1、電力電子課程設計（單相全橋逆 變電路）課程設計指導教師評定成績表項目分 值優(yōu)秀 (100>x 90)良好 (90>x 80)參考標準參考 標準學習 態(tài)度15學習態(tài) 度認 真，科 學作風 嚴謹， 嚴格保 證設計 時間并 按任務 書中規(guī) 定的進 度開展 各項工 作學習 態(tài)度 比較 認真， 科學 作風 良好， 能按 期圓 滿完 成任 務書 規(guī)定 的任 務中等 (80>x 70)及格 (70>x 60)不及格 (x<60)評 分參考參考參考標標準標準準學習學習學習馬態(tài)度態(tài)度虎，紀尚好，尚可，律渙遵守能遵散,工組織守組作作風紀律，織紀不嚴基本律,能謹，不保證按期能保證設計完

2、成設計時時間， 按期 完成 各項 工作任務間和進 度設計合設計設計設計設計不理、理合理、合理，基本合理，論分析理論理論合理，理論分與計算分析分析理論析與計正確，與計與計分析算有原實驗數算正算基與計則錯據準確，實本正算無誤,實確，有驗數確,實大錯，驗數據很強的據比驗數實驗不可t不實際動較準據比數據靠,實ZNIOC手能確，有較準無大際動手j頭Zo力、經較強確,有錯能力蝦冃匕濟分析的實一定差,文刀能力和際動的實獻引計算機手能際動用、調應用能力、經手能査調研力，文濟分力,主有較大獻查閱析能要文的問題能力力和獻引強、引計算用、調用合機應査調理、調用能研比查調研 非常合 理、可 信力，文 獻引 用、調 查

3、調 研比 較合 理、可 信較可 信創(chuàng)新10有重大 改進或 獨特見 解，有 一定實 用價值有較 大改 進或 新穎 的見 解,實 用性 尚可有一 定改 進或 新的 見解有一 定見 解觀念陳舊論文 （計 算 書、 圖 紙）50結構嚴V-I-Urrrt謹，邏 輯性 強，層 次清 晰，語結構 合理， 符合 邏輯， 文章 層次結構 合理， 層次 較為 分明， 文理結構 基本 合理， 邏輯 基本 清楚，內容空 泛，結 構混 亂，文 字表達 不清，撰寫亠泄S f分明，質量確，文語言字流準確，物，兀文字全符合流暢，規(guī)范化符合要求，規(guī)范書寫工化要整或用求，書計算機寫工打印成整或文；圖用計紙非常算機工整、打印清晰成

4、文； 圖紙 工整、 清晰通順，文字錯別字基本尚通較多，達到順,勉達不到規(guī)范強達規(guī)范化化要到規(guī)要求；求,書范化圖紙不寫比要求；工整或較工圖紙不清晰整;圖比較紙比 較工 整、清晰工整指導教師評定成績：指導教師簽名：年 月 日重慶大學本科學生課程設計任務書課程設計題目單相交流調壓電路裝置設計學院自動化學院己知參數和設計要求:專業(yè)自動化20051、已知參數:（1）輸入參數交流輸入電壓Ua. Ub、UC（2）輸出參數 2、設計要求輸出負載:電壓UO設計主電路、設計觸發(fā)電路和保護電路、推導主電路晶閘管參數的表達式、繪制主電 路、觸發(fā)電路和保護電路電路圖。學生應完成的工作：K明確自己課程設計的設計目的、設計

5、內容和 設計要求，明確所要設計裝置（或電路）的 主要技術數據（如輸入要求，輸出要達到的 目標，裝置容量的大小以及裝置要具有哪些 功能）2、通過鹵書館和InteI網廣泛檢索和閱讀自己 設計題目方向的文獻資料；沢確定適應自己的課程設計主電路方案；4、完成主電路中電力電子器件的參數計算；5、完成控制電路及保護電路設計（畫出電路 圖）；6、撰寫課程設計說明書。目前資料收集情況（含指定參考資料）：1王兆安，黃俊電力電子技術機械工業(yè)出版社.2008. 周守昌電路原理高等教育出版社.238-2393 索育.串聯補償逆變電路的電壓累加現象 研究.濟寧師范專科學校學報.20074 楊嘉昌，魯五一，張宏亮釆用TC

6、A785對 晶閘管觸發(fā)電路改造2006.課程設計的工作計劃:1、十七周周教師講述課程設計的目的、任務、要求和注意事項；2、十七周周二完成文獻檢索，在閱讀分 析所檢索文獻的基礎上確定課程設計總體方 案（包括主要技術數據）；3、十七周周三一一主電路設計；4、十七周周四一一控制電路及保護電路設計;5、十七周周五整理資料，撰寫課程設計論文。任務下達日期2007年12月 29完成日期2008年 1月 §日 日指導教師（簽名）學生名）（簽說明：學院、專業(yè)、年級均填全稱，如：光電工程學院、測控技術、2003o摘要本次課程設計的主要目的是設計一個輸岀電壓可調的串聯諧振單向全橋逆變電路，然后可以用于對

7、工件的感應加熱、感應加熱電源等方面。本次設計的單相全橋逆變電路由四只晶閘管構成，將直流電壓Ud逆變?yōu)橹?頻方波電壓，并將它加到負載電路。負載電路是由感應線圈和補償電容組成的 串聯振蕩電路，對工件進行感應加熱，通過電感的電流接近正弦波形。而晶閘 管的導通，則由TCA785組成的觸發(fā)電路產生的觸發(fā)脈沖來觸發(fā)其導通。通過移 相方式來調節(jié)主電路輸出電壓脈沖的寬度。由于晶閘管逆變裝置在逆變過程中 會產生過電壓、過電流，故又對單相交流調壓電路設計了一套保護電路。在進行主電路的設計時，根據主電路的輸入、輸出參數來確定各個電力電 子器件的參數，并進行器件的選擇，以使設計的主電路能夠達到要求的技術指 標，并完成

8、相應的功能。關鍵詞：單相全橋逆變電路、晶閘管、觸發(fā)電路、保護電路、電壓累加1引言目錄 11.1問題的提出技 術 指 標 和 設 計 要 11.2.1 技術指標 11.2.2 設計要求 12串聯諧振單相全橋逆變電路的設計.12. 1主電路及其工作原理 12.2串聯諧振逆變電路的電壓累加.33主電路電力電子器件參數的計算63. 1主電路電阻、電容、電感的取值63.2晶閘管額定值的計算.74觸發(fā)電路的設計.85保護電路的設計 .105.1過電壓保護 .105.1過電流保護.106總結117心得體會.11參考文獻 .121引言1.1問題的提出隨著工廠對工件加熱設備的溫度控制梢度不斷提高，普通的加熱設備

9、已經 不能滿足要求。因此，就需要對設備的加熱原理進行改進。本次設計的串聯諧 振單相全橋逆變電路的負載電路是由感應線圈和補償電容組成的串聯振蕩電 路，對工件進行感應加熱，其功能與一般的單相全橋逆變電路有所不同，而且 它的觸發(fā)電路與其他電路的觸發(fā)電路相比起來，有更優(yōu)良的性能，達到對晶閘 管通斷的更好控制。1.2技術指標和設計要求1.2.1技術指標(1) 輸入參數：三相交流電壓比、(2) 輸出參數：交流電壓叫1.2.2設計要求串聯諧振單相全橋逆變電路的設計晶閘管額定電壓、電流表達式的推導觸發(fā)電路的設計保護電路的設計繪制主電路、觸發(fā)電路和保護電路的電路圖2串聯諧振單相全橋逆變電路的設計2.1主電路及其

10、工作原理串聯補償逆變電路的結構如圖1所示。它由三相晶閘管全控整流橋、平波電感厶八 濾波電容Q、單相全控橋式逆 變電路、續(xù)流二極管、串聯諧振逆變器負載構成。三相晶閘管全控整流橋將正弦的工頻交流電整流成脈動的直流電Ud,可通 過調節(jié)直流電壓"d來調節(jié)負載電流。平波電感Ld在此起切斷直流通路的作用。由于要求恒壓源供電,所以需要一個很大的濾波電容C,當Cd足夠大時,可 以認為輸入電壓是恒壓匕。在電路還沒開始工作前，電容Cd就通過電網儲能, 以便于啟動逆變電路。由四只晶閘管構成的單相全控橋式逆變電路將直流電壓Ud逆變?yōu)橹蓄l方波 電壓,并將它加到負載電路。負載電路是由感應線圈和補償電容組成的串聯

11、振蕩 電路,對工件進行感應加熱。通過電感的電流接近正弦波形。與并聯補償逆變電路的強迫換流工作方式不同，串聯補償逆變電路是通過 自然換流來實現工作晶閘管之間轉換的,其工作原理如下：第一階段：首先觸發(fā)晶閘管SCR1、SCR4,電流通過正端流入,經過SCR1、串 聯振蕩負載、SCR4,再由負端流出,此時補償電容C充上了左正右負的電壓。第二階段：由于電流波形為正弦波，當電流變?yōu)樨摰臅r候，電流就通過與 SCR1> SCR4同橋臂的續(xù)流二極管DI、D4續(xù)流,同時給SCR1、SCR4加上了反壓, 使 SCRl、SCR4 關斷。第三階段：經過一段時間,當SCR1、SCR4完全關斷后,我們同時觸發(fā)晶閘管S

12、CR2和SCR3o此時由于晶閘管SCR2、SCR3兩端均加有正壓,因此馬上就能導通。 電容C通過續(xù)流二極管D1、晶閘管SCR2回路和續(xù)流二極管D4、晶閘管SCR3回 路放電。當電容C放電完成后,續(xù)流二極管DI、D4中不再通過電流,整個回路電 流走向為:正端流入,經過SCR2、串聯振蕩負載、SCR3,負端流出。電容C開始反 充電,充上左負右正的電壓。第四階段：當電流再一次變?yōu)樨摃r,電流將通過續(xù)流二極管D2、D3續(xù)流,同 時給SCR2、SCR3加上反壓,使晶閘管SCR2、SCR3關斷。第五階段：當SCR2、SCR3關斷后,我們觸發(fā)SCR1、SCR4,電容C通過D2、 SCRI回路和D3、SCR4回

13、路放電。當電容C放電完成后,續(xù)流二極管D2、D3中不 再通過電流,整個回路電流走向為:正端流入,經過SCR1、串聯振蕩負載、SCR4, 負端流出。電容C開始充電,充上左正右負的電壓。以后開始重復以上過程。由上述分析可知,不管有沒有觸發(fā)脈沖,工作的兩只晶閘管都會自動關斷, 而另外兩只晶閘管在前兩只晶閘管關斷后才被觸發(fā)導通，因此串聯補償逆變電 路為自然換流過程。2. 2串聯諧振逆變電路的電壓累加要討論串聯補償逆變電路的電壓累加,先得從它的等效電路分析著手:圖2 串聯補償逆變電路等效電路>PL/r1ULUCUK圖2串聯補償逆變電路的等效電路圖為分析其工作過程，我們首先對簡單串聯逆變電路進行計算

14、分析，如圖2所示，其中R為爐體的等效電阻，C為補償電容，厶為爐體電感。誼）為輸入電流。輸入電壓匕O由電路方程有：Ud =UR+Uc+U(1)帶入各電壓表達式，有:tj =Z(r)/?+ -z()J+ L C,Clt對(2)式做拉普拉斯變換，可得: = L5(5) + (5) + -SCS化簡可得:1R +$ +L 厶C其特征方程為:當?卜。時，方程式的解為衰減解,(2)(3)(4)(5)RLC回路不能形成振蕩,不能滿足工作需要。因此，必須滿足:-<0,即I： LL LcR1a =,卩=一.2L2 V LC Ii4 R2代入(4)式有:對(6)式進行拉普拉斯逆變換，代入初始條件：CZc(O

15、) = Oj0(O) = O,可(6)(7)得:(8)tl時刻，Q上的電壓:cos(0rj+Sin(0F)(9)在這里'我們假設在電流過零的時刻就進行工作晶閘管的轉換，即假設此時 負載電路不經過反并聯二極管續(xù)流'工作的晶閘管就能立刻關斷'并且在關斷 同時觸發(fā)另外兩只晶閘管。則充電時間 = 代入(9)式可得,第一輪充電結束后,電容Q的電壓為:UCi =S 1 + 幺 (10) /第二輪充電其初值條件變化為：_a_1(0) = 0 , UCI(O) = U 1 + e r(11)同理，列出方程：L晉+R+m出=S+u(12)由此可得當第二輪充電結束后，電容C的電壓為： -

16、-(13)dt-Uc=Uc+Ud- Ue同理，我們可得到第力輪充電后很卩第刀個半波后丿諧振電容C上的電壓為:(14)a-e 當電路達到穩(wěn)態(tài)時，將有:UCtl =Ug =UC(15)a一7-e此時穩(wěn)態(tài)電容C上的電壓為：(16)電感上Z上的電壓為：2(17)UL=UCUd=Ud-n1-e 由以上分析可以看出，串聯補償逆變電路有電壓累加,諧振電容上的電壓每 半波都有一個疊加過程,直到逆變回路工作于穩(wěn)態(tài)。電容C和電感L上的電壓會 逐漸升高,最后的穩(wěn)態(tài)電壓會是電源電壓的3-5倍。（上邊計算中,我們把負載 等效電路等效為等效電阻R與感應線圈L串聯,只是為了證明諧振電容上的電壓 積題過程,如果將電阻等效為與

17、電感并聯,計算過程比較麻煩,不容易得出方程 的解。為此,我們假設等效電阻與電感串聯,來簡化計算過程。）這是串聯補償逆 變電路的第一個特性:電壓累加。由串聯補償逆變電路的工作原理可知，串聯補償逆變電路的第二個特點為: 自然換流。每一次電流反向以后,通過續(xù)流二極管的續(xù)流過程給工作的晶閘管加 上反壓,使其關斷。任何時候最多只有兩只晶閘管處于導通工作狀態(tài)。因為是自然換流過程,所以串聯補償逆變電路不存在臨界阻尼影響起振的現 象,這是串聯補償逆變電路的一個優(yōu)勢。3主電路電力電子器件參數的計算3.1主電路電阻、電容、電感的取值根據主電路中發(fā)生串聯諧振的條件，可得:Z(M)=R + jL+ jC=R + jR

18、eZ(j) = RmZ（j） = LCoC當感抗等于容抗，即:CoL =COC主電路發(fā)生串聯諧振。3. 2晶閘管額定值的計算把幅值為叫矩形波Wo展開成傅里葉級數得:Sin t + - Sin 3t +Sin 5t + 35其中基波的幅值“0加和基波有效值分別為:WobH = =L27S =仝邑=0.9匕Tt晶閘管兩端電壓HVT在一個周期內的波形圖為：前半個周期電壓為0,后半 個周期電壓為心，因此，晶閘管兩端承受的電壓有效值為:晶閘管承受的最大電壓為：Ud因此，計算可得晶閘管的額定電壓為:f =(23)/由(7)式可得，晶閘管電流有效值:SineCOS（0 + 0）COSo式中，Z = J/?2

19、+()2 ÷C晶閘管的額定電流為:Z)P "2)禽4觸發(fā)電路的設計晶閘管觸發(fā)電路的作用是產生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需 要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發(fā)電路往往包括：對其觸發(fā)時刻進行控制 的相位控制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出電路。在本文晶閘管變流裝置中，要使主電路正常工作，必須要有觸發(fā)電路與之 正確可靠的配合才能實現。因此就要設計一個合理的觸發(fā)電路。本次設計的主電路采用的控制方式為移相調壓，即通過移相的方式來調節(jié) 輸出電壓脈沖的寬度，實現主電路的調壓功能。該主電路對觸發(fā)電路的要求有 以下幾點：1）觸發(fā)脈沖必須有足夠的功率，保證在允許的工作溫度范圍內，對所有 合

20、格的元件都可靠觸發(fā)。2）觸發(fā)脈沖應有足夠的寬度。3）觸發(fā)脈沖的相位應能夠根據控制信號的要求在規(guī)定的范圍內移動。4）觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓必須同步。5）觸發(fā)電路與主電路之間有必要的電氣隔離。由主電路的設計可知，觸發(fā)電路輸出的觸發(fā)信號是用來控制各個晶閘管的 導通，根據以上主電路對觸發(fā)電路的要求，設計出如圖（3）所示的觸發(fā)電路。 這里采用了 TCA785觸發(fā)電路，該電路內部由脈沖形成與放大環(huán)節(jié)、鋸齒波的形 成和脈沖移相環(huán)節(jié)、同步環(huán)節(jié)、脈沖相位控制。它可以有效的控制晶閘管的通 斷，即可有效的控制逆變輸出電壓、電流的大小。5保護電路的設計由于晶閘管變流裝置在運行過程中會不可避免的產生過電流、過電壓。故 就需要對其加相應的保護電路。5. 1過電壓保護主電路的過電壓保護措施有：阻容保護、壓敏電阻保護、浪涌過電壓保護。 阻容保護又分為交流側阻容保護和器件側阻容保護。對于晶閘管關斷過程中產 生的尖峰狀的瞬時過電壓保護采用的就是器件側阻容保護。加上阻容后，當晶 閘管關斷時，變壓器電流可通過RC續(xù)流，減小didtf從而抑制了過電壓。各 種過電壓保護電路如圖（5）所示。5. 2過電流保護可用作過電流保護的電器有：快速熔斷器、交流斷路器、直流快速熔斷器。圖（4）給出了這些過電流保護措施以及它們在電路中的位置。如圖4,交流斷路器、快速熔斷器、宜流快速熔斷器都是串聯在主電路中的。6總結本次設計的串聯諧振單向