电力电子课程设计--小功率晶闸管整流电路

-1-长春工业大学课程设计报告书课程设计名称：电力电子技术专业：自动化班级：120302学生姓名：李庆指导教师：谢幕君日期：2014年1月17日-2-目录1.课程设计的目的……………………………………………………………………………2.主要技术参数………………………………………………………3.方案的选择与确定…………………………………………………………………………3.1系统总体设计框图……………………………………………………3.2方案论证…………………………………………………………………·3.2.1对电气控制系统的技术要求3.2.2主电路的选择3.2.3触发电路的选择3.2.4保护电路的设置3.3主电路的计算…………………………·3.3.1晶闸管整流电路计算3.3.2电力电子器件的选择4.设计小结……………………………………………………………………………………5.参考文献………………………………………………………………………………···附录（电路图、波形图、元器件清单）……………………………………………………-3-一.课程设计目的电力电子技术的课程设计是《电力电子技术》课程的一个重要的实践教学环节。它与理论教学和实践教学相配合，可加深理解和全面掌握《电力电子技术》课程的基本内容，可使学生在理论联系实际、综合分析、理论计算、归纳整理和实验研究等方面得到综合训练和提高，从而培养学生具有独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力。因此，通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：1）加深理解和掌握《电力电子技术》课程的基础知识，提高学生综合运用所学知识的能力；2）培养学生根据课程设题的需要，查阅资料和独立解决工程实际问题的能力；3）学会仪器的正常使用方法和调试过程；4）培养分析、总结及撰写技术报告的能力。二、主要技术参数：1、V220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、负载为并励直流电动机，型号为322Z，电机参数为：型号额定功率额定电压额定电流额定转速最高转速Z2-32kw8.0V220A1.5750r/min1500r/min-4-三、课设方案的选择与确定3.1系统总设计框图3.2方案论证3.2.1对电气控制系统的技术要求：1、电源电压：交流220V/50Hz2、输出额定电压：220V3、输出额定电流：5.1A3.2.2主电路的选择：根据课题要求正确选择主电路形式；单相相控整流电路主电路有单相半波、单相桥式全控、单相桥式半控等。1、单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路的优点是线路简单、调整方便，其缺点是输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流电流分量，使铁心磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。因此单相半波相控整流电路只适用于小容量，波形要求不高的的场合。电源触发电路整流电路负载电路保护电路-5-2、单相桥式全控整流电路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，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。并且单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小，功率因素高的特点。但是，电路中需要四只晶闸管，且触发电路要分时触发一对晶闸管，电路复杂，两两晶闸管导通的时间差用分立元件电路难以控制。3、单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路用二只晶闸管和二只二极管，根据两个晶闸管的接线方式，可以使用分立元件触发电路，且触发电路相对简单，当两个晶闸管被同时导通时，由二极管在电源电压过零时自然换流其性能和单相桥式全-6-控整流电路相同，具有同等优点。故采用此电路作为本次课程设计的主电路。3.2.3触发电路的选择可供选择的触发电路有同步信号为锯齿波的触发电路，同步信号为正弦波的触发电路，KC04集成移相触发器。1、同步信号为锯齿波的触发电路基本环节：①脉冲形成与放大环节②锯齿波形成和脉冲移相环节③同步环节④强触发脉冲形成环节⑤双窄脉冲形成环节2、同步信号为正弦波的触发电路（1）三个基本环节：①同步移相②脉冲形成整形③脉冲功放输出-7-3.KC04集成移相触发器它可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成脉冲输出等几部分电路由于集成触发电路具有免受外界干扰、集成度高等优点，故采用集成触发电路。3.2.4保护电路的设置在电力电子器件电路中，除了电力电子器件参数要选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护，过电流保护，du/dt保护和di/dt保护也是必不可少的。（1）过压保护所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压。产生过电压的原因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感-8-应所引起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器，以保护变压器本身的安全；而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过电压，一般发生在交流侧、直流侧和器件上。1.交流侧过电压保护过电压产生过程：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，铁芯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电压。保护方法：阻容保护2.直流侧过电压保护过电压产生过程：当某一桥臂的晶闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器熔断时，由于直流住电路电感中储存能量的释放，会在电路的输出端产生过电压。保护方法：阻容保护（2）过流保护电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。过电流分载和短路两种情况。一般电力电子均同时采用几种过电压保护措施，怪提高保护的可靠性和合理性。在选择各种保护措施时应注意相互协调。通常，电子电路作为第一保护措施，快速熔断器只作为短路时的部分区断的保护，直流快速断路器在电子电力动作之后实现保护，过电流继电器在过载时动作。在选择快熔时应考虑：1、电压等级应根据快熔熔断后实际承受的电压来确定。2、电流容量应按照其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。快熔一般与电力半导体体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。3、快熔的It值应小于被保护器件的允许It值。4、为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。快熔对器件的保护方式分为全保护和短保护两种。全保护是指无论过载还是短路均由快熔进行保护，此方式只适用于小功率装置或器件使用裕量较大的场合。短路保护方式是指快熔只要短路电流较大的区域内起保护作用，此方式需与其他过电流保护措施相配合。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，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。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。（3）电流上升率di/dt的抑制-9-晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如图所示:串联电感抑制回路（4）电压上升率dv/dt的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图所示：3.3主电路计算3.3.1晶闸管整流电路计算（1）整流变压器电压及容量的计算①变压器二次侧相电压2U的计算：BAUUd/)2.1~1(2根据查表单相半控桥A=0.9，U2=275-330V取300V-10-二次侧相电流2I和一次侧相电流1I的计算：73.0300/2202/1UUK11211KKAKIId7/1AIId1.52②变压器容量计算：121mmVAIUS15407220111VAIUS15301.5300222VASSS15352/)(21（2）整流元件的计算①晶闸管额定电压：V850U)3~2(UTMTN②晶闸管的额定电流dIK)2~5.1(IT(AV)73.0K计算得：AIAVT5.71.573.02)(（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1Lmin211/dIUKL67.11K计算得：AIIdd51.0%10minmHL9821（2）限制输出电流脉动的电感量2LdISiUKL/*222%10,8.22SiK计算得：mHL16472（3）电动机电感量LD和变压器漏电感量TL310*2/pnUdKLDD由所给负载参数：82min,/750,1.5,220prnAIVUDD10DK计算得：mHLD72DahTTIUUKL100/**2VUKahT105,18.3计算得：mHLT35.9（4）实际串入电抗器电感量mHLNLLLTDD900)(11mHLNLLLTDD1565)(2221DDLL故选用mH1565作为串入半波电抗器的电感值。-11-（4）过电压保护1.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。参数计算：由于AVS1535VUAIem300,102VUah10~5FUSICem02.1/*622电容C耐压VUm6365.1VVuudm42430022963.222emahIUSUR6100.12cccUfI2)4~3(RRIP2.直流侧过电压保护措施：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。参数计算：压敏电阻的标称电压mAU1，DCmAUU)2~8.1(1由于VUDC220，则VVUmA44022021（5）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。AIAIAVTAVT1257.1,5.7)()(AIAFU121.5-12-3.3.2电力电子器件选择由以上条件，决定选择KP—10型晶闸管选择2CZ14D型二极管。选择MY31-600/5型压敏电阻选择RLS-10型熔断器四.课设小结这周，老师组织我们进行课程设计，有关于电力电子技术的单相半控整流电路的应用，我感触很多！毕竟也学了半年，总要学点东西，今天就是见证的时候了，开始摩拳擦掌，做好充足的准备。因为没有经常动手实践，所以很生疏！希望以后能多点这样实践的机会！经过这次的实践我真的学到了很多，检查问题的能力也增强了，而且耐心也比以前好多，希望以后能有更多这样的机会，学习更多的东西，我会更努力的学习电力电子这门功课，为以后而努力！一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养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。在设计过程中，与同学共同分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成