晶闸管整流电源技术方案
晶闸管相控整流电路
电源故障
输入电源缺相、电压过高或过 低，影响整流电路的正常运行
。
பைடு நூலகம்
故障诊断方法与步骤
外观检查
观察整流电路的外观，检查是否有明显的烧 毁、断裂等故障现象。
电阻测量
使用万用表测量整流电路中各元件的电阻值， 判断是否正常。
电压测量
测量整流电路的输入和输出电压，判断是否 在正常范围内。
的电压和电流。
电路优化方法
降低损耗 选择低阻抗的元件，以减小电路的导通电阻和漏电流。 采用合理的散热设计，确保元件温度不超过额定范围。
电路优化方法
提高效率
1
2
优化电路布局，减小线路损耗。
3
选择适当的触发延迟角，以平衡输出电压和电流， 提高转换效率。
电路优化方法
01
增强稳定性
02
加入适当的反馈控制，如电压反馈或电流反馈，以提高电 路的稳定性。
稳定性
确保电路在各种工况下都能稳定运行 。
设计原则与步骤
• 可靠性：选用可靠的元件，确保电路的长 期稳定运行。
设计原则与步骤
1. 明确设计要求
确定输出电压、电流的规格以及电路 的效率要求。
2. 选择合适的元件
根据设计要求选择合适的晶闸管、二 极管、电容、电感等元件。
设计原则与步骤
3. 设计主电路
03
优化元件参数匹配，减小参数失配对电路稳定性的影响。
06
晶闸管相控整流电路的 故障诊断与维护
常见故障类型与原因
晶闸管损坏
由于电流过大、电压过高或散 热不良等原因，导致晶闸管烧
毁或击穿。
触发电路故障
三相可控整流电路课程设计
二．三相晶闸管全控整流电路原理说明2．1主电路原理说明晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。
编号如图示，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
带电阻负载时的工作情况晶闸管触发角α=0o时的情况：此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。
而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。
这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。
此时电路工作波形如图所示。
α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。
从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压 ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud = ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
将波形中的一个周期等分为6段，每段为60度，如图2-18所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示。
由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
- 1 -10:39:08 PM 4/25/2022由图得：6个晶闸管的脉冲按VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6的顺序，相位依次差60o ；共阴极组和阳极组依次差120o ；同一相的上下两个桥臂脉冲相差180o 。
整流输出电压ud 一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。
单相全控桥式晶闸管整流电路的设计(纯电阻负载)解读
1 单相桥式全控整流电路的功能要求及设计方案介绍1.1 单相桥式全控整流电路设计方案1.1.1 设计方案图1设计方案1.1.2 整流电路的设计主电路原理图及其工作波形图2 主电路原理图及工作波形主电路原理说明：（1）在u2正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。
因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。
（2）在u2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。
（3）在u2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。
（4）在u2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。
2 触发电路的设计2.1 晶闸管触发电路触发电路在变流装置中所起的基本作用是向晶闸管提供门极电压和门极电流，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。
根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。
触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。
，开始启动A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。
2.1.1 晶闸管触发电路的要求晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。
触发电路对其产生的触发脉冲要求:(１)触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
(２)触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
(３)触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
8-2 晶闸管整流电路
§8-2 晶闸管整流电路课程名称电子技术基础课程性质专业基础课授课专业授课地点授课班级授课时数6学时授课内容分析晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变的情况下，方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。
可控整流是实现交流到可变直流之间的转换。
晶闸管组成的可控整流电路具有体积小、质量轻、效率高以及控制灵敏等优点，目前已取代直流发电机组，用作直流拖动调速装置，广泛用于机床、轧钢、造纸、电解、电镀、光电、励磁等领域。
晶闸管整流电路按电源极性可以分为单相整流和三相整流；按整流方式可以分为半波可控整流和半控桥式整流。
电感性负载与电阻性负载对晶闸管会产生一定的影响，易发生失控现象，解决的办法是常在负载两端并联一个续流二极管。
在讲述整流时，同第四章二极管整流内容比较，突出本章的“可控”的特性。
重点介绍单相可控整流电路和三相半波可控整流电路，三相半控桥整流电路是最大的难点，只需了解不同控制角时输出电压的波形特点。
教学目标知识目标1.掌握单相、三相可控整流电路的电路的结构特点；2.掌握单相可控整流电路的工作原理；3.了解三相可控整流电路的工作原理，了解不同控制角时输出电压的波形特点；4.了解电感负载时，可控整流电路的失控现象及消除方法。
能力目标1.根据不同的单相可控整流电路，会绘制不同控制角下的输出电压和电流波形，会计算输出电压、电流，会选择晶闸管与整流二极管；2.可控整流电路电感性负载加续流二极管，会计算电路的有关参数；熟练查阅晶体管手册，能够正确选择晶闸管与整流二极管。
情感目标1．通过学生主动参与的教学活动，培养学生的学习兴趣；2．通过积分奖励等环节的实施，使学生得成功的体验，增强学生学习自信心；3．培养学生乐于探究的精神；4．通过分组教学，培养学生小组合作的团队精神。
教学重点1.单相和三相半波可控整流电路工作原理；2.单相可控整流电路电感性负载时的失控现象的分析。
第 1 页共11页教学难点单相半控桥式整流电路、三相半控桥式整流电路工作原理教学资源 及手段一体化教室；“学习通”课程学习平台；网络视频资源；课前上传到学习通的教学课件；动终端（手机）；黑板及彩色粉笔。
晶闸管及其整流电路(精)
第六节晶闸管及其整流电路晶闸管又称可控硅，是目前半导体器件从弱电进入强电领域，制造技术最成熟、应用最广泛的器件之一。
晶闸管分普通晶闸管和特种晶闸管，特种晶闸管有快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。
一、晶闸管的外形、结构和符号晶闸管由三个PN结和四层半导体材料组成。
晶闸管的三个电极分别为阳极（A）、阴极（K）、控制极（G）。
三个PN结分别为J1、J2和J3。
晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，表明其导通的条件除了和二极管一样需要正向偏置的电压外，还需另外增加一个条件，那就是要有控制信号。
二、晶闸管的工作原理晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。
晶闸管工作原理可用如图所示的实验电路验证。
图（a）所示为晶闸管反向偏置情况，无论是否给控制极加电压，都无法使晶闸管导通，灯泡不发光。
图（b ）所示为晶闸管加正向偏置电压，阳极A 接高电位，阴极K 接低电位，但控制极G 没有接任何电压，晶闸管仍然处于关断状态，串联的灯泡不发光。
图（c ）所示为晶闸管加正向偏置电压的基础上，给控制极G 加一个幅度和一个宽度都足够大的正电压，此时晶闸管导通，串联的灯泡发光。
图（d ）所示为晶闸管导通后，若去掉控制极的电压，晶闸管仍然能保持导通状态，灯泡仍然发光。
综上所述，要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加适当的正向触发电压，这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。
要注意的是，晶闸管导通后若阳极电流小于某一个很小的电流I H (称为维持电流)时，晶闸管也会由导通变为截止，一旦晶闸管截止，必须重新触发才能再次导通。
晶闸管的基础知识和在可控整流技术方面的应用
上海交通职业技术学院学生毕业论文毕业论文题目晶闸管的基础知识和在可控整流技术方面的应用专业港口物流设备与自动控制学号0910032姓名指导老师目录目录 (1)摘要 (2)1 绪论 (3)1.1 课题背景及发展方向 (3)1.2 本文主要工作 (3)2 晶闸管元件 (4)2.1晶闸管元件简介 (4)2.1.1.单向晶闸管的工作原理和主要参数 (4)2.1.2 双向晶闸管的工作原理和主要参数 (7)3.晶闸管的应用 (10)3.1 单相半波可控整流电路 (11)3.1.1电阻性负载 (11)3.1.2电感性负载及续流二极管 (13)3.1.3反电动势负载 (17)结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)晶闸管的基础知识和在可控整流技术方面的应用李坤清摘要：晶闸管是晶体闸流管的简称，俗称可控硅整流器（SCR ,SiliconControlled Rectifier）,简称可控硅，其规范术语是反向阻断三端晶闸管。
晶闸管是一种既具有开关作用，又具有整流作用的大功率半导体器件，应用于可控整流变频、逆变及无触点开关等多种电路。
对它只要提供一个弱点触发信号，就能控制强电输出。
所以说它是半导体器件从弱电领域进入强电领域的桥梁。
目前为止，晶闸管是电子工业中应用最广泛的半导体器件，尽管有各种不同的新型半导体材料不断出现，但半导体材料中98%仍是硅材料，硅材料仍是集成电路产业的基础，其中晶闸管具有体积小、重量轻、功率高、寿命长等优点而得到广泛应用。
晶闸管的作用主要有以下几种，1.变流整流，2.调压，3. 变频，4.开关（无触点开关）。
普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。
大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。
如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开关及自动控制等方面。
在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。
这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角θ。
《晶闸管整流电路》课件
电源
实验设备与测试方法
示波器 万用表
测试方法
实验设备与测试方法
使用示波器观察整流电路的输出波形
记录实验数据和波形，以便后续分析
使用万用表测量各点的电压和电流值
调试步骤与注意事项
调试步骤 1. 检查实验设备是否完好，确保电源、导线等正常工作。
2. 根据实验要求连接电路，确保连接正确无误。
启动条件
需要满足一定的电压和电 流条件，以确保晶闸管能 够正常启动。
正常工作过程
电流流向
工作状态
在正常工作状态下，电流从阳极流向 阴极，同时维持一定的电压和电流值 。
晶闸管整流电路处于稳态工作状态时 ，各参数保持恒定，系统稳定运行。
控制方式
通过调节触发信号的相位角，可以控 制输出电压和电流的大小，从而实现 整流功能。
2. 总结实验中的问题和不足之处，提出改进措施 。
THANKS.
电感器
总结词：特性
详细描述：电感器是一种储能元件，具有隔交通直的特 性。在整流电路中，它能够有效地将交流分量转化为磁 场能储存起来并在需要时释放出来。
03
晶闸管整流电路的
工作过程
启动过程
启动方式
通过在阳极和阴极之间施 加正向电压，使晶闸管从 截止状态进入导通状态。
触发信号
在启动过程中，需要施加 一个触发信号，使晶闸管 内部的电子发生跃迁，从 而导通电流。
设计原则与步骤
电路仿真
利用仿真软件对设计的电路进行模拟，验证其性能和可 靠性。
优化改进
根据仿真结果，对电路进行优化和改进，提高其性能和 可靠性。
元件选择与参数计算
1 2
元件选择
根据电路的工作环境和性能要求，选择合适的元 件型号和规格。
电工电子应用技术 晶闸管可控整流电路教案
单元十三电力电子技术基础（教案）注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25倍行距，居中）13.2晶闸管可控整流电路【教学过程】组织教学：1．检查出勤情况。
2．检查学生教材，习题册是否符合要求。
3．宣布上课。
引入新课：1．可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
2．通过实物演示及列举实例，让学生了解桥式整流电路的原理及应用，从而激发他们的学习兴趣。
讲授新课：13.2晶闸管可控整流电路13.2.1整流电路可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
13.2.1整流电路单相半波可控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。
比较常用的是半控桥式整流电路，简称半控桥，其电路如图13-2-1所示。
在变压器副边电压u的正半周（a端为正）时，T1和D2承受正向电压。
这时如对晶闸管T1引入触发信号，则T1和D2导通，电流的通路为a→T1→R L→D2→b图13-2-1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路这时T2和D1都因承受反向电压而截止。
同样，在电压u的负半周时，T2和D1（讲解）（讲解）观看PPT：整流电路)承受正向电压。
这时，如对晶闸管T 2引入触发信号，则T 2和D 1导通，电流的通路为： b→T 2→R L →D 1→a图13-2-2 电阻性负载时单相半控桥式整流电路的电压与电流的波形这时T 1和D 2处于截止状态。
电压与电流的波形如图13-2-2所示。
桥式整流电路的输出电压的平均值为2cos 219.00a U U +⋅= (13-2-1)输出电流的平均值为2cos 19.000aR U R U I L L +⋅==(13-2-2) 13.2.2晶闸管的过电流、过电压保护1．晶闸管的过电流保护由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升而可能把PN 结烧坏，造成元件内部短路或开路。
晶闸管整流电源负载特性的研究
Ι
⁄
即
Ι
晶闸管整流电源负载特性的研究
Υ Υ ∂ Υ Υ Ι Ι ⁄
Ι Ι ⁄ ≈ β
Ι 在正常换相区
Χ
Ι 在非正常换相区 β [ Χ[ β
Χ
3
结束语
三相桥式相控整流器应用范围很广 在绝大
多数应用场合中 它都带有感性负载 ∀ 不论负载
图
Α
β时三相桥式相控整流电路直流负载
是恒定不变的还是随时间变化的 我们设计负载 工作电流时都应充分考虑到整流器的负载特性 特别是采用双窄脉冲触发时 更应将工作电流设 计在小于临界电流的区域内 以免因直流输出电 压平均值的突变而引起负载工作不稳定 ∀
!
详细分析请参阅文献≈
∀
整流电路进入非正常换相工作状态时 电路 的工作过程分别叙述如下 ∀ 采用双窄触发脉冲 电路工作过程为两个整流臂导通和四个整流 臂导通交替进行 随着负载电流增大 进入任何时 刻都是四个整流臂导通的极限状态 此时 直流输
图
Α
β时非正常换相范围内整流电路的
出电压为零 ∀ 采用单宽触发脉冲 电路工作过程为任何时刻均有三个整流臂导 通 即 Α β Χ β β [ Α° [ β 称这种状态为 第二工作区 见图 随着负载电流增大 电路进 入第三工作区 即 Α β时 Χ∴ β Α° β 其工 作过程为三个整流臂导通和四个整流臂导通交替 进行 见图 直至极限情况 即任何时间内四 个整流臂均导通 直流输出电压为零 ∀ 综上所述 可以绘出全负载电流范围内 Α β时 三相桥式相控整流电路的直流负载特性曲 线 如图 所示 ∀ 图中参数均以相对值表示 纵坐 标电压的参考值为 Υ 即理想空载直流输出电 压 横坐标的电流参考值取法为 将正常换相范围 内的负载曲线延长 与横坐标相交于 Ι 为电流参考值 ∀
中南大学电力电子课程设计(晶闸管整流)
3.2变压器的参数计算
3.3闸管电路对电网及系统功率因数的影响
四、整流电路原理及设计
4.1整流元件的选择
4.2电流定额（INVT）的计算
五、触发电路的选择、原理及设计
5.1相控触发芯片的选择
5.2相控触发工作原理及电路原理图
六、保护电路的工作原理及元器件的选择
6．1保护电路的工作原理
6. 2保护电路元器件的选择
电力电子技术
课程设计报告
任课老师：杨建老师
课题名称：单相双半波晶闸管整流电路的设计(反电势、电阻负载)
设计者：程壹涛
班级：电气试验1301
学号：**********
时间：2015-12-05
一、课题选择
1.1课题名称
1.2设计条件
1.3任务要求
二、方案设计
2.1原理框图
三、主电路原理设计
3.1主电路中各元件参数的计算
结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号。
晶闸管单相桥式全控整流电路仿真实验原理
晶闸管单相桥式全控整流电路仿真实验原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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三相晶闸管全控整流电路
摘要本次设计的内容为锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路。
其包括三个主要部分：主电路、触发电路、同步变压器。
整流电路是将交流电能转换为直流电能AC/DC。
对晶闸管组成的整流器实施相移控制技术可将不变的交流电压变换为大小可控的直流电压，实现相控整流。
晶闸管相控整流能取代传统的直流发电机组实现直流电机的调速，它具有结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可方便得到大、中、小各种容量的直流电能，广泛应用于机床、轧钢、造纸、纺织、电解、电镀等领域。
但是，晶闸管相控整流电路的输入电流滞后于电压，其滞后角随着触发延迟角α的增大而增大，输入电流中谐波分量相当大，因此功率因数很低。
AbstractThe content that the abstract designs originally time charges commutation circuit for the sawtooth wave moves triggering three-phase crystal brake Guan Quan each other. The person includes three major components: Betoken circuit , trigger circuit, synchro transformer. .The commutation circuit being one of major component circuit is to change to exchanging electric energy into direct current energy , implements looking at and appraising controllable direct current pressure , realization changing control technique but the invariant alternating voltage being shifted for size charging commutation each other to the rectifier that crystal brake is composed of. It can substitute the tradition direct-current generating set realizing the continuous current dynamo speed regulation.Crystal brake Guan Xiang charges commutation for having the structure simplicity , controls the characteristic that the function stabilizes conveniently,make use of it may get the big , small and medium, various capacities direct current energy conveniently , the quilt applies to fields such as machine tool , steel rolling , paper making , spinning and weaving , electrolysis , electroplating therefore broadly".前言电力电子课程设计是电气自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。
直流电机控制系统(晶闸管整流
目录目录 (1)1．设计总体思路 (2)2．基本原理框图 (2)3．单元电路设计 (3)3.1主电路器件的计算与选择 (3)3.1.1变压器的选择 (3)3.1.2晶闸管的选型 (3)3.1.3过电压保护原理及计算选择 (3)3.1.4过电流保护 (5)3.1.5电抗器的参数计算与选择 (7)3.2控制电路的介绍 (7)3.2.1引脚排列、各引脚的功能及用法 (7)3.2.2电流转速闭环调节电路 (10)3.2.3.功率放大电路 (10)4．故障分析与改进 (12)5．实验与仿真 (12)6.心得体会 (13)7.附件 (15)8.参考文献 (16)1．设计总体思路直流电机控制系统（晶闸管整流）分为主电路和控制电路，主电路采用三相全控桥整流电路，变流侧交流电采用电网电压，通过变压器起隔离和调节电网电压，使其达到整流所需求的交流电压，为防止电网波动和其他各类短路情况的出现，在交流侧和整流的直流侧增加一系列的过电压和过电流保护。
控制电路采用转速和电流调节电路，在电网电压通过交流互感器感应电流后将电流信号转为电压信号，和转速反馈信号进行调节，再限幅和功放电路，转换成触发电路能用来改变控制角的信号来调节整流输出电压达到调速目的。
该触发晶闸管的触发电路由六脉冲触发电路TC785构成，最终能调节电机的转速，使其达到转速的稳定。
2．基本原理框图3．单元电路设计3.1主电路器件的计算与选择该设计所调节直流电动机的参数：额定电压225V,额定电流158.5A，额定功率30KW3.1.1变压器的选择变压器二次侧相电压U2=Ud/2.34考虑晶闸管的管压降和启动电压留20%的裕量，整流直流侧电压Ud=1.2*225*270V,得U2=128V；变压器二次侧电流I2=0.816*Id=129.3A；变压器的容量s=3U2 I2=3*128*129.3=50KW；变压器的变比U1:U2=220:128=1.73.1.2晶闸管的选型晶闸管的额定电压Un=(2～3)UTm;Un=2*6*U2=2*6*128=627V晶闸管的额定电流I n=（1.5～2）Ivt;Ivt=Id/(3*1.57）=87.5A;In=1.8*87.5=157A;取Un=;In=157A；选择KP157—580晶闸管六只。
三相桥式全控晶闸管整流电路设计
《电力电子技术》三相桥式全控晶闸管整流电路目录一设计要求 (1)1.1概述 (1)1.2设计要求 (1)二小组成员任务分工........................................................................ 错误!未定义书签。
三三相全控桥式主电路原理分析 (2)3.1总体结构 (2)3.2主电路的分析与设计 (2)3.1.1整流变压器的设计原理 (2)3.1.2变压器参数计算与选择 (3)3.3触发电路的分析与设计 (4)3.3.1触发电路的选择 (4)3.3.2 TC787芯片介绍 (4)3.4电路原理图 (6)3.5主电路工作原理 (7)3.6晶闸管保护电路的分析与设计 (7)3.6.1晶闸管简介 (7)3.6.2保护电路 (7)3.6.3晶闸管对电网的影响 (8)3.6.4晶闸管过流保护电路设计 (8)四仿真模型搭建及参数设置 (10)4.1主电路的建模及参数设置 (10)4.2控制电路的建模与仿真 (11)五仿真调试 (14)六设计心得........................................................................................ 错误!未定义书签。
一设计要求1.1概述首先我们要设计出整体的电路分别包括主电路，触发电路以及晶闸管保护电路。
主电路运用的是整流电路。
整流电路是电力电子电路中经常用的一种电路，它将交流电转变为直流电。
这里要求设计的主电路为三相全控桥式晶闸管整流电路。
整流电路将交流电网中的交流电转变成直流电，但为了保护晶闸管正常工作，需要围绕晶闸管设计触发电路、过电压和过电流保护电路。
因此我们可以设计出整体的程序框图之后按照框图进行接下来的电路设计。
三相全控桥式晶闸管整流电路需要使用交流、直流和触发信号,而且还存在电容和电感等非线性元件,如果采用传统的方法,分析和运算都非常繁琐。
电解铝领域中大功率晶闸管整流装置的应用研究
M etallurgical smelting冶金冶炼电解铝领域中大功率晶闸管整流装置的应用研究黄 欢摘要：在电解铝领域中，应用大功率晶闸管整流装置设计整流系统，相比于应用传统二极管整流装置，可以促进节能降耗并降低经济成本，也能够增强安全性能。
本文分析了晶闸管整流装置的原理和特点，并介绍了该类装置在电解铝领域中的实际应用。
关键词：电解铝；稳流效果；整流装置1 研究背景早期的电解铝生产过程中，常使用二极管整流装置和调压式整流变压器。
这些装置没有自动化稳流的功能，只能通过手动操作进行调压和实现恒流。
虽然操作简单，但实际电解效率偏低，限制了电解铝的生产。
后来引进饱和电抗器和有载调压式变压器，但自动稳流主要依赖模拟情况，调节效果不理想。
现今国内电解铝行业开始采用晶闸管整流装置，其能够弥补以往整流装置的缺陷。
本文将介绍晶闸管整流装置的实际设计和应用。
2 晶闸管整流装置的工作原理与操作2.1 晶闸管整流装置的工作原理晶闸管整流装置基于可控硅材料，结合数字化、智能化控制电路的应用，实现交流变直流可控作用的装置。
晶闸管整流器可以为电动机磁场及电枢稳定供电，并通过调节触发延迟角均匀性来实现直流电压的调节。
根据装置的工作原理，其通常包括电枢反向接线和磁场反向接线两种方式。
电枢反向一般使用两组容量较大的晶闸管整流装置，为电动机的电枢供电；而磁场供电则利用一组容量较小的晶闸管整流装置。
磁场反向则利用一组容量较大的晶闸管整流装置对电枢实现供电，而磁场则使用两组容量较小的晶闸管整流装置通过反并联作用供电。
前一种接线方式具有动作速度快的特点，但需要运用多组整流器；后一种接线方式受到磁惯性影响而使得动作速度稍显缓慢，但可以尽量节省大容量的整流器。
晶闸管整流装置在供电拖动过程中具有动作速度快的特点，同时产生的故障较少，使得维护工作量变小。
此外，晶闸管整流装置还具有体积较小、无机械噪音、运行效率高以及重量较轻等特点。
晶闸管整流器的控制还有助于减少无功需求量，进而将危害较大的谐波消除。
晶闸管单相桥式可控整流电路
电路简图如下：
图2.1
此电路对每个导电回路进行控制，与单相桥式半控整流电路相比，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。
在电路中,过电保护部分我们分别选择的快速熔断器做过流保护,而过压保护则采用RC电路。这部分的选择主要考虑到电路的简单性，所以才这样的保护电路部分。整流部分电路则是根据题目的要求，选择的我们学过的单相桥式整流电路。该电路的结构和工作原理是利用晶闸管的开关特性实现将交流变为直流的功能。触发电路是由设计题目而定的，题目要求了用单结晶体管直接触发电路。单结晶体管直接触发电路的移相范围变化较大，而且由于是直接触发电路它的结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号的选择。
晶闸管单相桥式可控整流电路
说明书
摘要
本设计是以matlab编程软件下进行的，首先安装matlab软件，在根据设计任务说明说上要求的设计出单相桥式可控整流电路，用晶闸管的可控性能组成，设计具有高效，精度高等，而在这之前必须要学会使用MATLAB软件。电阻电感性负载单相桥式可控整流电路的各个波形要有一定的了解和熟悉.并且参考个资料进行设计。
图12触发角为60，L=0.001，R=100
图13触发角为60，L=0.01，R=10
图14触发角为60，L=0.001，R=10
5.5
图15触发角为90，L=0.01，R=100
图16触发角为90，L=0.001，R=100
图17触发角为90，L=0.01，R=10
图18触发角为90，L=0.001，R=10
晶闸管三相桥可控整流电路
晶闸管三相桥可控整流电路单位晶闸管三相桥可控整流电路是一种由桥式可控rectifier（又叫桥式整流器）和共阴极晶闸管构成的整流网络。
它是一种三相调压整流电路，能够根据需求，独立调节输出电压。
晶闸管三相桥可控整流电路由三相可控晶闸管导通角组成，每相由一个可控硅晶闸管，L型和T型桥连接构成。
它以宽输入范围及精确的输出电压调节为特点，用于大功率负载，并形成通用的光电控制系统，广泛用于开关电源、电动机控制及车辆动力系统等电力电子技术领域。
晶闸管三相桥可控整流电路由三路可控硅晶闸管组成，分别为U型桥、V型桥和W型桥，每路桥电路输入两个交流提供电压，输出一个相同的直流电压。
三路晶闸管同时导通时可获得一个三相整流输出，即可根据需求把输入电压转变两个相位相互180°反相出来。
由于桥式构成，三路晶闸管在一定导通角度控制下，输入的三相交流电压便可转换成两个相位相互180°的反相交流输出电压。
此类电路具有输入电压宽幅、稳定调节输出电压等优点，使其在开关电源、电动机控制及车辆动力系统等领域得到了广泛的应用。
晶闸管三相桥可控整流电路的典型应用包括：一是在高功率开关电源中，采用可控硅晶闸管和L-T型桥把输入电压转变为中性点以外的可调直流电压输出，从而形成常用的单相开关电源、双相开关电源和三相开关电源。
二是针对大功率电机，提出控制输出电流的驱动方案，以及电机振荡抑制系统来保证驱动电机的稳定运行。
三是常用于空调和电冰箱的复杂启动电路、变频的一二三极点控制、变频电控等，以获得最佳的效率和响应。
综上所述，晶闸管三相桥可控整流电路是一种应用广泛、操作方便、调节稳定和具有高转换效率的电力电子技术，因其在对晶闸管桥式可控整流器的控制和精确调节方面具有突出的优势，已被广泛的应用于电动机及车辆动力系统等领域，在它们的发展和进步中发挥着重要的作用。
电解铝晶闸管整流装置技术
晶闸管整流装置技术协议书二00七年十二月附件1技术规范一、总则1．本技术协议书适用于铝硅钛合金示范项目五套整流器及其附属设备的设计、制造、试验、包装、运输、交货、现场验收等方面的技术要求及相关的伴随服务，供方应按照本技术协议书中所述条款，在工程设计、制造、验收和培训等方面为需方提供满意的服务。
2．供方应完全遵从技术协议书的要求为需方提供优质的产品和满意的服务。
3．本技术协议中所采用的标准如与现行国标或IEC标准中的技术要求不一致时，应按较高标准执行。
4．整流器与变压器之间的配合问题，由需方协调设计单位、整流柜制造厂、变压器制造厂进行图纸配合。
二、使用条件1、环境条件：（1）年平均温度 6.6℃（2）最冷月平均温度及湿度 -13.0℃（3）最热月平均温度及湿度 21.9℃（4）极端最高温度 37.3℃（5）极端最低温度 -32.8℃（6）年最大降雨量 579mm（7）年平均降雨量 361.7mm（8）年平均降雨量 361.7mm（9）主要风向及其频率冬季 C11.9% N18%全年 C21 N15%（10）冬季平均风速 3.0m/s（11）夏季平均风速 2.4m/s（12）大气压力冬季 90.2kPa夏季 88.94kPa（13）最大积雪深度 22cm（14）日平均温度≤5℃的天数 166d（15）标准冻深 1.6m（16）污秽等级： IV（重污秽区）（17）安装地点：户内2、供电电网参数：（1）系统额定电压： 220 kV（2）频率：50±0.4HZ（3）系统电压范围：220-5% --- 220 +5% kV（4）系统接地方式：大电流有效接地系统（5）220KV母线三相短路电流：Imax= A Imin= A3Imax= A 3Imin= A（6）爬电比距：3.1cm/KV三、装置用途：铝电解生产直流电源四、电解系列参数系列直流电流 330KA额定直流电压 660V五、配套的调压整流变压器参数1、5台整流变压器移相为0°、±6°、±12°或（+27°、-3°）、（+21°、-9°）、（+15°、-15°）、（+9°、-21°）、（+3°、-27°）。
晶闸管整流的设计原理
晶闸管整流的设计原理晶闸管整流是一种常见的电路设计，它采用功率半导体器件——晶闸管来进行电流整流操作。
晶闸管整流广泛应用于交流电源、直流电源和变流器等领域，具有体积小、重量轻、效率高的特点。
下面将详细介绍晶闸管整流的设计原理。
晶闸管整流的设计原理主要涉及晶闸管的导通和关断两个状态。
晶闸管的导通是通过控制其门极进行的，当门极施加正电压时，晶闸管进入导通状态；而当门极施加负电压时，晶闸管进入关断状态。
晶闸管整流的过程相对简单，主要包括导通和关断两个步骤。
首先是导通过程。
当输入交流电源上升到或超过晶闸管的开启电压（通常为0.6V），晶闸管开始导通。
此时输入电压呈上升趋势，晶闸管的瞬态电流也会短时间内上升到额定电流，晶闸管处于导通状态。
在导通过程中，晶闸管的电压降低，并且维持在很低的水平上，使得输入电源的电流能够通过晶闸管，输出到负载上。
导通的持续时间由输入电源的电压波形所决定，一般为半个周期。
然后是关断过程。
当输入交流电源下降至或超过晶闸管的关断电压（通常为0V），晶闸管开始关断。
此时输入电压呈下降趋势，晶闸管的瞬态电流也会短时间内下降到零，晶闸管处于关断状态。
在关断过程中，晶闸管的电流为零，不再存在通路，输入电源的电流不能通过晶闸管。
关断的持续时间由输入电源的电压波形所决定，一般也为半个周期。
在晶闸管整流电路中，还要注意到晶闸管的触发控制问题。
晶闸管的导通需要通过控制其门极电压来实现，一般采用触发电路来实现晶闸管的导通。
常用的触发电路有简单的正脉冲触发电路和门极极性反转触发电路。
正脉冲触发电路是通过在晶闸管的门极上施加正脉冲信号来实现导通；而门极极性反转触发电路是通过在晶闸管的门极上施加负脉冲信号来实现导通。
触发电路的设计使得晶闸管整流更加灵活，能够满足不同应用场景的需求。
此外，在实际的晶闸管整流电路设计中，还需要考虑到晶闸管的额定电流和额定电压等参数。
晶闸管的额定电流决定了其能够承受的最大电流值，过大的电流可能导致晶闸管热失控，从而影响整流效果；而晶闸管的额定电压则决定了其能够承受的最大电压值，超过额定电压可能使晶闸管击穿，从而导致损坏。
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1.概述1.1基本要求和技术指标63MW晶闸管整流电源是大功率电弧加热设备的主要组成部分，主要为专用大功率电弧加热设备提供电源。
该电源由主回路、控制系统构成。
主回路由交流进线部分、晶闸管整流器、直流回路等部分构成。
控制系统由模型计算机、整流器控制器、信号检测装置、触发隔离电路、保护电路等部分构成。
整流电源的主要数据为额定输入电压：10 kV额定输出电流：3 kA输出功率：63MW分组数量： 4单组最大功率：16MV A单组额定输出：3000A，5500V主要技术指标恒流特性输出时要求调压范围：0-空载电压连续可调恒流偏差：1电流调节响应时间：20ms～40ms(能人工设定)调节时间：300mS-3000mS(能人工设定)电流调节超调量：<20%调节过程中动态偏差：<5%回升时间：100mS晶闸管整流电源其它功能要求（1）供电特性电源输出电压能够自动平滑调节;电源的整体控制能满足加热设备不同工艺要求;电流给定，起弧电压给定以及各反馈环节工作可靠，性能稳定，相同状态下电参数应准确重复;（2）运行工况63MW电源采取负极接地方式。
可分为两套独立的电源同时或单独运行。
并满足以下运行工况：（3）机组组合和运行方式整流机组可以通过串、并联输出满负荷运行，供电参数如下指标：也能满足电弧加热器的主要工作点单组运行时构成12相或以上整流，全系统构成24相或更多相整流。
多机组串联运行时，应允许在试验过程中一组或多组退出运行，允许若干组机组交流侧不供电投运，该机组作为其它机组串联运行通道使用。
允许在实验过程中，投入新的机组多机组串并联运行时，电源调节方式应满足以下要求：a.加热设备启动时采取等α角控制;b.运行过程中（含启动过程），允许一组机组定α角运行（即恒压运行）其他机组等α角控制实现恒流特性;c.电弧电流达到预定值后，系统允许在等α角控制和顺序控制两种方式中选择.（4）变参数运行变参数运行应包括以下两种情况：a.电弧电流呈阶梯状变换，每一阶梯的电流稳态值和运行时间预知，每节阶梯电流变化不小于30A试验时间不小于1秒;b.根据提供的电流拟合曲线或电流随时间变化的函数，试验中按曲线或函数变换电弧电流运行。
变参数运行时，对电弧调节过程的要求，同电源系统指标中关于动态偏差和回升时间的要求;（5）保护装置。
保护装置应注意：a.有效抑制各类整流器故障（含桥臂短路、直流端短路、不触发等故障）、整流器交流侧故障等引起的过流现象;b.交流系统中的冲击过电压、操作过电压、整流器异常动作产生的过电压、母线接地引起的陡波过电压等各类过电压，应有有效措施克服;c.应充分考虑通过整流器的控制作用，减少各类过流、过压现象对系统的影响;d.所有的保护动作应报警显示故障并自动记录;e.所有作用于跳闸的保护动作必需手动复归.（6）通讯和数据传输为了及时对试验结果进行分析和处理，电源系统采集到的运行参数能够传输到电弧加热设备的数据处理系统。
与通讯相关要求在设计联络阶段确定。
（7）直流母线的绝缘监视电源采用负极母排接地。
直流母排对地绝缘为70kV, 须对直流母排进行绝缘监视。
绝缘监视器应配备声光报警。
（8）谐波污染及无功补偿在63MW电源研制过程中，应结合电源的特点，从主回路方案到控制系统以及设备制造等方面都要采取措施抑制谐波污染。
在110kV变电站中预留空间，待63MW电源建成后，采取措施治理谐波和进行无功补偿。
1.2我公司方案的特点经过对701所现场情况的调查研究，结合我公司对大型直流电弧加热设备的工程经验，推出主回路为多组整流桥串联方案，控制系统为全数字控制系统加神经元网络前馈补偿方案。
我公司提出的方案有如下特点：（1）并联二极管的整流器高电压大电流电弧加热电源需要将晶闸管串联使用。
串联方式分为晶闸管元件串联和整流桥串联两种方式。
采用晶闸管元件串联方式，整流桥每个桥臂需要5只元件串连，可以输出5250伏的额定电压，然后4个这样的整流桥串连，可以提供21000伏的额定输出能力。
由于采用晶闸管串连，需要元件的导通特性尽可能一致，而且变压器的短路阻抗比普通的整流变压器要高较多。
采用桥串联方式，与元件串联相比，桥串联技术具有均压系数为1，触发方便，线路简单，可靠性高的优点。
但要求解决裂解变压器的设计问题。
我公司掌握多裂解变压器设计的关键技术，为晶闸管整流桥串联方案奠定了技术基础。
晶闸管元件串连技术和桥串联技术已多次用于无功补偿、交流调速和磁悬浮电源等工程实践中。
采用两种技术都可以通过变压器组合实现24相供电，减少对电网的污染。
采用并联二极管的整流器可以提高功率因数。
法国的CEGELEC公司已将这种技术应用于直流电弧炉。
（2）全数字控制器整流器的控制系统采用全数字32位的Simadyn D系统。
该系统是全数字、可自由配置的模块化控制系统，通过选用不同的硬件模板，并使用CFC程序编辑软件，即可完成许多复杂的控制功能。
近年来常用于大功率直流电机传动、交流电机传动及高功率直流电弧炉的整流器控制。
该系统有足够的输入/输出接口，集电流闭环控制和逻辑顺序控制于一身，速度快精度高可靠性高。
该系统具有良好的通讯能力，现场信号可以通过PROFIBUS-DP网络从远程I/O站输入/输出。
上位模型计算机的参数可以通过工业以太网输入/输出。
（3）前馈防断弧模型和高功率直流电弧炉相似，直流电弧加热设备也有防止断弧的要求。
一般来说，电弧的长度与弧电压有关，电弧的粗细与弧电流有关。
通常整流电源为电流闭环控制，在设定值不变时，弧电流恒定。
如果在外因作用下弧长加大，则需要移相角（α角）及时前移，使输出电压提高，维持弧电流不变，保持不断弧。
我公司采用基于数学模型的前馈控制，以提高控制系统的动态特性。
前馈模型根据资料, 用神经元网络模型算法把外来扰动因素对移相角进行前馈补偿，提高快速响应能力，防止断弧。
数学模型求解采用查表法与神经元网络在线相结合方式，既能保证精度，又能保证在线实时性。
因我公司有炼钢直流电弧炉控制的经验，炼钢电弧炉由于短路频繁发生，对控制系统的动态控制特性有苛刻要求，实践经验可以保证本系统的成功。
有用神经元网络建模和前馈控制的经验。
研究成果多次获得科技进步奖。
（4）其他应用技术脉冲光纤传输技术(实现移相脉冲高低压侧隔离)、高压侧脉冲功放技术(在高压侧把光脉冲转成电脉冲需要解决电源问题，具体有磁环隔离法和利用晶闸管电压法)、模拟信号光纤传输技术(解决从高压侧检测电流、电压实际值的问题)、主回路参数计算等实用技术在我公司多项工程项目和科研项目中都有应用的实例。
（5）电磁兼容性EMC技术要求电气设备能够承受外来的电磁干扰，同时还要求电气设备尽可能减少对外的电磁干扰。
这样就要求在设计电气装置时要考虑电源方式、接地、屏蔽、印刷电路板的设计、器件的相互位置、浮地系统抗扰性等诸多方面的因素。
由于我公司大量的工程实践多次遇到EMC的课题，在解决问题的过程对EMC 不断深入认识，已形成一系列规范化措施，提高了设备的抗电磁干扰的能力。
晶闸管整流器又是一个噪声源，必须有相应的措施使对外界的影响最小。
除了在电网侧设置谐波吸收装置之外，主回路的电气结构、机械结构也很重要。
2.63MW电源的初步设计方案2.110kV高压配电系统来自110KV变电站的10kV电源进线通过电缆引到高压开关室。
采用晶闸管元件串连方式，需要在高压开关室放置容量稍大的2台高压开关柜，每台高压开关柜接一台整流变压器。
而采用晶闸管桥串联方式，需要在高压开关室内装有4台容量小的真空开关柜。
10kV系统采取单母线接线方式，每段10kV 母线下接入4台整流变压器（4台整流机组）。
内容包括：真空断路器，电流互感器，隔离手车，高压熔断器，电压互感器，避雷器，带电显示器等器件。
还需一套直流蓄电池电源装置为高压配电装置提供分/合闸电源。
直流蓄电池电源的容量为90AH 。
2.2裂解整流变压器裂解变压器是近几年我公司参考国外产品开发的新技术，已在几个变压器厂推广生产，在多个工程中应用并取得很好的效果。
这种新技术完全取代进口，成为我公司的关键技术之一,已有工业应用数十例。
变压器容量的计算（1）采用晶闸管元件串连时，选用两台裂解式变压器，每台变压器有两个副边绕组，每台变压器构成12相整流，两台变压器对供电电网形成24相整流。
采用这种方式供电可以使供电谐波基本满足国家标准。
变压器每个二次绕组电压相同，计算依据如下公式U=)100cos (maxmin TNT X UV dfMN I I e K b K nU U -+α可计算得出变压器二次电压为5100伏 变压器二次电流为(1.06*3000)*0.816=2600A 二次单组视在功率：1.732*5100*2600=22.97MV A这样每台变压器容量为45.93MV A ，因变压器在正常运行时不会长时间运行，实际变压器取为45MV A考虑到晶闸管元件串连运行，并且不设快速熔断器，参照国外同类设备的取值及我公司的经验，变压器的短路阻抗取为20％，变压器的接线方式Y/△/Y ,△/△/Y 。
绝缘水平：阀侧绕组对地耐受70 kV ，故障诊断包括：轻瓦斯，重瓦斯，过温度等开关量信号，用于保护。
空载电流：1, 油浸强制风冷。
（2）如果采用晶闸管桥串连的方案，本设计选用4台裂解式变压器构成12相整流，有效减小电网高次谐波，每台整流变压器为五个副边绕组。
五个绕组须电磁特性对称。
每台整流变压器的参数为：22.5MV A, 10kV/1000V ,Uk=7%, 空载电流：1, 油浸强制风冷绝缘水平：阀侧绕组对地耐受70 kV故障诊断包括：轻瓦斯，重瓦斯，过温度等开关量信号，用于保护。
1-4#变压器的接线方式分别为：Y/△/,△/△, Y/△,△/△同样依据上述公式，整流变压器二次绕组的计算：二次电压计算值为989V考虑到防断弧电压裕量取1000V式中系数1.1是考虑到电网电压有10%的压降波动；0.93是考虑到输出电压为4800V时移相角在20度，防断弧移相角有l5度裕量,每个变压器的留有50VX4=200V的防断弧电压裕量。
副边电流：(1.06*3000)*0.816=2600A副边单组视在功率：1.732*1000*2600=4.50MV A副边五组总视在功率： 4.50*5=22.51 MV A变比：10000/1000=10原边核算原边电流：2600A *5/10 = 1300A原边电压：10000V原边视在功率：1.732*10000*1300=22.51MVA变压器取22.5MVA符合要求。
2.3晶闸管整流器2.3.1 概述采用晶闸管元件串连方式组成六相整流桥，变压器二次绕组减少，而且不需要象晶闸管桥串连方式那样裂解变压器，拓扑简单。
缺点是需要考虑元件串连带来的均压问题及更换元件时的参数匹配问题，由于晶闸管元件串连连接，为保证可靠换相，变压器二次绕组短路阻抗一般应在15％－20％。