電力電子課程設計--小功率晶閘管整流電路

1、<p><b>　　課程設計報告書</b></p><p>　　課程設計名稱： 電力電子技術</p><p>　　專 業(yè)：自動化</p><p>　　班 級： 120302</p><p>　　日期：2014年 1月17日</p><p>　　目 錄<

2、;/p><p>　　1.課程設計的目的……………………………………………………………………………</p><p>　　2.主要技術參數(shù)………………………………………………………</p><p>　　3.方案的選擇與確定…………………………………………………………………………</p><p>　　3.1系統(tǒng)總體設計框圖………………………………………

3、……………</p><p>　　3.2方案論證…………………………………………………………………·</p><p>　　3.2.1對電氣控制系統(tǒng)的技術要求</p><p>　　3.2.2主電路的選擇</p><p>　　3.2.3觸發(fā)電路的選擇</p><p>　　3.2.4保護電路的設置</p>

4、<p>　　3.3主電路的計算…………………………·</p><p>　　3.3.1晶閘管整流電路計算</p><p>　　3.3.2電力電子器件的選擇</p><p>　　4.設計小結……………………………………………………………………………………</p><p>　　5.參考文獻………………………………………………

5、………………………………···</p><p>　　附錄（電路圖、波形圖、元器件清單）……………………………………………………</p><p><b>　　一. 課程設計目的</b></p><p>　　電力電子技術的課程設計是《電力電子技術》課程的一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)。它與理論教學和實踐教學相配合，可加深理解和

6、全面掌握《電力電子技術》課程的基本內容，可使學生在理論聯(lián)系實際、綜合分析、理論計算、歸納整理和實驗研究等方面得到綜合訓練和提高，從而培養(yǎng)學生具有獨立解決實際問題和從事科學研究的初步能力。因此，通過電力電子計術的課程設計達到以下幾個目的：</p><p>　　1）加深理解和掌握《電力電子技術》課程的基礎知識，提高學生綜合運用所學知識的能力；</p><p>　　2）培養(yǎng)學生根據(jù)課程設題的需要

7、，查閱資料和獨立解決工程實際問題的能力；</p><p>　　3）學會儀器的正常使用方法和調試過程；</p><p>　　4）培養(yǎng)分析、總結及撰寫技術報告的能力。</p><p><b>　　二、主要技術參數(shù)：</b></p><p><b>　　1、交流供電電源；</b></p>&

8、lt;p>　　2、電路輸出的直流電壓和電流的技術指標滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　3、電路應具有一定的穩(wěn)壓功能，同時還具有較高的防治過電壓和過電流的抗干擾能力。觸發(fā)電路輸出滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　4、負載為并勵直流電動機，型號為，電機參數(shù)為：</p><p>　　三、課設方案的選擇與確定</p><p>　　3.1系統(tǒng)

9、總設計框圖</p><p><b>　　3.2方案論證</b></p><p>　　3.2.1對電氣控制系統(tǒng)的技術要求：</p><p>　　1、電源電壓：交流220V/50Hz</p><p>　　2、輸出額定電壓：220V</p><p>　　3、輸出額定電流：5.1A</p>

10、<p>　　3.2.2主電路的選擇：</p><p>　　根據(jù)課題要求正確選擇主電路形式；</p><p>　　單相相控整流電路主電路有單相半波、單相橋式全控、單相橋式半控等。</p><p>　　單相半波可控整流電路</p><p>　　單相半波可控整流電路的優(yōu)點是線路簡單、調整方便，其缺點是輸出電壓脈動大，負載電流脈動大（電阻性

11、負載時），且整流變壓器二次繞組中存在直流電流分量，使鐵心磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。因此單相半波相控整流電路只適用于小容量，波形要求不高的的場合。</p><p>　　單相橋式全控整流電路</p><p>　　此電路對每個導電回路進行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應用廣泛。變壓器

12、二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。并且單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動小，功率因素高的特點。但是，電路中需要四只晶閘管，且觸發(fā)電路要分時觸發(fā)一對晶閘管，電路復雜，兩兩晶閘管導通的時間差用分立元件電路難以控制。</p><p>　　3、單相橋式半控整流電路</p><p>　　單相橋式半控整流電路用二

13、只晶閘管和二只二極管，根據(jù)兩個晶閘管的接線方式，可以使用分立元件觸發(fā)電路，且觸發(fā)電路相對簡單，當兩個晶閘管被同時導通時，由二極管在電源電壓過零時自然換流其性能和單相橋式全控整流電路相同，具有同等優(yōu)點。故采用此電路作為本次課程設計的主電路。</p><p>　　3.2.3觸發(fā)電路的選擇</p><p>　　可供選擇的觸發(fā)電路有同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，同步信號為正弦波的觸發(fā)電路，KC04集

14、成移相觸發(fā)器。</p><p>　　同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路</p><p><b>　　基本環(huán)節(jié)：</b></p><p>　?、倜}沖形成與放大環(huán)節(jié)</p><p>　?、阡忼X波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)</p><p><b>　?、弁江h(huán)節(jié)</b></p>&l

15、t;p>　?、軓娪|發(fā)脈沖形成環(huán)節(jié)</p><p><b>　?、蓦p窄脈沖形成環(huán)節(jié)</b></p><p>　　同步信號為正弦波的觸發(fā)電路</p><p>　　（1）三個基本環(huán)節(jié)：</p><p><b>　?、偻揭葡?</b></p><p>　?、诿}沖形成整形

16、 </p><p><b>　?、勖}沖功放輸出</b></p><p>　　3. KC04集成移相觸發(fā)器 </p><p><b>　　它可分為同步、</b></p><p><b>　　鋸齒波形成、</b></p><p><b>　　移相

17、、</b></p><p><b>　　脈沖形成</b></p><p>　　脈沖輸出等幾部分電路</p><p>　　由于集成觸發(fā)電路具有免受外界干擾、集成度高等優(yōu)點，故采用集成觸發(fā)電路。</p><p>　　3.2.4保護電路的設置</p><p>　　在電力電子器件電路中，除了電

18、力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓保護，過電流保護，du/dt保護和di/dt保護也是必不可少的。</p><p><b>　　（1）過壓保護</b></p><p>　　所謂過壓保護，即指流過晶閘管兩端的電壓值超過晶閘管在正常工作時所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓。</p><p>　　產(chǎn)生過電壓的原因一般由

19、靜電感應、雷擊或突然切斷電感回路電流時電磁感應所引起。其中，對雷擊產(chǎn)生的過電壓，需在變壓器的初級側接上避雷器，以保護變壓器本身的安全；而對突然切斷電感回路電流時電磁感應所引起的過電壓，一般發(fā)生在交流側、直流側和器件上。</p><p>　　1.交流側過電壓保護</p><p>　　過電壓產(chǎn)生過程：電源變壓器初級側突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時間內變化很大，因而在變

20、壓器的次級感應出很高的瞬時電壓。保護方法：阻容保護</p><p>　　2.直流側過電壓保護</p><p>　　過電壓產(chǎn)生過程：當某一橋臂的晶閘管在導通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時，由于直流住電路電感中儲存能量的釋放，會在電路的輸出端產(chǎn)生過電壓。保護方法：阻容保護 </p><p><b>　　過流保護</b></p>

21、<p>　　電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時采用幾種過電壓保護措施，怪提高保護的可靠性和合理性。在選擇各種保護措施時應注意相互協(xié)調。通常，電子電路作為第一保護措施，快速熔斷器只作為短路時的部分區(qū)斷的保護，直流快速斷路器在電子電力動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器在過載時動作。</p><p>　　在選擇快熔時應考慮：</p>

22、<p>　　1、電壓等級應根據(jù)快熔熔斷后實際承受的電壓來確定。</p><p>　　2、電流容量應按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定。快熔一般與電力半導體體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側交流母線或直流母線中。</p><p>　　3、快熔的It值應小于被保護器件的允許It值。</p><p>　　4、為保證熔體在正常過載情況下不

23、熔化，應考慮其時間電流特性。</p><p>　　快熔對器件的保護方式分為全保護和短保護兩種。全保護是指無論過載還是短路均由快熔進行保護，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場合。短路保護方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內起保護作用，此方式需與其他過電流保護措施相配合。</p><p>　　熔斷器是最簡單的過電流保護元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適，很可能在晶閘管燒壞后熔

24、斷器還沒有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過電流可及時熔斷起到保護作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔，因流過快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對元件的保護作用最好。</p><p>　　（3）電流上升率di/dt的抑制</p><p>　　晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1mm/μs的擴展速度將電流擴展到整個陰極面，若晶閘

25、管開通時電流上升率di/dt過大，會導致PN結擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。</p><p><b>　　如圖所示:</b></p><p><b>　　串聯(lián)電感抑制回路</b></p><p>　?。?）電壓上升率dv/dt的抑制</p>&l

26、t;p>　　加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應有所限制,如果dv/dt過大，由于晶閘管結電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴重時引起晶閘管誤導通。為抑制dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。</p><p><b>　　如圖所示：</b></p><p><b>　

27、　3.3主電路計算</b></p><p>　　3.3.1晶閘管整流電路計算</p><p>　?。?）整流變壓器電壓及容量的計算</p><p>　　變壓器二次側相電壓的計算：</p><p>　　根據(jù)查表單相半控橋A=0.9，U2=275-330V 取300V</p><p>　　二次側相電流和一次側

28、相電流的計算：</p><p><b>　　變壓器容量計算：</b></p><p>　　（2）整流元件的計算</p><p>　　晶閘管額定電壓： </p><p>　　晶閘管的額定電流 </p><p><b>　　計算得：</b></p>&

29、lt;p>　?。?）電抗器參數(shù)計算</p><p>　　為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器Ld，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流，一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。</p><p>　?。?）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量</p><p><b>　　計算得： </b>

30、;</p><p>　?。?）限制輸出電流脈動的電感量</p><p><b>　　計算得：</b></p><p>　?。?）電動機電感量LD和變壓器漏電感量</p><p>　　由所給負載參數(shù)： </p><p><b>　　計算得：</b></p>&

31、lt;p><b>　　計算得：</b></p><p>　　實際串入電抗器電感量</p><p>　　故選用作為串入半波電抗器的電感值。</p><p><b>　?。?）過電壓保護</b></p><p>　　1.交流側過電壓保護措施：采用組容保護。即在變壓器二次并聯(lián)電阻R和電容C進行保護。

32、</p><p><b>　　參數(shù)計算：</b></p><p><b>　　由于 </b></p><p><b>　　電容C耐壓</b></p><p>　　2.直流側過電壓保護措施：可采用與交流側保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快

33、速性，并且會造成 di/dt 加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。</p><p><b>　　參數(shù)計算：</b></p><p>　　壓敏電阻的標稱電壓，</p><p><b>　　由于，</b></p><p><b>　　則</b></p&

34、gt;<p><b>　?。?）過電流保護</b></p><p>　　快速熔斷器簡稱快熔，其斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施。快速熔斷器可以安裝在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯(lián)。</p><p>　　3.3.2電力電子器件選擇</p><p>　　由以上條件，決定選擇KP—10型晶閘管</p>

35、<p>　　選擇2CZ14D型二極管。</p><p>　　選擇MY31-600/5型壓敏電阻</p><p>　　選擇RLS-10型熔斷器</p><p><b>　　四. 課設小結</b></p><p>　　這周，老師組織我們進行課程設計，有關于電力電子技術的單相半控整流電路的應用，我感觸很多！<

36、/p><p>　　畢竟也學了半年，總要學點東西，今天就是見證的時候了，開始摩拳擦掌，做好充足的準備。</p><p>　　因為沒有經(jīng)常動手實踐，所以很生疏！希望以后能多點這樣實踐的機會！</p><p>　　經(jīng)過這次的實踐我真的學到了很多，檢查問題的能力也增強了，而且耐心也比以前好多，希望以后能有更多這樣的機會，學習更多的東西，我會更努力的學習電力電子這門功課，為以后而

37、努力！</p><p>　　一周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學共同分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人。在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)

38、現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。</p><p><b>　　五. 參考文獻</b></p><p>　　1.《電力電子技術》 樊立萍 王忠慶主編</p><p>　　2.《電機及拖動基礎》第四版 顧繩谷主編</p><p><b>　　附錄1</b></p><p