附件1:武溪理工大學自動化1001班張帆武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書學生姓名：張帆專業班級：自動化1001班題目：單相可控變流器的設計要求完成的主要任務：指導教師簽名：年月系主任(或責任教師)簽名：年月日武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書摘要1設計背景...........12系統方案選擇 13單元電路設計 3 33.1.1工作原理分析 33.1.2整流電路參數計算 43.1.3整流變壓器參數計算 5 63.2.1晶閘管主要參數 63.2.2晶閘管選取原則 83.2.3晶閘管對電網的影響 93.2.4系統功率因數計算 93.3觸發電路設計 3.3.2觸發電路設計 3.4.1過電壓保護設計 3.4.3電流上升率di/dt的抑制 4系統總電路圖 5.2參數設計 21 22武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書11設計背景2系統方案選擇如圖1是單相半控橋式整流電路，它的優點是：線路簡單、調整方便。弱武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書2單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電和保護后的信號輸入整流電路中。整流電路中的晶作，以發揮整流電路的整流作用。由以上分析得出系統總體框圖如圖3:武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書3保護電路保護電路整流電路驅動電路控制電路直流負載電路220v交流電3單元電路設計3.1單相可控主電路設計參數計算43.1.2整流電路參數計算53.1.3整流變壓器參數計算6對于可逆直流調速系統取α(30°~35°),不可逆直流調速系統取α(10K——變壓器的匝數比。由于整流變壓器流過的電流通常都是非正弦波，所以其電流、容量計算與線路型式有關。單相橋式可控整流電路計算如下：大電感負載時變壓器二次電流的有效值為I?=Ia=I=40A3.2晶閘管電路對電網的影響及其功率因數3.2.1晶閘管主要參數78的波形系數，用3.2.2晶閘管選取原則一、所選晶閘管電流有效值In大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值。值，所以該額定電流也為最小值)考慮到2倍裕量，取20A.即晶閘管的額定電流至少應大于20A。三、若散熱條件不符合規定要求時，則元件的額定電流應降低使用。波半個周期內陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.4～1.2V。電流容量大小而定。的門極電流，一般為毫安級。閘管從斷態到通態轉換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書91)無功功率會導致電流增大和視在功率增加，導致設備容量增加。2)無功功率增加，會使總電流增加，從而使設備和線路的損耗增加。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。1)諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發生火災。3)諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，會使上述1)和2)兩項的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。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。5)諧波會對臨近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量，重為防止諧波危害，晶閘管裝置可以采取措施抑制諧波，其辦法大致有：(1)諧波次數越高，其幅值就越小，增加供電的相數就能顯著減小諧波的次數。(2)入端對這些諧波分量進行濾波。(3)減小相位角α。因此可得基波電流有效值為：i?的有效值I=Id,可得基波因數為：又因為，電流基波與電壓的相位差就等于控制角α,所以位移因素為：所以，功率因數為：3.3觸發電路設計3.3.1觸發電路的選擇1)觸發信號可以是交流，直流或脈沖形式。由于晶閘管觸發導通后，門極即失去控制作用，為減少門極損耗，一般觸發信號采用脈沖形式。2)觸發脈沖信號應有一定的功率和寬度。觸發電路的任務是提供控制晶閘管的門極觸發信號。由于晶閘管門極參數的分散性以及其觸發電壓、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，觸發電流、電壓必須大于門極觸發電流Icr和觸發電壓Ucr,即脈沖信號觸發功率必須保證在各種工作條件下都能使晶閘管可靠導通，觸發脈沖信號應有一定的寬度，脈沖前沿要陡，保證觸發的晶閘管可靠導通。如果觸發脈沖過窄，在脈沖終止時主電路電流還未上升到晶閘管的掣住電流，則晶閘管會重新關斷。對于三相全控橋式整流電路，要求觸發脈沖信號是間隔60°的雙窄脈沖或大于60°小于120°的寬脈沖或脈故應采取圖3所示的強觸發脈沖。強觸發電流幅值為觸發電流值的5倍左右，前沿陡度應不小于0.5A/μs,最好大于1A/μs;強觸發寬度對應時間t2應大于4)觸發脈沖的同步及移相范圍。為使晶閘管在每個周期都在相同的控制角武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書5)隔離輸出方式及抗干擾能力。觸發電路通常采用單獨的低壓電源供電，沖(也可輸出單窄脈沖),它適用于對觸發電路要求較高的晶閘管整流電路。我們選取電力電子實驗箱專用鋸齒波觸發電路TCA785(如圖5)產生觸發脈 武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書定時控制與2基準電源8鋸齒波電壓產生器放電管邏運算Q放電監控比較器同步寄存器移相比較器Vsmk53圖5鋸齒波觸發電路TCA785原理圖3.3.2觸發電路設計我們設計的脈沖觸發電路如圖6,接下來就以該電路分析觸發電路的觸發圖6鋸齒波觸發電路TCA785工作電路圖穩定性對整個電路的性能有很大的影響。該電路中，基準電壓的典型值為3.1V,武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書運生，他的電容C10通過一個固定的電流(由R9確定)充電。如果鋸齒波電壓V10超過了控制電壓V11(觸發角度9),信號就作為邏輯信號處理。根據控制武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書VsSynchronizationVsSynchronizationwolloge03.4過電壓保護與過電流保護電路設計在電力電子電路中，除了電力電子器件參數選擇合適、驅動電路設計采用武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書晶交流側自動開關或直流側接觸器跳閘。其動作時間約為100~200ms,因此只能1)直流快速開關對于大容量高功率經常容易短路的場合，可采用動作時間只有2ms的直流快速開關。它的斷弧時間僅有25~30ms,裝在直流側可有效的用于直流側的過載2)快速熔斷器元件。晶閘管過流保護措施有以下幾種。交流短路器交流短路器的作用是當過3)進線電抗器4)過電流繼電器熔斷器，簡稱快熔。其熔斷時間小于20ms,能很快的熔斷，達到保護晶閘管的快熔的選擇：快熔的額定電壓URN不小于線路正常工作而不是根據元件型號上標出的額定電流IT來選擇，一般小于被保護晶閘管的額定有效值1.57IT。如圖8:3.4.3電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區域，局部電流密度很大，然后以0.1mm/μs的擴展速度將電流擴展到整個陰極面，若晶閘管開通時電流上升率di/dt過大，會導致PN結擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯入電感。如下圖9所示：3.4.4電壓上升率dv/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應有所限制，如果dv/dt過大，由于晶閘管結電容的存在而產生較大的位移電流，該電流可以實際上起到觸發電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴重時引起晶閘管誤導通。為抑制dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯R-C阻容吸收回路。如圖10所示：4系統總電路圖經以上分析最終，該系統電路主要由六部分構成，分別為交流電源、保護電路、整流電路、控制電路、驅動電路和負載電路構成。如圖11。5.1MATLAB建模O圖11系統電路的MATLAB建模5.2參數設計(1)主控電路參數設計武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書Latchingcurrentandturn-offtinearenotmodeledForwardvoltageVf(V):LatchingcurrentI1Turn-offtineTq(s):0圖12晶閘管設置ImplementsaseriesbranchofRLCelementsImplementsaseriesbranchofRLCUsethe'Branchtype'parametertoadd圖13阻感負載設置(2)交流電源參數設計ACVoltageSource(m00圖13交流電源設置(3)脈沖參數設計PulsetypedeterminesthecomputatTime-basedisreconmendedforusewithavariabsolver,whileSample-basedisfixedstepsolverorwithinadiscretTime(t):UsesimulationtPulseWidth(%ofperiod):PulsetypedeterminesthecomputationaltTine-basedisrecomnendedforusevithsolver,whileSample-basedisPulsetype:IimePulseWidth(%ofperiod):X圖13脈沖參數設置阻感負載分別在觸發角為30、60、90度時的波形如圖14到16。武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書武漢理工大學《電力電子技術》課程設計說明書我對電力電子該課程產生了濃烈的興趣。整流電路的設計方法多種多樣，且根優點。對于一個電路的設計，首先應該對它的理論知識很了解，這樣才能設計出性能好的電路。整流電路中，開關器件的選擇和觸發電路的選擇是最關鍵的開關器件和觸發電路選擇的好，對整流電路的性能指標影響很大。在這次課程要選擇一個適合本課題的保護電路就比較難。后來經老師還有同學的幫助，選地去做，你連任務都不清楚從何做起呢。接