电力电子变流技术课程设计

前言

按照《电力电子变流技术》课程设计的要求，经过一周的准备时间现在开始正式整理此份设计任务书。

电力电子技术又称为功率电子技术，他是用于电能变换和功率恐控制的电子技术。电力电子技术示弱电控制强电的方法和手段，是当代高兴技术发展的重要内容，也是支持电力系统技术革命和技术革命的发展的重要基础，并节能降耗、增产节约提高生产效能的重要技术手段。微电子技术、计算机技术以及大功率电力电子技术的快速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。

电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十时间九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。

电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行成本方面有很大潜力。

2010年7月4日

目录

前言-----------------------------------------------------------------------------------------1目录-----------------------------------------------------------------------------------------2 一设计任务书简介

1.1.设计题目-------------------------------------------------------------------------------3 1.

2.设计任务及条件---------------------------------------------------------- -----------3 1.3设计注意事项-------------------------------------------------------------------------3 二相关知识回顾

2.1 晶闸管的结构------------------------------------------------------------------------3 2.2晶闸管的工作原理简单回顾-------------------------------------------------------4 三设计方案简介

3.1 单相桥式全控整流电路电阻性负载触发电路的设计------------------------6 3.2单相桥式全控整流电路电阻性负载工作波形----------------------------------6 四器件的选择及参数的计算

4.1变压器的选择及参数计算----------------------------------------------------------7 4.2晶闸管的选用及参数计算-----------------------------------------------------------8 五心得体会------------------------------------------------------------------------------9 六特别鸣谢------------------------------------------------------------------------------9七参考文献------------------------------------------------------------------------------9

一.设计任务书简介

1.1设计题目：单相桥式全控整流电路电阻性负载

1.2设计任务及设计条件

1.2.1设计条件：

（1）电网：380V，50Hz；

（2）晶闸管单相桥式全控整流电路；

（3）负载阻值：15Ω；负载工作电压：50V~150V可调。

1.2.2设计任务：

（1）电源变压器设计，计算变压器容量、变比、2次侧电压有效值；

（2）晶闸管选择，计算晶闸管额定电压、额定电流；

（3）主电路图设计。

1.3设计注意事项：

1.3.1设计提示：

（1）电源变压器2次侧电压有效值应当满足负载电压的要求，所留裕量适当即可；（2）根据变压器2次侧电压有效值可以得到控制角的移相范围；

（3）当控制角为最大值时，电流波形系数最大，选择晶闸管时，应当在此情况下考虑其额定电流。

1.3.2注意项目：

（1）应当给出具体的计算过程和分析过程；

（2）涉及电流、电压计算时，必须用波形图配合说明计算过程；

（3）选型参数（额定电压、额定电流、容量等）应当取整。

二. 相关知识回顾：

2.1 晶闸管的结构

晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，可区分为管芯及散热器两大部分，如图 2.1所示晶闸管管芯及电路符

晶闸管的散热器如上图2.2所示

2.2晶闸管的工作原理简单回顾

2.2.1晶闸管管芯的内部结构如图2.3所示，是一个四层（P 1—N 1—P 2—N 2）三端（A 、K 、G ）的功率半导体器件。它是在N 型的硅基片（N 1）的两边扩散Ｐ型半导体杂质层（P 1、P 2），形成了两个PN 结J 1、J 2。再在P 2层内扩散Ｎ型半导体杂质层N 2又形成另一个PN 结J 3。

然后在相应位置放置钼片作电极，引出阳极A ，阴极K 及

门极G ，形成了一个四层三端的大功率电子元件。这个四层

半导体器件由于三个PN 结的存在，决定了它的可控导通特性。

2.2.2晶闸管导通和关断特性

1）导通条件：晶闸管同时承受阳极正压和门极正压（可为触发脉冲）条件下才可导通。

2）关断条件：阳极正压小时或加反压。其实质为流过的电流H A I I (维持电流)。

3）正向阻断性：晶闸管具有正向阻断性这个特性是普通二极管所不具备的。

晶闸管导通和关断的特性与晶闸管内部发生的物理过程

有关参看图2.4。晶闸管是一个具有P 1—N 1—P 2—N 2四

层半导体的器件，内部形成有三个PN 结J 1、J 2、J 3，

晶闸管承受正向阳极电压时，其中J 1、J 3承受反向阻断

电压，J 2承受正向阻断电压。这三个PN 结的功能可以

看作是一个PNP 型三极管VT 1（P 1—N 1—P 2）和一个

NPN 型三极管VT 2（N 1—P 2—N 2）构成的复合作用。

2.2.3 晶闸管的基本特性

2.2.

3.1静态特性

静态特性又称伏安特性，指的是器件端电压与电流的关系。

（1） 阳极伏安特性

晶闸管的阳极伏安特性表示晶闸管阳极与阴极之间的电

压U ak 与阳极电流i a 之间的关系曲线，如图2.5所示。

（2） 门极伏安特性

晶闸管的门极与阴极间存在着一个PN 结J 3，

门极伏安特性就是指这个PN 结上正向门极电压U g

与门极电流I g 间的关系。由于这个结的伏安特性很分散，无法找到一条典型的代表曲线，只能