单相全控桥式晶闸管电动机系统

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书

5.2 保护电路设计

在电力电子器件电路中，除了电力电子器件参数要选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护，过电流保护，du/dt保护和di/dt保护也是必不可少的。

5.2.1 主电路的过电压保护电路设计

所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压。晶闸管电路中可能发生的过电压可分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因。内因过电压主要来自晶闸管内部的开关过程，包括换相过电压和关断过电压。

抑制外因过电压的措施中，采用RC过电压抑制电路是最常见的，典型连接方式如图8所示。

图8 过电压保护电路

5.2.2主电路的过电流保护电路设计

电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。过电流分过载和短路两种情况。快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施。一般电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。在选择各种保护措施时应注意相互协调。通常，电子电路作为第一保护措施，快速熔断器只作为短路时的部分区断的保护，直流快速断路器在电子电力动作之后实现保护，过电流继电器在过载时动作。

在选择快熔时应考虑：

（1）电压等级应根据熔断后实际承受的电压来确定。

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（2）电流容量应按照其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。 （3）快熔的I2t值应小于被保护器件的允许I2t值。

（4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间-电流特性。 采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施，如图9所示。

图9 过电流保护电路

5.3平波电抗器

负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软。导通角?越小，则电流波形的底部就越窄。电流平均值是与电流波形的面积成比例的，因而为了增大电流平均值，必须增大电流峰值，这要求较多的降低反电动势。因此，当电流断续时，随着Id的增大，转速n（与反电动势成比例）降落较大，机械特性较软，相当于整流电源的内阻增大。较大的电流峰值在电动机换向时容易产生火花。同时，对于相等的电流平均值，弱电流波形底部越窄，则其有效值越大，要求电源的容量也大。

为了克服以上缺点，一般在主电路的直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。有了电感，当u2小于E时甚至u2值为负时，晶闸管仍可导通。只要电感量足够大，就能使电流连续，晶闸管每次导通180°，这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形和电感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。

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总结

此次课程设计的的题目是单相全控桥式晶闸管-电动机系统设计，主要分为主电路即单相桥式全控整流电路设计和辅助电路（包括保护电路、触发电路和平

波电抗器）的设计。设计过程很重要的一个环节就是收集资料。虽然课上有学过

单相桥式全控整流电路，但是对于其触发电路和保护电路还是有点陌生。这次课程设计让我明白了很多关于电力电子技术方面的知识，尤其是在课本中没有完全介绍的。要完成这次课程设计，关靠书本知识是远远不够的，例如原理图的绘制。一开始，用Proteus总是画不出满意的原理图，有时还会崩溃，后来用的是Altium Designer Summer 09，最终还是顺利地完成了课程设计。通过这次课程设计，我学到了很多东西：

（1）对于单相桥式全控整流电路带电阻负载、阻感负载以及反电动势负载的工作情况有了进一步的理解；

（2）了解了晶闸管电路对电网的影响和定额选择； （3）初步掌握了晶闸管触发电路和保护电路的设计；

（4）在同学的帮助下，学会了Altium Designer Summer 09这款软件的基本使用方法，并画出了总体设计图。

由于此次课程设计时间有点赶，两个课程设计在一起，还夹杂着生产实习，可能设计过程有些不足之处，希望在以后的课程设计中有所改善。

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参考文献

［1］王兆安，黄俊.电力电子技术.机械工业出版社.2007. ［2］李发海，王岩.电机与拖动基础.清华大学出版社.2005. ［3］高玉奎.电力电子实用电路100例.中国电力出版社.2008.

［4］栗书贤，石玉.晶闸管变流技术题例及电路分析.机械工业出版社.1991. ［5］黄俊，王兆安.电力电子变流技术.机械工业出版社.1993.

［6］王文郁，石玉，李秉象.晶闸管变流技术应用图集.机械工业出版社.1988.

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