电路是电力电子装置的重要组成部分。为了 充分发挥电力电子器件的潜力保证装置的正常运行，必须正确 设计与选择触发电路与驱动电路。 晶闸管的触发信号可以用交流正半周的部分，也可用直流， 还可用短暂的正脉冲。为了减少门极损耗，确保触发时刻的准确 性，触发信号常采用脉冲形式。晶闸管对触发电路的基本要求有 如下几条 触发信号要有足够的功率 为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流 必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即 必须保证具有足够的触发功率。 触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步。 实现同步的办法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶 闸管主电压之间满足定的相位关系。 触发脉冲要有定的宽度，前沿要陡。 为使被触发的晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流 在触发脉冲消失前必须达到擎住电流，因此，要求触发脉冲应具 有定的宽度，不能过窄。 触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。触发脉冲的 移相范围与主电路的型式负载性质及变流装置的用途有关。 在这里采用集成触发器。 总体框架图与设计要求 图总体框图 此次课程可设计的主要内容 已知整流器负载为直流电动机，额定电压， 额定电流，电枢电阻，总电阻欧输入电压 输出电压，输出最大电流为 最小角为触发电路采用主变压器采 用联接主电路采用三相桥式全控整流电路。 二主要设计要求 整流变压器设计 二次相电压的计算 二次电流和次电流的计算 变压器容量的计算 晶闸管的选择 电网输入 交流 电压 输出 电压 三相桥 式整流 电路 过压过 流保护 电路 整流电 路 触发电 路 负载电 路 晶闸管保护设计 晶闸管过流保护 晶闸管过压保护 触发电路设计 同步变压器设计及同步电压的相位选择 三相触发电路设计双窄脉冲 触发电路供电电源设计 设计的原理和思路 本次设计的主要原理是三相桥式整流调速原理，通过对触发电 路可以改变触发角，继而对负载两端的电压进行控制输出，就可 以对电动机进行调速。 而在电机的运行过程中会出现过压或者过流现象，所以还要考虑 加上过压过流电路。本次设计采用电流传感器和电压传感器进行 过压过流保护，当出现过压或者过流时，触发电路的使能断就会 起作用，就负载进行调节。在电机启动时的启动电流很大，会对 整流电路的晶闸管起到破坏的作用，减小了管子的使用寿命，甚 至会破坏管子。所以在设计时就要根据电路要求对管子就行设计 来保护管子。触发电路供电电源的设计何整流变压器的设计都可 以通过整流来实现。 三设计内容 主电路 晶闸管相控整流电路有单相三相全控半控等，调速系 统般采用三相桥式全控整流电路。在变压器二次侧并联电阻和 电容构成交流侧瞬态过电压保护及滤波，晶闸管并联电阻和电容 构成关断缓冲快速熔断器直接与晶闸管串联，对晶闸管起过电 流保护作用。如图所示。 系统采用转速电流双闭环的控制结构，原理框图如图所示 两个调节器分别调节转速和电力，二者之间实行串级连接，转速 调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去 控制晶闸管的触发电路。从闭环反馈的结 变压器容量 检测电 路 给 定 电 路 电 流 调 节 控 制 电 路 触 发 器 过保护 电流检测 速 度 调 节 晶闸管的选择 在整流装置中晶闸管额定参数的选择，注意根据晶闸管整流 装置的工作条件，并适当考虑定的安全余量。 晶闸管额定电压的选择 晶闸管的额定电压是指断态重复峰值电压和反向重复峰 值电压中较小的值。因为晶闸管在不同电路中所承受的 峰值电压，考虑电源电压的波动及过电压保护等因素，选 用时，额定电压应为事迹所承受的峰值电压的倍。即 式中晶闸管额定电压 晶闸管实际所承受的峰值电压，。 晶闸管额定电流的选择 晶闸管的额定电流是按电流的平均值标定的，它是通态平均电 流的倍。即 使用时，要求而定电流大于实际流过晶闸管电流的最大有效值 ,即 式中计算系数 电流波形系数 负载评价电流 流过晶闸管的平均电流。 由于晶闸管的过载能力差，因而选用晶闸管的值应是实 际流过晶闸管电流的最大有效值的倍。即 由上式可知，若已知的值则可确定的值反之，若已 知的值，亦可确定的值。 晶闸管保护设计 的过电流保护 的过流保护电路可分为类类是低倍数的 倍的过载保护类是高倍数可达倍的短路保护。 对于过载保护不必快速响应，可采用集中式保护，即检测输 入端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值后比较器翻转， 封锁所有驱动器的输入脉冲，使输出电流降为零。这种过载 电流保护，旦动作后，要通过复位才能恢复正常工作。 能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与 该的导通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。 如饱和压降小于的允许承受的短路时间小于，而饱和压 降的允许承受的短路时间可达，时可达以 上。存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低，的阻抗 也降低，短路电流同时增大，短路时的功耗随着电流的平方加大， 造成承受短路的时间迅速减小。 通常采取的保护措施有软关断和降栅压种。软关断指在过流 和短路时，直接关断。但是，软关断抗骚扰能力差，旦检 测到过流信号就关断，很容易发生误动作。为增加保护电路的抗 骚扰能力，可在故障信号与启动保护电路之间加延时，不过故 障电流会在这个延时内急剧上升，大大增加了功率损耗，同时还 会导致器件的增大。所以往往是保护电路启动了，器件仍然坏 了。 降栅压旨在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维 持导通。降栅压后设有固定延时，故障电流在这延时期内被限 制在较小值，则降低了故障时器件的功耗，延长了器件抗短路 的时间，而且能够降低器件关断时的，对器件保护十分有利。 若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，驱 动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力。 的过电压保护 关断时，它的集电极电流的下降率较高，尤其是在短路 故障的情况下，如不采取软关断措施，它的临界电流下降率将达 到数。极高的电流下降率将会在主电路的分布电感上感应出 较高的过电压，导致关断时将会使其电流电压的运行轨迹超 出它的安全工作区而损坏。所以从关断的角度考虑，希望主电路 的电感和电流下降率越小越好。但对于的开通来说，集电极 电路的电感有利于抑制续流二极管的反向恢复电流和电容器充放 电造成的峰值电流，能减小开通损耗，承受较高的开通电流上升 率。般情况下开关电路的集电极不需要串联电感，其开通 损耗可以通过改善栅极驱动条件来加以控制。 本次设计采用电流和电压传感器进行过流何过压保护，其中还在 主电路中串联了熔断器起保护的作用。从电压传感器出来经过 个比较器，与给定电压进行比较，当电路中的电压高于给定电压， 即电机运行的安全电压，就会输出高电平。同理，电流传感器高 于安全电流时输出高电平。两个输出端经过个或门，再输入到 概述 随着电力电子器件的发展，大功率变流技术前进到个以弱 电为控制，强电为输出的新时代。直流电机调速系统由于它在技 术性能与经济指标上具有优越性，实施技术上也比较成熟，因此 在冶金机械矿山铁道纺织化工造纸及发电设备等行 业都得到了广泛的应用，已成为工业自动控制领域个及其重要 的组成部分。般工业生产中大量应用各种交直流电动机。直流 电动机有良好的调速性能，三相交流桥式全控整流是目前在各种 整流电路中应用最为广泛的电力电子电路，在运用到在直流电机 调速时可以采用这种电路。 三相交流桥式全空整流最初用途是传动控制，但目前应用的 新领域是各种直流电源设计。前者是三相交流桥式全控整流电路 的传统领域，后者则是它当前和未来发展的新领域。而高频大 功率高可靠性开关电源是当今电源变换技术发展的重要方向之 。 从我国的实际情况来看很好地采用三相桥式全控整流给直流 电机调速仍然有很广泛的应用市场。这对改善我国科技现状水平， 提高经济效益将起着重要作用，所以研究三相桥是全控整流直流 调速系统有着深远的意义，它不仅能够大大改善各种机车的调速 系统，为其提高安全快速低损耗的调速装置，在解决目前国 际各国所面临的能源无谓的消耗起到立竿见影的效果。 二设计的总体思路 直流电动机的调速方法 采用改变电动机端电压调速的方法。当额定励磁保持不变， 理想空载转速随减小而减小，各特性线斜率不变，由此可实 现额定转速以下大范围平滑调速，并且在整个调速范围内机械特 性硬度不变。变电压调速要有可调的直流电源，根据供电电源的 种类分两种情况是采用可控变流装置，将交流电转变为可调 的直流电。二是采用直流斩波器，在具有恒定直流供电电源的地 方，实现脉冲调压调速由于工矿企业中大多为交流电源，因此前 种情况应用最广。 晶闸管变流装置输出的直流脉动电压加在电抗器和电动 机电枢两端，起滤波作用以及保持电流连续。改变晶闸管触发电 路的移相控制电压，就可改变触发脉冲的控制角。，从而改变输 出平均电压的大小，实现平滑的调压调速。 调速系统的确定 双闭环调速 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设 置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和 电流负反馈。如图所示。图中，把转速调节器的输出当作电流 调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环转速环在外 边，称作外环。这就形成了转速电流双闭环调速系统。 从图可以看到在系统中设置两个调节器，分别调节转速和 电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套 或称串级联接。由此实现转速和电流两种负反馈分别起作用。 供电源的选择 由于我们输入的是交流电，而我们所要调节的是直流电机， 因此我们就要设计个可以将交流电转换为直流电的装置供直流 电机使用。这套装置我们即可以设计成整流装置。 图转速电流双闭环直流调速系统结构 对于整流装置我们可以分为单相半波整流电路单相桥式 整流电路三相半波整流电路三相桥式整流电路。对于电力电 子器件的选择我们有可以选择晶闸管等。就 本次设计而言，我们选择了晶闸管相控三相桥式整流电路，对于 具体的设计将在下面详细介绍。 触发电路的选择 触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要组成部分。为了 充分发挥电力电子器件的潜力保证装置的正常运行，必须正确 设计与选择触发电路与驱动电路。 晶闸管的触发信号可以用交流正半周的部分，也可用直流， 还可用短暂的正脉冲。为了减少门极损耗，确保触发时刻的准确 性，触发信号常采用脉冲形式。晶闸管对触发电路的基本要求有 如下几条 触发信号要有足够的功率 为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流 必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即 必须保证具有足够的触发功率。 触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步。 实现同步的办法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶 闸管主电压之间满足定的相位关系。 触发脉冲要有定的宽度，前沿要陡。 为使被触发的晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流 在触发脉冲消失前必须达到擎住电流，因此，要求触发脉冲应具 有定的宽度，不能过窄。 触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。触发脉冲的 移相范围与主电路的型式负载性质及变流装置的用途有关。 在这里采用集成触发器。 总体框架图与设