1、武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1設計目的1. HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 2設計任務1. HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 3主要技術(shù)參數(shù)1. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 4主電路圖2. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 5觸發(fā)電路和保護電路 3. HYPERLINK

2、l bookmark12 o Current Document 5.1觸發(fā)電路3. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 5。1。1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 5。1.2集成觸發(fā)器4. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 5.2保護電路5. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document .1過電壓保護5. HYPERLINK l bookmark24 o Current Doc

3、ument 。2過電流保護6. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 6電路參數(shù)計算及元器件選擇.7. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 6.1電路參數(shù)計算 7. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 6。2元器件選擇7. HYPERLINK l bookmark32 o Current Document .1晶閘管的選取 7. HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 。2變壓器的選取 8. HYPERLINK

4、 l bookmark36 o Current Document .3快速熔斷器選取8. HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 。4過電壓電路的元件選取 8 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 7主要節(jié)點電壓和電流波形 9. HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 設計小結(jié)1.3 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 參考文獻1.4武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書1設計目的1、把從電力電子技術(shù)課程中所學到的

5、理論和實踐知識，在課程設計實踐中全面綜合的加以運用，使這些知識得到鞏固、提高 ，并使理論知識與實踐技能密切結(jié) 合起來；2、初步樹立起正確的設計思想，掌握一般電力電子電路設計的基本方法和技能， 培養(yǎng)觀察、分析和解決問題及獨立設計的能力，訓練設計構(gòu)思和創(chuàng)新能力；3、培養(yǎng)具有查閱參考文獻和技術(shù)資料的能力， 能熟悉或較熟悉地應用相關手冊、 圖表、國家標準，為今后成為一名合格的電氣工程技術(shù)人員進行必須的基本技能 和基本素質(zhì)訓練。2設計任務1、通過查閱參考資料完成單相半控橋式品閘管整流電路的設計任務；2、繪制電氣控制原理圖，包括主電路圖及觸發(fā)電路圖 （或驅(qū)動電路圖），正確選 擇或設計元器件，訂列元器件目錄

6、清單;3、編制完整的設計說明書.3主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)數(shù)據(jù)：負載為反電勢、電阻負載，輸出功率500KW,移相范圍30g 150o反電勢E=70V設計條件：電源電壓：交流100V/50Hz(b)所示b)詐2延武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書4主電路圖每一個導電回路由1個晶閘管和1個二極管構(gòu)成。在也正半周，處觸發(fā)VTi,的 經(jīng)VTi和VD4向負載供電。在的負半周,處觸發(fā)VT3,向VT1加反壓使之關斷， 的經(jīng)VT3和VD2向負載供電。只有在由絕對值大于E時，才有晶閘管承受正電 壓，有導通的可能.晶閘管導通后產(chǎn)d =E)/r直至山| =,上即降至0似的晶閘管關斷，此后與普通單相全控橋式晶閘管整流電路

7、不同的是，加了負載加了反動電勢后，電路在半個周期內(nèi)導通角范圍為 上工-立其中8為停止導電角9 口 T叭肛。主電路圖和電路圖工作波形如圖1(a)和圖13)圖1單相半控橋式晶閘管整流電路，電阻、反電動勢負載時的主電路及波形武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書5觸發(fā)電路和保護電路5。1觸發(fā)電路5。1。1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路圖2為同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路。此電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個 品閘管同時導通的電路），也可為單窄脈沖。主要由一下三個基本環(huán)節(jié)組成 ： 脈沖的形成環(huán)節(jié)：由晶體管 V4、V5組成，V7、V8起脈沖放大作用?？刂齐妷?%。加在V4基極上。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器 TP

8、二次側(cè)輸出，其一次繞組 接在V8集電極電路中。脈沖前沿由V4導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路 時間常數(shù)R11C3有關。鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)：鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、 恒流源電路等，本電路采用恒流源電路。包流源電路方案由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路.同步環(huán)節(jié)：觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關系確定。鋸齒波是由開關 V2管來控制的。V2開關的頻率就是鋸 齒波的頻率一-由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導通變截止期間產(chǎn)生鋸 齒波一一鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負的過零點。V2

9、截止狀態(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度一-取決于充電時間常數(shù)R1C1。雙窄脈沖的形成環(huán)節(jié)：本方案是采用性能價格比優(yōu)越、每個觸發(fā)單元的一個周期 內(nèi)輸出兩個間隔60度的脈沖的電路，成為雙脈沖電路。當V5、V6都導通時，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。只要 V5、V6有一個截 止，都會使V7、V8導通，有脈沖輸出。第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的對應的控制角產(chǎn)生.隔60的第二個脈沖是由滯后 60相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生 （通過V6）.武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書2同步信H J轅襯能信篤I5V號為鋸齒波的觸發(fā)電路5。1。2集成觸發(fā)器集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小,功耗低，調(diào)試方便，已逐步取代分立

10、 式電路。與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似，分為同步、鋸齒波形成、移相、 脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。與分立原件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相 似。圖3為KJ004的管腳圖KJ004圖3 KJ004管腳圖武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書各管腳的說明如下表1所示：表1 KJ004各管腳功能功能輸出空鋸齒波形成-Vee(1k Q)地同步輸入綜合比較微分阻容封鎖調(diào)制+Vcc引腳號1、152、6、103、4578911、1213、1416由KJ004組成的脈沖觸發(fā)電路如圖4,其中劃線框內(nèi)為集成電路部分:圖4 KJ004電路原理圖5。2保護電路5。2.1過電壓保護電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓

11、分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要包括操作過電壓和雷擊過電壓等。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的關斷過程，包括換相過電壓和關斷過電壓。圖5給出了各種過電壓保 護措施及其配置位置.武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書圖5過電壓抑制措施及配置位置F一避雷器 D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓抑制電容RC1 一閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路 RC2一閥側(cè)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RC3一閥器件換相過電壓抑制用 RC電路RC4一直流側(cè)RC抑制電路 RCD-閥器件關斷過電壓抑制用 RCD電路5。2。2過電流保護電力電子器件運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，

12、可能會發(fā)生過電流。過電流分為 過載和短路兩種情況.圖6給出了各種過電流保護措施及其配置位置，其中快速 熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器是較為常用的措施 .一般電力電子裝置 均同時采用幾種過電流保護措施，以提高保護的可靠性和合理性。-fH-交流斷路器電流檢測_過上流短踞器 繼電器開關電路一1觸發(fā)電路動作電流 整定值電子保護電跆圖6過電流保護措施及配置位置武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書6電路參數(shù)計算及元器件選擇6。1電路參數(shù)計算根據(jù)主電路波形和其工作情況， 見的波形圖如圖1(b)所示，其平均值為d =大。29n品閘管提前了電角度8, H稱為停止導電角I _. E2675 = sm 兩=

13、267=砌r則 1:，一 1:u = 時，的=刖=0.85%； 口= 153,3口時，% = ?？梢姡诮堑囊葡喾秶?含30、150工 向負載輸出的直流電流平均值為內(nèi)-E% -0.45(0.8934 + cos a)riK品閘管VT1、VD4和VT3、VD2輪流導電，流過晶閘管和二極管的電流平均值 只有輸出直流電流平均值的一半，即1亞丁 = fdVD =亦整流電路輸出電壓的有效值為當”30,時，有“岫=107%,要求輸出功率為500W時有區(qū)=23。6.2元器件選擇晶閘管的選取晶閘管承受的最大反向電壓為:武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書110 2 =155。6V流過每個晶閘管的電流的有效

14、值為:故品閘管的額定電壓為:UN = (2*3)1556 = 311.2-466.87晶閘管的額定電流為: 為一（1,52）丁才=3,234,31JL. 口 /變壓器的選取因為此系統(tǒng)輸出功率為500W,且此系統(tǒng)變壓器低壓側(cè)電流與輸出電流有效值相 等.故要求變壓器的容量S大于500W且I大于3A.3快速熔斷器選取因為有“H近,故快速熔斷器可選取允許的最大電流為4Ao6.2.4過電壓電路的元件選取單相阻容保護的計算公式如下：6歷5S:變壓器每相平均計算容量（VA）;U2：變壓器副邊相電壓有效值（V）; i。:變 壓器激磁電流百分值；Uk%：變壓器的短路電壓百分值.取i 0 %=4%,uk%=5%得

15、到 C=10mF,R=59武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書7主要節(jié)點電壓和電流波形使用MATLAB進行電壓和電流波形的觀察，進入 MATLAB中的simulink,創(chuàng)建 一個新的model,找到所需的原件，繪制單相橋式全控品閘管整流電路如圖 7所 示。設置好各個元器件的參數(shù)，然后進行仿真。再雙擊示波器觀察波形圖。分別對 ； 角為30。、60。、9。、120, 150。進行仿真。得到的結(jié)果如圖8、圖9、圖10、 圖11、圖12所示。加一武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書圖7單相半控橋式晶閘管整流電路的設計圖88三時的仿真波形圖圖9比二更I時的仿真波形圖10武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設

16、計說明書圖10 u=901時的仿真波形圖11圖11 口= 120時的仿真波形圖圖8 0二150時的仿真波形圖12武漢理工大學電力電子技術(shù)課程設計說明書設計小結(jié)這次課程設計讓我明白了很多關于電力電子技術(shù)方面的知識， 尤其是在課本中沒 有完全介紹的。要完成這次課程設計，關靠書本知識是遠遠不夠的，所以我查閱 了很多關于電力電子的書籍，并且也通過網(wǎng)絡查到了很多相關的知識，為這次課程 設計做了很多幫助。對于課程設計的內(nèi)容，首先要做的應是對設計內(nèi)容的理論理解， 在理論充分理解 的基礎上,才能做好課程設計，才能設計出性能良好的電路。整流電路中，基本元件的選擇是最關鍵的，開關器件和觸發(fā)電路選擇的好，對整流電路的性能指標影 響很大。設計過程中，我明白了整流電路，尤其是單相半控橋式整流電路的重要性以及整 流電路設計方法的多樣性。這次的課程設計是我設計時間最長的一次， 也是收獲最大的一次。雖然設計過程 中遇到很多問題，尤其是保護電路的設計，因為課上沒有講到保護電路的內(nèi)容， 保護電路的理解不夠全面，設計的時候是一頭霧水，但還是在老師的幫助下，我 解決了。另外通過這次課程設計，我對文檔的編排也有了一定的掌握，這對于以后的畢業(yè) 設計及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設計的同