装置功率放大倍数大，可达以上，与直流发电机组相比，要高三个数量级。快速响应好，变流机组为秒级而晶闸管为毫秒级。功耗低效率高，节能效果显著。它是静止式电子装置，体积小，重量经，无噪声，无火花磨损，维护方便，可靠性高。缺点晶闸管元件的电压电流过载能力差，必须设置可靠的保护措施。晶闸管采用移相触发时，出现非正弦电压与电流，使电网波形畸变产生高次谐波导致电网质量下降。移相控制在控制角大时，功率因数低。以上不足随着元件质量的提高保护措施的成熟以及电路设计的改进，正在逐步被克服。电力半导体变流技术的发展方向为进步提高晶闸管器件的性能，除普通晶闸管向高电压大电流发展外，还大力研制生产特殊的晶闸管，如双向可关断逆导场控光控晶闸管等。功率器件由单个结构向模块结构发展，即由几个功率器件芯片组成个模块，缩小体积，减少连线，以方便使用。近几年国际上已发展了功率集成电路，功能上含有逻辑控制功率保护以及传感与测量等部分，更进步的则含有微机控制部分。新型功率器件发展迅速。晶闸管与大功率晶体管类是靠门极基极的电流变化来实现器件的工作的，目前已出现靠电场来改变基区中空间电荷层的宽度的器件，以便控制电流通道的夹断或打开，这类器件有静电感应晶体管和静电感应晶闸管。另类是靠电场来改变沟道的导电类型使器件开关，这类器件有功率管和绝缘门极晶体管。这两类器件已完全进入生产实用阶段。本文主要介绍以晶闸管为整流原器件的直流稳压电源的设计。包括晶闸管元件可控整流主电路设计控制电路设计触发控制电路设计及过压过流保护设计。在进行设计时，要着重物理概念与基本分析方法，要理论联系生产实际，做到元件电路应用三方面相结合。要特别注意各种电路的波形与相位分析，从波形分析中进步理解电路工作情况，同时要注意读图与分析线路能力的培养。由于本设计实践性很强，要特别重视动手能力的锻炼，提高接线测量调整以及故障分析的能力。本设计内容丰富，涉及高等数学电子技术基础电机与拖动等课程的知识，需要学习时复习相关课程与进行踪合运用。主电路设计包括整流变压器设计晶闸管的选用整流方式的选用以及滤波电路的设计。其主要构造如图。图整流晶闸管和三相桥晶闸管特性本设计整流元件使用晶闸管，它有下列特性晶闸管的导通条件在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的门极和阴极间也加正向电压，两者缺不可。晶闸管旦导通，门极即失左控制作用，因此门极所加的触发电压般为脉冲电压。晶闸管从阻断变为导通的过程称为触发导通。门极触发电流般只有几十毫安到几百毫安而晶闸管导通后，可以通过几百几千安的电流晶闸管的关断条件使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。维持电流是保持晶闸管导通的最小电流。主电路图为三相桥式全控整流电路，它可以看作是组共阴接法和另组共阳接法的三相半波可控整流电路申联而成的。共阴组在正半周导电，图三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。为使时及时三相桥式整流电路输出波形图负载电流连续平滑，有利于直流电动换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，流经变压器的电流为正向电流共阳组在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流如图。变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。被要串入电感量足够大的平波电抗器，这样就等同于含有反电动势的大电感负载。图是三相桥式全控整流电路在和及时的波形图。定量计算整流输出电压平均值对于大电感负载，在。范围，负载电流连续，晶间管导通角均为。输出整流电压波形连续，整流输出电压平均值为式中变压器二次测得电压有效值。负载电流平均值为式中直流电动机电枢反电动势回路总电阻，它包括电抠绕组电阻平波电抗器及整流变压器等效内阻等。整流变压器二次侧绕组电流有效值为由于波形是方波见图中矩波形，而且周内有三分之二时间在工作，所以，二次侧绕组指星形接法电流有效值为流过晶闸管的电流平均值有效值和晶闸管承受的最高电压由于流过晶闸管的电流是方波，周期内每管仅导通三分之时间，所以，流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为品闸管两端承受的最高电压与三相半波样，为线电压的最大值，即综上所述，三相桥式全控整流电路输出次绕组线径计算二次绕组线径计算晶闸管的选用晶闸管的额定电流的有效值可以根据通态电流定义。求出两者关系为。此式表明额定电流为的晶闸管能通过晶闸管的实际电流欧效值。根据便流装置的形式负载平均电流晶闸管导通角，可以求出通过晶闸管得实际电流有效值。考虑到晶闸管的过载能力差，在选择晶闸管的额定电流时取实际需要值的倍，使之有定的安全裕量，保证晶闸管可靠运行。额定电压取实际需要要值的倍。根据有效值相等的原则，通常按下式计算晶闸管的额定电流取晶闸管的额定电压取滤波电路实际应用的整流器会产生大量谐波电流流入电网，导致供电电压畸变，对电网造成谐波污染。对此，可以采用多种积聚方法。其中，滤波器出现最早，虽然出现些较难克服的缺点，但因其具有结构简单设备投资较少，运行可靠性较高运行费用较低等优点，因此至今仍是应用最多的方法。本设计利用六脉波整流器整流。整流器工作时会产生谐波电流流入交流电网侧。当整流器工作在理想条件下，其产生的谐波为特征谐波。整流器的特征谐波次数取决于其脉波数。脉波整流器的特征谐波次数为滤波器也称为无源滤波器，由电容器和电抗器组成。本设计的滤波器中，电抗器串联于主电路输出端，电容器并联于主电路输出端，其参数计算如下。滤波器式中整流器相数，三相全波整流时。电源频率。滤波电感量。滤波电容量。则计算得的设计与计算本设计中滤波电感的铁心已经给出，其面积为。输出电流为，磁密线性，线圈匝数为，气隙为由于已知，且。则电容的计算值为过电压保护过电压产生原因及分类过电压保护措施过电流保护快速熔断器保护保护电路的计算交流侧浪涌过电压抑制用电路计算注意以电路星形联结为依据，当作三角联结时，电容取星形联结计算值的，而电阻取星形联结计算的倍。晶闸管保护计算，取取第四章控制电路控制电路采用双闭环控制，控制电路的分析电流互感器及整流部分电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器以下简称电流互感器，它的工作原理和变压器相似。电流互感器的特点是次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比。因为次线圈额定电流己标准化，二次线圈额定电流统为或安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。还可以近似地表示为互感器二次线圈的匝数比，即式中为二线圈的匝数。本设计二次线圈额定电流为。电压调节器与电流调节器桌面沈彩杰控制电路图电流互感器继电器常开主电路继电器常闭控制电路的设计计算根据先内环后外环的原则，先设计电流调节器，后设计电压调节器。电流调节器的设计已知电源输出为，相当于接的负载。即晶闸管整流装置采用三相桥式电路，则晶闸管放大系数。电流反馈滤波时间常数，输出限幅值，最大电压给定，动态超调电流，系统回路电阻取，时间常数，过载系数。电流反馈系数。三相桥式整流电路波头间隔时间是见表，为了基本滤平波头，应有。故取电流滤波时间常数为。表整流电路失控时间电压调节器的设计计算电压反馈计算电流反馈计算第五章晶闸管的触发电路的设计触发电路的要求由晶闸管的导通条件可知，当晶闸管承受正向阳极电压时，必须在门极和阴极之间加适当的正向电压，晶闸管才能正向导通。这种控制晶闸管导通的电路称为触发电路，对于触发电路通常有如下要求触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率。为了使元件可靠地被触发导通，触发脉冲的数值必须大于门极触发电压和门极触发电流，即具有足够的触发功率。但其数值又必须小于门极正向峰值电压和门极正向峰值电流，以防止晶闸管门极的损坏。触发脉冲必须与晶间管的主电压保持同步。为了保证控制的规律性，各晶闸管的触发电压与其主电压之间具有较严格的相位关系，即保持同步。触发脉冲能满足主电路移相范围的要求。为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲应能在定的范围进行移相。例如单相全控桥电阻负载要求触发脉冲移相范围为。而三相全控桥电感性负载不接续流管时要求触发脉冲的移相范围是。触发脉冲要具有定的宽度，前沿要陡。多数晶闸管电路还要求触发脉冲的前沿要陡，以实现精确的触发导通控制。当负载为电感性时，晶闸管的触发脉冲必须具有定的宽度，以保证晶闸管的电流上升到擎住电流以上，使元件可靠导通。常见的触发脉冲电压波形如图所示。触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为单结晶体管触发电路晶体管触发电路集成电路触发器计算机控制数字触发电路等。下面介绍最常用的集成电路触发器。集成触发电路及数字触发电路集成触发电路具有体积小功耗小温漂小性能稳定工作可靠等多种优点，近年来发展迅速，应用越来越多。本节简要介绍系列中的组成的三相集成触发电路。织成的三相集成触发电路如图所示，由三块块与块外加少量分立元件，可以组成全控桥集成触发电路，它比分立元件电路要简单得多。移相触发器与是由同步锯齿波形成移相控制脉冲形成及放大输出等环节组成。该器件适用于单相三相全控桥式装置中作晶闸管双路脉冲移相触发。它输出的两路相位差的移相脉冲可方便地构成全控桥式触发电路。这种电路带负载能力强，移相范围宽。该电路在个交流电周期内，在脚和脚输出相位差的两个窄脉冲，可以作为三相全控桥主电路同相所接的上下晶闸管的触发脉冲，脚接电源，脚接同步电压，但由同步变压器送出的电压须经微调电位器电阻和电容组成的滤