【正文】 .................................................................... 28 附錄 主電路圖與觸發(fā)電路圖 .................................................................................... 29 4 一、設計題目與要求 單相全控橋式晶閘管整流電路的設計（反電勢、電阻負載） 1. 設計條件： 1) 電源電壓：交流 100V/50Hz 2) 輸出功率： 1KW 3) 移相范圍： 30o150o 4) 反電勢： E=70V ： 1) 主電路設計（包括整流元件定額的選擇和計算等） ,討論晶閘管電路對電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。 二、主電路設計 系統(tǒng)原理方框圖如 ：整流電路主要由驅動電路、保護電路和整流主電路組成。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度 ?停止導電， ?稱作停止導電角。 元器件介紹 —— 晶閘管（ SCR） 晶閘管（ Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅； 1957 年美國通用電器公司開發(fā)出世界上 第一款晶閘管產品，并于 1958 年將其商業(yè)化；晶閘管是 PNPN 四層半導體結構，它有三個極：陽極，陰極和門極；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管導通后，即使去掉門極電流，仍能維持導通 。 因為 則最大輸出平均電壓： 根據(jù)設計要求， ，滿足 α?，即晶閘 管可以正常觸發(fā)導通。 晶閘管的額定電壓： 其中 是電路中加在管子上的最大瞬時電壓，本電路，則額定電壓取 3 倍裕量： 2）額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于8 實際流過管子電流最大有效值 ，即，一般取 則額定電流取 2 倍裕量： 3） 通態(tài)平均管壓降。一般值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電流容量大小而定。在額定結溫和門極開路的情況下，不會導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的最大正向電壓上升率。若晶閘管導通時電流上升太快，則會在晶閘管剛開通時，有很 大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內，從而造成局部過熱而損壞晶閘管。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進入電網(wǎng)的諧波成分，減小電網(wǎng)污染。 3) 使線路壓降增大，沖擊性無功功率負載還會使電壓劇烈波動。 4) 諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表不準確。 圖 25 將電流波形分解為傅里葉級數(shù)，可得： ??????????LLL,5,3,1,5,3,12s i n2s i n14)5s i n513s i n31(s i n4nnntnItnnItttIi???????dd 其中基波和各次諧波有效值為： 10 ?n IIn d22? 可見，電流中僅含奇次諧波。 對于相控電路這樣使用晶閘管的場合，在晶閘管陽極加上正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發(fā)電壓，晶閘管才能從截止轉變?yōu)閷?，習慣上稱為觸發(fā)控制。 觸發(fā)電路設計要求 晶閘管的型號很多，其應用電路種類也很多，不同的晶閘管型號，應用電路對觸發(fā)信號都會有不同的要求。觸發(fā)信號功率大小是晶閘管元件能否可靠觸發(fā)的一個關鍵指標?；虿捎秒p窄脈沖。 圖 31 強觸發(fā)電流波形 12 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。目前，它在國內變流行業(yè)中已廣泛應用。 圖 32 TCA785 的引腳排列 各引腳的名稱、功能及用法如下 ： 引腳 16(VS)：電源端。 引腳 4(Q1)和 2(Q2)：輸出脈沖 1 與 2的非端。若該兩端輸出脈沖在系統(tǒng)中不用時，電路自身結構允許其開路。兩路脈沖輸出高電平的最高幅值為 5VS。應用中，通過一電容接地，電容C12 的電容量范圍為 150— 4700pF，當 C12 在 150— 1000pF 范圍內變化時， 2 輸出脈沖的寬度亦在變化，該兩端輸出窄脈沖的最窄寬度為 100μs ，而輸出寬脈沖的最寬寬度為 2020μs 。 引腳 10(C10)：外接鋸齒波電容連接端。 引腳 9(R9)：鋸齒波電阻連接端。 引腳 7(QZ)和 3(QV)： TCA785 輸出的兩個邏輯脈沖信號端。 引腳 6(I)：脈沖信號禁止端。 引腳 5(VSYNC)：同步電壓輸入端。 （ 3） 極限參數(shù) 電源電壓： +8— 18V 或 177。 TCA785 鋸齒波移相觸發(fā)電路 由于 TCA785 自身的優(yōu)良性能，決定了它可以方便地用于主電路為單個晶閘管或晶體管，單相半控橋、全控橋和三相半控橋、全控橋及其它主電路形式的電力電子設備中觸發(fā)晶閘管或晶體管，進而實現(xiàn)用戶需要的 整流 、調壓、 交 直流調速、及直流輸電等目的。交流電源采用同步變壓器提供，同步變壓器與整流變壓器為同一輸入，根據(jù) TCA785 能可靠地對同步交流電源的過零點進行識別 ，從而可保證觸發(fā)脈沖與晶閘管的陽極電壓保持同步。 17 圖 41 過電壓抑制措施及配置位置 F? 避雷器 D? 變壓器靜電屏蔽層 C? 靜電感應過電壓抑制電容 RC1? 閥側浪涌過電壓抑制用 RC電路 RC2? 閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式 RC電路 RV? 壓敏電阻過電壓抑制器 RC3? 閥器件換相過電壓抑制用 RC電路 RC4? 直流側 RC抑制電路 RCD? 閥器件關斷過電壓抑制用 RCD電路 （ 1）交流側過電壓保護 可采用阻容保護或壓敏電阻保護。 電容 C的交流耐壓≥ 。 （ 2）直流側過電壓保護 直流側保護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。 （ 3）晶閘管兩端的過電壓保護 抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法，可查下面的經(jīng)驗值表確定阻容參數(shù)值?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯(lián)。即 式中 —— 晶閘管通態(tài)電流平均值 —— 快速熔斷器的熔體額定電流 —— 流過晶閘管的電流有效值 （ 3）熔斷器（安裝熔體的外殼）的額定電流應大于或等于熔體額定電流值。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。 如圖 44 所示。 系統(tǒng)建模與參數(shù)設置 單相全控橋式整流電路模型主要由交流電源、同步觸發(fā)脈沖、晶閘管全控橋、電阻 反電動勢負載、測量等部分組成。 時， 設置觸發(fā)信號 1 的初相位為（ ） *30s（即 30176。 時， 設置觸發(fā)信號 1 的初相位為（ ） *60s（即 60176。 ），觸發(fā)信號 2的初相位為 +（ ） *90s（即 270176。 ） ； （以上設置不再給出相應的圖） （ 4）示波器相關參數(shù)的設定： “ Number of axes”設置為 8，“ Time range”設置為 auto，“ Tick labels”設置為 bottom axis only，“ sampling”設置為 Decimation1。 、 60176。 時的輸出 曲線。 2 0 00200U2024P u l s e 1024P u l s e 250100150Ud 2 0020Id 2 0 00200V T 1 , 4 2 0 00200V T 2 , 30 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 2 0020I226 圖 54c 觸發(fā)角為 90