電力電子課設(shè)單相可控變流器設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-27 06:59 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 其有效值與平均值之比稱為該波形的波形系數(shù)，用表示：額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù)為： 晶閘管承受最大反向電壓，所以晶閘管的額定電壓為。一、所選晶閘管電流有效值ITn 大于元件 在電路中可能流過(guò)的最大電流有效值。二、選擇時(shí)考慮（～2）倍的安全余量。即＝＝（～2） 因?yàn)?則晶閘管的額定電流為=10A(輸出電流的有效值為最小值，所以該額定電流也為最小值)考慮到2倍裕量,。三、 若散熱條件不符合規(guī)定要求時(shí)，則元件的額定電流應(yīng)降低使用。① 通態(tài)平均管壓降。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導(dǎo)通的正弦波半個(gè)周期內(nèi)陽(yáng)極與陰極電壓的平均值，～。② 維持電流。指在常溫門極開(kāi)路時(shí)，晶閘管從較大的通態(tài)電流降到剛好能保持通態(tài)所需要的最小通態(tài)電流。一般值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電流容量大小而定。③ 門極觸發(fā)電流。在常溫下，陽(yáng)極電壓為6V時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所需的門極電流，一般為毫安級(jí)。④ 斷態(tài)電壓臨界上升率。在額定結(jié)溫和門極開(kāi)路的情況下，不會(huì)導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。⑤ 通態(tài)電流臨界上升率。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電流上升率。若晶閘管導(dǎo)通時(shí)電流上升太快，則會(huì)在晶閘管剛開(kāi)通時(shí)，有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過(guò)熱而損壞晶閘管。在分析整流電路工作原理時(shí)，我們?cè)?jīng)假設(shè)晶閘管是理想的開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)認(rèn)為其電阻為零，而關(guān)斷時(shí)，認(rèn)為其電阻無(wú)窮大。但事實(shí)上，晶閘管并非是理想的可控開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降。晶閘管裝置中的無(wú)功功率，會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)帶來(lái)不利影響：1) 無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。2) 無(wú)功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加。3) 使線路壓降增大，沖擊性無(wú)功功率負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。晶閘管裝置還會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害，包括：1) 諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。2) 諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)熱，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損壞。3) 諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會(huì)使上述1)和2)兩項(xiàng)的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。4) 諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并使電氣測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)確。5) 諧波會(huì)對(duì)臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。為防止諧波危害，晶閘管裝置可以采取措施抑制諧波，其辦法大致有：（1）增加電流相數(shù)：一個(gè)改變變流裝置的電流波形的方法是增加交流裝置的脈動(dòng)數(shù)，諧波次數(shù)越高，其幅值就越小，增加供電的相數(shù)就能顯著減小諧波的次數(shù)。（2）安裝諧波濾波器：常采用的排除大中型變流裝置諧波的有效方法是在交流裝置輸入端對(duì)這些諧波分量進(jìn)行濾波。（3）減小相位角。單相全控整流電路中基波和各次諧波的有效值為： =1,3,5,…因此可得基波電流有效值為： 的有效值，可得基波因數(shù)為：又因?yàn)?，電流基波與電壓的相位差就等于控制角，所以位移因素為： 所以，功率因數(shù)為： 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)1）觸發(fā)信號(hào)可以是交流，直流或脈沖形式。由于晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，門極即失去控制作用，為減少門極損耗，一般觸發(fā)信號(hào)采用脈沖形式。2）觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)有一定的功率和寬度。觸發(fā)電路的任務(wù)是提供控制晶閘管的門極觸發(fā)信號(hào)。由于晶閘管門極參數(shù)的分散性以及其觸發(fā)電壓、電流隨溫度變化的特性，為使各合格元件在各種條件下均能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電流、電壓必須大于門極觸發(fā)電流和觸發(fā)電壓，即脈沖信號(hào)觸發(fā)功率必須保證在各種工作條件下都能使晶閘管可靠導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿要陡，保證觸發(fā)的晶閘管可靠導(dǎo)通。如果觸發(fā)脈沖過(guò)窄，在脈沖終止時(shí)主電路電流還未上升到晶閘管的掣住電流，則晶閘管會(huì)重新關(guān)斷。對(duì)于三相全控橋式整流電路，要求觸發(fā)脈沖信號(hào)是間隔60176。的雙窄脈沖或大于60176。小于120176。的寬脈沖或脈沖列。為使并聯(lián)晶閘管元件能同時(shí)導(dǎo)通，則觸發(fā)電路應(yīng)能產(chǎn)生強(qiáng)觸發(fā)脈沖。在大電流晶閘管并聯(lián)電路中，要求并聯(lián)元件能同時(shí)導(dǎo)通，各元件的都應(yīng)在允許范圍之內(nèi)。由于元件特性的分散性，先導(dǎo)通元件的就會(huì)超過(guò)允許值而損壞，故應(yīng)采取圖3所示的強(qiáng)觸發(fā)脈沖。強(qiáng)觸發(fā)電流幅值為觸發(fā)電流值的5倍左右，最好大于1Ａ/μs；強(qiáng)觸發(fā)寬度對(duì)應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于50μs，脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于550μs。4) 觸發(fā)脈沖的同步及移相范圍。為使晶閘管在每個(gè)周期都在相同的控制角α下觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，也就是說(shuō)觸發(fā)信號(hào)應(yīng)與電源保持固定的相位關(guān)系。同時(shí)，為了使電路在給定的范圍內(nèi)工作，應(yīng)保證觸發(fā)脈沖能在相應(yīng)范圍內(nèi)進(jìn)行移相。為保證逆變工作安全可靠，對(duì)最小的逆變角βmin也應(yīng)加以限制，一般βmin=30176。～35176。5) 隔離輸出方式及抗干擾能力。觸發(fā)電路通常采用單獨(dú)的低壓電源供電，因此應(yīng)采用某種方法將其與主電路電源隔離。常用的是在觸發(fā)電路與主電路之間連接脈沖變壓器。此類脈沖變壓器需作專門設(shè)計(jì)。觸發(fā)電路正確可靠的運(yùn)行是對(duì)晶閘管設(shè)備的安全運(yùn)行極為重要的環(huán)節(jié)。引起觸發(fā)電路誤動(dòng)作的主要原因之一是從主電路或安裝在觸發(fā)電路附近的繼電器和接觸器引起的干擾。主電路的干擾常通過(guò)觸發(fā)電路的輸出級(jí)而進(jìn)入觸發(fā)電路，常用的抗干擾措施為：脈沖變壓器采用靜電屏蔽，串聯(lián)二極管、并聯(lián)電容等。由于全控橋式整流電路負(fù)載中含有電阻和電感，電感是大電感，因此電流是連續(xù)的。這里設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路采用鋸齒波同步
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