的变变压器高，电电压调整率比比普通的变压压器低。上叙叙优点在初级级和次级电压压值差越小时时越明显。通通常自藕变压压器的变压比比不超过2自藕便压器器的缺点是：：由于初次级级绕组间电压压的联系，存存在公共接地地点，它不能能作为隔离变变压器来用。当当初次级变压压比比较高时时，自欧变压压器的优点也也就消失了。自自藕变压器的的计算和普通通变压器基本本相同。不同同点在于选择择铁芯是按照照通过电磁感感应的功率即即结构容量Vab而不是按其其传递容量及及输出功率p2来进行的，另另一个特点是是公公绕组的的电流是初次次电流之差。计计算方法：VAB--结构容量p2--输出功率u1--初级电压u2--次级电压升压式VAB==p2（1-u1//u2）将压比VAB==p2（1-u2//u1）第4章平波波电抗器电感感的计算为了使负载电流流得到平滑的的直流，通常常在整流输出出端串入带有有气隙铁心的的电抗器，也也称平波电抗抗器。这里主主要计算在保保证负载电流流连续和输出出电流脉动系系数达到一定定要求的条件件下所需的平平波电抗器电电感量。对于直流电动机机负载的可控控整流电路,为了使晶闸闸管整流供电电的直流电动动机,即使在最轻轻负载下(Id=IIdmin)),也能工作在在电流连续段段机械特性的的直线段上,要求电枢回回路的临界电电感量为三相全控整流流电路L=00.693==0.6933mH=277.72mHH第5章触发发电路的设计计晶闸管触发电路路的形式很多多，常用的有有阻容移相桥桥触发电路、单单结晶体管触触发电路、晶晶体三极管触触发电路、利利用小晶闸管管触发大晶闸闸管的触发电电路，等等。晶闸管最重要要的特性是可可控的正向导导通特性.当晶闸管的的阳极加上正正向电压后,还必须在门门极与阴极之之间加上一个个具有一定功功率的正向触触发电压才能能打通,这一正向触触发电压的导导通是由触发发电路提供的的,根据具体情情况这个电压压可以是交流流、直流或脉脉冲电压。由由于晶闸管被被触发导通以以后，门极的的触发电压即即失去控制作作用，所以为为了减少门极极的触发功率率，常常用脉脉冲触发。触触发脉冲的宽宽度要能维持持到晶闸管彻彻底导通后才才能撤掉，晶晶闸管对触发发脉冲的幅值值要求是：在在门极上施加加的触发电压压或触发电流流应大于产品品提出的数据据，但也不能能太大，以防防止损坏其控控制极，在有有晶闸管串并并联的场合，触触发脉冲的前前沿越陡越有有利于晶闸管管的同时触发发导通。为了保证晶闸管管电路能正常常，可靠的工工作，触发电电路必须满足足以下要求：：触发脉冲应有足足够的功率，触触发脉冲的电电压和电流应应大于晶闸管管要求的数值值，并留有一一定的裕量。由闸管的门极伏伏安特性曲线线可知，同一一型号的晶闸闸管的门极伏伏安特性的分分散性很大，所所以规定晶闸闸管元件的门门极阻值在某某高阻和低阻阻之间，才可可能算是合格格的产品。晶晶闸管器件出出厂时，所标标注的门极触触发电流Igt、门极触发发电压U是指该型号号的所有合格格器件都能被被触发导通的的最小门极电电流、电压值值，所以在接接近坐标原点点处以gt\Ugt为为界划除OABCO区域，在此此区域内为不不可靠触发区区。在器件门门极极限电流流Igfm、门极极限限电压和门极极极限功率曲曲线的包围下下，面积ABCDEEFG为可触发区区，所用的合合格的晶闸管管器件的触发发电压与触发发电流都应在在这个区域内内，在使用时时，触发电路路提供的门极极的触发电压压与触发电流流都应处于这这个区域内。再有，温度对对晶闸管的门门极影响很大大，即使是同同一个器件，温温度不同时，器器件的触发电电流与电压也也不同。一般般可以这样估估算，在100°高温时，触触发电流、电电压值比室温温时低2~3倍，所以为为了使敬闸管管在任何工作作条件下都能能可靠的触发发，触发电路路送出的触发发电流、电压压值都必须大大于晶闸管器器件的门极规规定的触发电电流、触发电电压值，并且且要留有足够够的余量。如如触发信号为为脉冲时，在在触发功率不不超过规定值值的情况下，触触发电压、电电流的幅值在在短时间内可可以大大超过过额定值。触发脉冲应一定定的宽度且脉脉冲前沿应尽尽可能陡。由由于晶闸管的的触发是有一一个过程的，也也就是晶闸管管的导通需要要一定的时间间。只有当晶晶闸管的阳极极电流即主回回路电流上升升到晶闸管的的掣住电流以以上时，晶闸闸管才能导通通，所以触发发信号应有足足够的宽度才才能保证被触触发的晶闸管管可靠的导通通，对于电感感性负载，脉脉冲的宽度要要宽些，一般般为0.5~11MS，相当于50HZ、18度电度角。为为了可靠地、快快速地触发大大功率晶闸管管，常常在触发脉冲的的前沿叠加上上一个触发脉脉冲。触发脉冲的相位位应能在规定定范围内移动动。例如单相相全控桥式整整流电路带电电阻性负载时时，要求触发发脉冲的移项项范围是0度~180度，带大电电感负载时，要要求移项范围围是0度~90度；三相半半波可控整流流电路电阻性性负载时，要要求移项范围围是0度~90度。触发脉冲与主电电路电源必须须同步。为了了使晶闸管在在每一个周期期都以相同的的控制角被触触发导通，触触发脉冲必须须与电源同步步，两者的频频率应该相同同，而且要有有固定的相位位关系，以使使每一周期都都能在同样的的相位上触发发。触发电路路同时受控于于电压uc与同步电压us控制。根据三相桥式全全控整流电路路对触发电路路的要求，采采用同步信号号为锯齿波的的触发电路，电电路原理图如如图所示。设设计时采用恒恒流源充电，输输出为双窄脉脉冲(也可为单窄窄脉冲)，脉冲宽度度在8°左右。本触触发电路分成成四个基本环节节：同步电压压、锯齿波形形成和脉冲移移相、脉冲形形成与放大、强强触发和双窄窄脉冲形成等等环节，下面面分别进行分分析。5.1形成成与脉冲放大大环节脉冲的形成环节节由晶闸管V4、V5组成，V7、V8组成脉冲功功率放大环节节。控制、电电压uct和负偏移相相电压up分别经过电电阻R6、R7、R8并联接入V4基极。在分分析该环节时时，暂不考虑虑锯齿波电压压ue3和负偏电压up对电路的影影响。对控制电压ucct=0时，V4截止，+15V电源通过电电阻R11供给V5一个足够大大的基极电流流，使V5饱和导通，V5的集电极电电压接近-15V，所以V7、V8截止，无脉脉冲输出，同同时，+15V电源经R9和饱和晶体体管V5及-15V电源对电容C3进行充电，充充电结束后，电电容两端电压压为30V，其左端为+15V右端为-15V。调节电压uctt，当uct0.77V时，V4由截止变为为饱和导通，其其集电极A端ua由+15V迅速下降至1V左右，由于于电容C3上的电压不不能突变，C3右端的电压压也开始的-15V下降至-30V，V5的基射结由由于受到反偏偏而立即截止止，其集电极极电压uc5由开始的-15V左右迅速上上升，当uc5>22.1时，V7、V8导通，脉冲冲变压器一次次侧流过电流流，其二次侧侧有触发脉冲冲输出。同时时，电容C3反向充电使V5的基极电压ub5由-30V开始上升，当当ub5>--15V，V5又重新导通通，uc5又变成-15V，使V7、V8又截止，输输出脉冲结束束。可见，V4导通的瞬间间决定了脉冲冲发出的时刻刻，到V5截止时间即即是脉冲的宽宽度，而V5截止时间的的长短反向充充电时间常数数R11C3决定的。5.2锯齿齿波形成与脉脉冲移相环节节该环节主要由VV1、V2、V3、C2、VS等元器件组组成，锯齿波波是由恒流源源电流对C2充电形成的的。在图中，VS、RP2、R3、V1组成了一个个恒流源电路路，恒流源电电流Ic1对电容C2进行充电，电电容C2两端的电压uc2为uc22=t可见，uc2是是随时间现性性变化的，其其充电斜率为为。当V2导通时，由由于电阻R4的阻值很少少，所以，电电容C2经R4及V2迅速放电，当当V2周期性的关关断与导通时时，电容C2两端就得到到了线性很好好的锯齿波电电压，要想改改变锯齿波的的斜率，只要要改变充电电电流的大小，即即只要改变RP2的阻值即可可。该锯齿波波电压经过由由V3管组成射极极跟随器后，ue3是一个与远远波形相同的的锯齿波电压压。Ue3、up、uct三个信号通通过电阻R6、R7、R8的综合作用用成为ub4，它控制V4的导通与关关断。这里采采用电工学课课程中的叠加加原理，在考考虑一个信号号在b4点的作用时时，可以将另另外两个信号号接地，而三三个信号在b4点作用综合合电压ub4才是控制V4的真正信号号。当uct=0时时，V4的基极电压压的ub4的波形有ue3+uup决定，控制制偏移电压up的大小。使使锯齿波向下下移动。当uct从0增加时，V4的基极电位ub4的波形就由ue3+uuct+upp决定，即当ub4>00.7V时的时刻，即即V4由截止转为为导通的时刻刻，也就是该该时刻电路输输出脉冲。如如果把偏移电电压up调整到某特特定值而固定定时，调节控控制电压uct就能改变ub4波形上升到0.7V的时间，也也就是说，改改变控制电压压uct就可以改变变移动脉冲电电压的相位，从从而达到脉冲移相的的目的。电路路中设置负偏偏移电压up的目的是为为了确定初始始脉冲相位。通通过三相桥式式整流及逆变变电路的分析析可知：当负负载大电感连连续时，三相相桥式整流电电路的脉冲初初始相位在控控制角=900º的位置，对对于可逆系统统，电路需要要在整流与逆逆变两种工作作状态，这时时需要脉冲的的移相范围约约为180º，考虑锯齿齿波电压波形形两端的非线线性，因此要要求锯齿波底底宽为240º，此时使脉脉冲初始位置置调整到锯齿齿波的中点位位置，对应主主电路=900º位置。如果果uct>0，脉冲左移移，<90º，电路处于于整流工作状状态；如果uct<0，脉冲右移移，>90º,图5-1锯齿波波同步触发电电路电路处于逆变工工作状态。5.3同步步信号与主回回路的相位关关系同步问题题是指触发脉脉冲与主回路路电源同步。同同步变压器BT和主回路整整流变压器接接在同一交流流电源上，具具有相同频率率。主回路整整流变压器为为Yo/Y--12联接组，同同步变压器为为Y/Y-6，Y/Y-112联接组。选选择T1的同步电压压为-uTa，其余T2～T6的同步电压压见图5-2。被触发的晶闸管管T1T2T3T4T5T6主回路电压+Ua-Uc+Ub-Ua+Uc-Ub同步信号电压-uTa+uTc-uTb+uTa-uTc+uTb图5-2晶闸管管三相全控桥桥中晶闸管的的同步信号电电压同步变压器二次次正弦波电压压uBT经D1间接地加在T2的基极上。在在uBT负半周的下下降段，D1导通，同步步电压uBT对C1迅速充电，C1的端电压uA跟随uBT变化，T2截止。在uBT负半周的上上升段，电源源通过R1给C1反向充电，由由于充电时间间常数较大，致致使电容端电电压uA波形上升比uBT缓慢，D1截止。随着C1反向充电，A点电位按指指数规律逐渐渐上升，当A点电位大于1V后，D2、T2开始导通，uA稳定在1.4V左右。因此此可使T2截止时间大大于180°，达到240°左右。由WD1、R2、R4、WR1及T1组成恒流电电路。在T2截止时，+12V直流电源经WR1、R4和T1对C2进行恒流充充电。在T2导通后，电电容C2通过R3和T2放电，由于R3电阻很小，所所以C2迅速放电，使使T3基极电位迅迅速降到0V附近。于是是在C2两端形成底底宽为240°左右的正锯锯齿波电压，此此电压通过T3组成的射极极跟随器输出出。由于可逆逆系统，电路路需要在整流流和逆变状态态下工作，这这时要求脉冲冲移相范围约约为180°，考虑到锯锯齿波波形两两端的非线性性，因而要求求锯齿波宽度度大于180°。5.4脉冲冲形成和放大大当T4由截止变为为导通时，电电容C3放电产生负负脉冲，使T5管截止，从从而使T6导通产生触发发脉冲，经脉脉冲变压器输输出。为满足足三相全控桥桥整流电路提提出的双窄脉脉冲要求，在在线路中引入入了补入、补补出的线路，此此时，只要把把触发器X端接至前面面触发器Y端，把触发发器Y端接到后面面触发器X端即可。这这样每个触发发单元一个周周期内输出两两个窄脉冲(相互间隔60°)，只供给相相对应的晶闸闸管元件。以以T1元件的触发发电路而言，Y端应该接至T2元件触发电电路的X端，因为T2元件比T1元件滞后60°导通，当T2元件触发电电路输出一个个脉冲时，也也给T1补送一个脉脉冲。同理，T1元件X端应该接至T6元件触发电电路的Y端，因为T6元件比T1元件超前60°导通，当T1元件触发电电路输出一个个脉冲，同时时给T6补送一个脉脉冲。第6章驱动动电路与保护护电路的设计计电力电子器件的的驱动电路是是电力电子主主电路与控制制电路之间的的接口，是电电力电子装置置的重要组成成部分，对整整个装置的工工作性能有很很大的影响。性性能良好的驱驱动电路，可可以使电力电电子器件工作作在较理想的的开关状态，缩缩短开关时间间，减少开关关损失，对装装置的运行效效率、可靠性性和安全性都都有重要的意意义。另外，电电力电子装置置和器件的一一些保护措施施也往往设置置在驱动电路路中或者通过过驱动电路来来实现。6.1电力力电子器件驱驱动电路概述述驱动电路的基本本任务就是将将信息电子电电路传来的信信号按照其控控制目标的要要求，转换为为电力电子器器件可以接受受的信号，加加在控制端和和公共端之间间。对于半控控型器件只需需提供开通信信号，对于全全控型器件既既要提供开通通信号，又要要提供关断信信号，以保证证器件按要求求卡棵道统或或关断，驱动电路还要提提供控制电路路与主电路之之间的电器隔隔离环节。一一般采用光-点偶合隔离离或磁-点偶合隔离离技术。按照驱动电路加加在电力电子子器件控制端端和公共端之之间信号的性性质可以将电电力电子器件件分为电流驱驱动型和电压压驱动型两大大类。晶闸管管虽然属于电电流驱动型器器件，但由于于它属于半控控型器件，只只需控制其导导通。而对其其关断无需控控制，因此晶晶闸管的驱动动电路是为其其专门设计的的，通常称其其为触发电路路。对于全控控型器件，如如GTO、GTR、电力MOSFEET和IGBT等，则按电电流型和电压压型分别进行行驱动。应特别说明的是是，所有驱动动电路的具体体形式可以是是分立元件构构成的驱动电电路，也可以以是目前广泛泛采用的专用用的集成驱动动电路。从发发展的趋势来来看，光-电耦合隔离离电路也趋向向集成化。另另外，为达到到电力电子器器件与驱动电电路参数的最最佳配合，建建议在选用集集成驱动电路路时应首选电电力电子器件件生产厂家专专门为其开发发的集成驱动动电路。6.2典型型全控型器件件的驱动电路路GTO是电流驱驱动型器件。它它的导通控制制与普通晶闸闸管相似，但但对触发前沿沿的幅值和陡陡度要求较高高，且一般需需要在整个导导通期间施加加正向门极电电流。要使GTO关断则需施施加反向门极极电流，对其其幅值和陡度度的要求则更更高，幅值需需达到阳极电电流的1/3左右，陡度度需达50AA/s，其中强负负脉冲宽度约约30s，负脉冲总总宽度100s，关断后还还需在门极-阴极间施加加约5V的负偏压，以以提高器件的的抗干扰能力力。GTO一般用于于大容量电流流的场合，其其驱动电路通通常包括开通通驱动电路、关关断驱动电路路和门极反偏偏电路三部分分，可分为脉脉冲变压器耦耦合式和直流流耦合式两种种类型。直流流耦合式驱动动电路可避免免电路内部的的相互干扰和和寄生振荡，可可以得到较陡陡的脉冲前沿沿，因此目前前应用较为广广泛，其缺点点是功耗大，效效率低。直流流耦合式GTO驱动电路的的电源由高频频电源经二极极管整流后得得到，二极管管VD1和电容C1提供+5V电压，VD2、VD3、C2、C3构成倍压整整流电路，提提供+15V电压，VD4和电容C4提供-15V电压。场效效应晶体管V1开通时，输输出正强脉冲冲；V2开通时，输输出正脉冲平平顶部分；V2关断而V3开通时输出出负脉冲；V3关断后电阻R3和R4提供门极负负偏压。6.3电力力电子器件的的保护在电力电子器件件电路中，除除了电力电子子器件参数要要选择合适，驱驱动电路设计计良好外，采采用合适的过过电压保护，过过电流保护，du/dt保护和di/dt保护也是必不可少的。过电压的产生及及过电压保护护电力电子装置中中可能发生的的过电压分为为外因过电压压和内因过电电压两类。.1外因过过电压主要要来自雷击和和系统中的操操作过程等外外部原因，包包括：操作过电压：由由分闸，合闸闸等开关操作作引起的过电电压，电网侧侧的操作过电电压会由供电电变压器电磁磁感应耦合，或或由变压器绕绕组之间的存存在的分布电电容静电感应应耦合过来。雷击过电压：由由雷击引起的的过电压。.2内因过过电压主要要来自电力电电子装置内部部器件的开关关过程，包括括以下几个部部分。换相过电压：由由于晶闸管或或者与全控型型器件反并联联的续流二极极管在换相结结束后不能恢恢复阻断能力力时，因而有有较大的反向向电流通过，使使残存的载流流子恢复，而而当其恢复了了阻断能力时时，反向电流流急剧减小，这这样的电流突突变会因线路路电感而在晶晶闸管阴阳极极这间或与续续流二极管反反并联的全控控型器件两端端产生过电压压。关断过电压：全全控型器件在在较高频率下下工作，当器器件关断时，因因正向电流的的迅速降低而而线路电感在在器件两端感感应出的过电电压。各电压保护措施施及配置位置置，各电力电电子装置可视视具体情况只只来用采用其其中的几种。其其中RC3和RCD为抑制制内因过电压压的装置，其其功能属于缓缓冲电路的范范畴。在抑制制外因过电压压的措施中，采采用RS过电压抑抑制电路是最最为常见的。RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（通常供电电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧）或电力电子电路的直侧流。对于大容量的电力电子装置，可采用图1－39所示的反向阻断式RC电路。有关保护电路的参数计算可参考相关的工程手册。采用雪崩二极管，金属氧化物压敏电阻，硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件来限制或吸收过电压也是较为常用的手段。过电流保护电力电子电路运运行不正常或或者发生故障障时，可能会会发生过电流流现象。过电电流分载和短短路两种情况况。一般电力力电子均同时时采用几种过过电压保护措措施，怪提高高保护的可靠靠性和合理性性。在选择各各种保护措施施时应注意相相互协调。通通常，电子电电路作为第一一保护措施，快快速熔断器只只作为短路时时的部分区断断的保护，直直流快速断路路器在电子电电力动作之后后实现保护，过过电流继电器器在过载时动动作。采用快速熔断器器（简称快熔熔）是电力电电子装置中最最有效，应用用最方泛的一一种过电流保保护措施。在选择快熔时应应考虑：1、电压等级应应根据快熔熔熔断后实际承承受的电压来来确定。2、电流容量应应按照其在主主电路中的接接入方式和主主电路连接形形式确定。快快熔一般与电电力半导体体体器件串联连连接，在小容容量装置中也也可串接于阀阀侧交流母线线或直流母线线中。3、快熔的Itt值应小于被被保护器件的的允许It值。4、为保证熔体体在正常过载载情况下不熔熔化，应考虑虑其时间电流流特性。快熔对器件的保保护方式分为为全保护和短短保护两种。全全保护是指无无论过载还是是短路均由快快熔进行保护护，此方式只只适用于小功功率装置或器器件使用裕量量较大的场合合。短路保护护方式是指快快熔只要短路路电流较大的的区域内起保保护作用，此此方式需与其其他过电流保保护措施相配配合。快熔电电流容量的具具体选择方式式可参考有关关的工程手册册。对一些重要的且且易发生短路路的晶闸管设设备，或者工工作频率较高高，很难用快快熔保护的全全控型器件，需需要采用电子子电路进行过过电流保护。除除了对电动机机起动时的冲冲击电流等变变化较慢的过过电流可以用用控制系统本本身调节器进进行对电流的的限制之外，需需设置专门的的过电流保护护电子电路，检检测到过流之之后直接调节节触发，驱动动电路，或者者关断被保护护器件。此外，常在全控控型器件的驱驱动电路中设设置过电流保保护环节，这这种措施对器器件过电流的的响应最快。第7章缓冲冲电路的设计计缓冲电路(SuunbberrCirccuit)又又称为吸收电电路,其作用是抑抑制电力电子子期间的内因因过电压.ddu/dt..过电流和dii/dt,减减少器件的开开关损耗.缓冲电路可可分为关断缓缓冲电路和开开通缓冲电路路.关断缓冲电电路又称为ddu/dt抑抑制电路,用于抑制器器件开通时的的电流过冲和和di/dtt,减小器件件的开通损耗耗,可将关断缓缓冲电路和开开通电路结合合在一起,称为复合缓缓冲电路.还有另外一一中分类方式式:缓冲电路中中储能元件的的能量如果能能消耗在吸收收电阻上,则称其为馈馈能式缓冲电电路或无损吸吸收电路.如无特别说明,,通常缓冲电电路专指关断断缓冲电路,,而将开通缓缓冲电路叫做做di/dtt抑制电路。在无缓冲电路的的情况下,绝缘栅双极极晶体管V开通电流迅迅速上升,di/dtt很大,关断时du//dt很大,并出现很高高的电压.在缓冲电路路的情况下,,V开通时缓缓冲电容Css先通过Rs向V放电,使电流Ic先上一个个台阶,以后因为有有di/dtt抑制电路的的Li,Icc的上升速度度减慢.Rii.Vdi是是在V关断时为Lii中的磁场能能量提供供放放低那路回路路而设置的..在V关断时负载载电流通过VVDs向Cs分流,减轻了V的负担,抑制了du//dt和过电电压.关断前工作在AA点.无缓冲电路路时,Ucee迅速上升,在负载上的的感应电压使使续流二极管管VD开始道统统,负载线从A移动B,之后Ic才下到漏漏电流的大小小,负载线随之之移动到C..可以看出，负负载线在到达达B时很可能超超出安全区,,使V受到损坏,而负载线ADDC是很安全全的.而且.ADCC经过的都是是小电流.小电压区域域,旗舰的关断断损耗也比无无缓冲时大大大降低.图7-1di//dt抑制电电路图7-1所示的的缓冲电路,,使用于中等等的容量的场场合.其中RC缓冲电路路主要用于小小容量器件,,而放电阻止止型RCD缓冲电电路用语中或或大容量器件件.其中缓冲电容CCs和吸收电电阻Rs的取值可可用实验方法法确定,或参考有关关的工程手册册.注意:吸收二极管管VDs必须用用快恢复二极极管,其额定电流流应不小于住住电路器件额额定电流的11/10.此此外,应精良减小小线路电感,,且应选用内内部电感小的的吸收电容..在中小容量量场合,若线路电感感叫小,可只在支流流侧总的设一一个du/ddt抑制电路路,对IGBT甚至至可以仅并联联一个吸收电电容.晶闸管在实际应应用中一般只只承受换相过过压,没有关断电电压问题,关断时也没没有较大的ddu/dt,,因此一般采采用RC吸收缓冲冲电路即可..图7-1为GTTO常见的三种种缓冲电路.为了使缓冲冲效果更加显显著,电路中的二二极管尽量选选用快速二极极管,同时接线要要尽量短以减减少布线电感感.图7-13缓冲冲电路不仅能能抑制开通过过程du/dt与di/dt值,同时还使刚刚开通时加在在GTO上的du/dt初始值小．．电路中由于于有二极管ＶＶＤ阻挡，使使得电容Ｃ的的放电不能经经过ＧＴＯ，以以免ＧＴＯ刚刚开通时di/dt值过大．图７－1b缓冲冲电路抑制du/dt与di/dt效果更明显显，但电容放放电要经过ＧＧＴＯ（放电电电流受Ｒ值值的限制）．．图７－１Ｃ所示示的缓冲电路路通常是ＧＴＴＯ容量在５５０Ａ以下时时才采用．a)bb)c)阻容吸收元件参参数可按表7-1所提供的经经验数据选取取，电容耐压压一般选晶闸闸管额定电压压的1.1-11.5倍。表7-2晶闸管阻容容电路经验数数据晶闸管额定电流流It(AVV)/A1000500200100502010电容C/F210.50.250.20.150.1电阻R/2510204080100电阻功率P=ffC10式中f——频率率，取500Hz；——晶闸管工作作峰值电压，单单位为V；C——与电阻串串联的电容量量，单位为FF；P——电阻选取取的功率，单单位为W。所以根据其提供供的资料可取取电容0.2F，电阻取40。第8章直流流电机的构造造及工作原理理8.1直流流电动机的构构造直流电机主要由由磁极、电枢枢和换向器（整整流子）三部部分组成。直流电机的组成成部分直流电电机的磁极及及磁路磁极结构见图用硅硅钢片叠成，固固定在机座上上，由两部分组成成。极心上放放置励磁绕组组在电机中产产生磁场，极极掌的作用是是使电机的空空气隙中的磁磁感应强度的的分布最为合合适，并且挡挡住励磁绕组组不至于掉下下来。磁极和机座都是是磁路的一部部分。电枢电枢铁心是由硅硅钢片叠成的的圆柱体，表表面沿轴线冲冲有槽；槽中中放电枢绕组组，用来感应应电动势。直直流电机的电电枢是旋转的的。见图(a)

(bb)直流电机的电枢枢结构图直流电机的的电枢铁心片片换向器（整整流子）换向器结构如图图所示，它是是直流电机特特有的装置。换换向器装在转转轴上。电枢枢绕组的导线线按一定规则则焊接在环向向片的凸出部部分。在换向器的表面面用弹簧压作作固定的电刷刷，是转动的的电枢绕组。8.2直流流电机的工作作原理自于绝大多数的的电动机都须须作连续的旋旋转运动的电电磁力形成一一种方向不变变的转矩，才才能构成电动动机。在图中中，N、S为—对固定的磁磁极(一般是电磁磁铁，也可以以是永久磁铁铁)，两磁极间间装着一个可可以转动的铁铁质圆柱体，圆圆柱体的表面面上固定着一一个线圈。NN极与S极的磁力线线所通过圆柱柱体的途径如如图中所表示示。当线圈中中通入直流电电流时，线圈圈边上受到电电磁力，根据据左手定则确确定力的方向向，这一对电电磁力形成了了作用于电枢枢的一个电磁磁转矩，转矩矩的方向是逆逆时针方向。若若电枢转动，线线圈两边的位位置互换，而而线圈中通过过的还是直流流电流，则所所产生的电磁磁转矩的方向向却变为顺时时针方向了，因因此电枢受到到一种方向交交变的电磁转转矩。这种交交变的电磁转转矩只能使电电枢来回摇摆摆，而不能使使电枢连续转转动。显然，要要使电枢受到到一个方向不不变的电磁转转矩，关键在在于，当线圈圈边在不同极极性的磁极下下，如何将流流过线圈中的的电流方向及及时地加以变变换，即进行行所谓“换向”。为此必须须增添一个叫叫做换向器的的装置，换向向器由互相绝绝缘的铜质换换向片构成，装装在轴上，也也和电枢绝缘缘，且和电枢枢一起旋转。换换向器又与两两个固定不动动的由石墨制制成的电刷AA、B相接触。装装了这种换向向器以后，若若将直流电压压加于电刷端端，直流电流流经电刷流过过电枢上的线线圈，则产生生电磁转矩，电电枢在电磁转转矩的作用下下就旋转起来来。电枢一经经转动，由于于换向器配合合电刷对电流流的换向作用用，直流电流流交替地由线线圈边ab和cd流入，使使线圈边只要要处于N极下，其中中通过电流的的方向总是由由电刷A流入的方向向，而在S极下时，总总是从电刷BB流出的方向向。这就保证证了每个极下下线圈边中的的电流始终是是一个方向。这这样的结构，就就可使电动机机能连续地旋旋转。这就是是直流电动机机的工作原理理。．第9章总结结经过几周的工程程实训，我对对电力电子技技术这门课程程及相关知识识有了更深刻刻的理解和体体会，同时也也很好的把理理论知识运用用于实践之中中，在实训之之中我真正的的学到了很多多东西，受益益颇多。我做的课题是《直直流电动机用用硅整流器的的设计》，首首先对该课题题进行简单的的介绍：将交交流电能转换换为直流电能能是电力电子子技术应用的的重要领域。采采用晶闸管作作为主要的功功率开关器件件，容量大，控控制简单，技技术成熟。在做该设计之前前，我认真看看了老师给我我提出的课题题，看了其中中的具体要求求，通过在图图书馆查阅相相关资料，上上网找资料，向向老师询问疑疑点等方式，有有效的解决了了我不懂之处处。在本设计中，难难点重点在于于如何对整流流电路进行设设计，通过给给定的有关参参数的计算对对晶闸管进行行选型，计算算变压器的正正、副偏电压压，电流及其其容量。其次次，就是这些些公式的编写写，在平时，MicroosoftWord文档中一般般很少用，在在编写之前,我特意问了了老师,装了一个3.0的公式,终于解决了了我面前的又又一个问题。该课题分九个环环节进行阐述述，其内容包包括：1、主电路的的设计；2、主电路元元件的选择；；3、整流变压压器额定参数数的计算；4、平波电抗抗器的设计；；5、触发电路路的设计；6、驱动电路路与保护电路路设计；7、缓冲电路路的计算；8、直流电机的的构造及工作原原理。设计采用的是三三相桥式全控控整流电路，整流电路广泛应用于工业中。它可按照以下几种方法分类：1、按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；2、按电路结构可分为桥式电路和零式电路；3、按交流输入相数分为单相电路和多相电路；4、按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。一般当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路等。本设计通过对整流电路的额定容量的计算为5.5KW，而一般当功率超过4KW时，考虑到三相负载的平衡，采用三相桥式全控整流电路。触发电路采用的的是锯齿波同同步触发电路路，该触发电电路分成同步步电压、锯齿齿波形成和脉脉冲移相、脉脉冲形成与放放大、强触发发和双窄脉冲冲形成等环节节。晶闸管触触发导通的条条件是：1、阳极承受受正向电压；；2、门极-阴极