晶闸管单相交流调压及调功电路课程设计

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书

IVT?IVTN?2U1?194.4A Z晶闸管的额定电流为：

(1.5~2)?IVT(1.5~2)?194.4IN???185.7~247.7A

1.571.57晶闸管承受的最大反向电压为：

2U1?2?220?311.1V

所以考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：

UN?(2~3)?311.1?622.16~933.24V

因此，依据以上参数选择晶闸管，比如，可以选用额定电压为800V，额定电流为200A的晶闸管。

3.1.3 调功电路的设计

以上的设计都是以交流调压为基础。交流调功电路与调压完全相同，只是本次设计条件中调功电路带电阻性负载R=4Ω。故电路中应将阻感性负载改为电阻性负载。

参数计算时，调功电路是以周期为单位控制的。故在晶闸管导通的周期内?=0。又有Z=4Ω，?=0，此时IVTN仍为0.5，故：

IVT?IVTN?2U1?38.9A Z晶闸管的额定电流为：

(1.5~2)?IVT(1.5~2)?38.9IN???37.2~49.6A

1.571.57而晶闸管承受的最大反向电压同调压电路相同，所以考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：

UN?(2~3)?311.1?622.16~933.24V

因此，依据以上参数选择晶闸管，比如，可以选用额定电压为800V，额定电流为40A的晶闸管。

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3.2 触发电路的设计

3.2.1 芯片介绍

触发单元以前都是由分立元件构成的，它的控制精度查，可靠性低，不便于维修，因此，触发电路集成化非常必要。可控硅移相触发器KJ004，与分立元件组成的触发电路相比，具有移相线性好、移相范围宽、温漂小、可靠性高、相位不均衡度小等优点。KJ004芯片其内部原理图如下：

图7 KJ004内部原理图

该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电压、移电压综合比较放大电路和功相率放大电路四部分组成。

KJ004封装形式：

该电路采用双列直插C—16白瓷和黑瓷两种外壳封装，外型尺寸按电子工业部部颁标准。《半导体集成电路外型尺寸》SJ1100—76

KJ004的管脚功能如表1所示。 图8 KJ004封装引脚图

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表1 KJ004的各管脚功能

锯齿波形-Vee(1k功 能 空 出 成 Ω) 输同步输综合比微分阻封锁调输空 地 空 +Vcc 入 较 容 制 出 引线脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

3.2.2 触发电路图

由于交流调压调功电路中只用到两个晶闸管，而KJ004有两个输出口，故用一片KJ004即可。由KJ004的典型连接图画得此次触发电路如下图。

图9 触发单元接线图

其中，同步串联电阻R4的选择按下式计算：

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同步电压30R4?()?1000???1000??10000~15000?

2~32~3这里R4选用15KΩ。 电路原理：

锯齿波的斜率决定于外接R6、RW1流出的充电电流和积分C1的数值。对不同的移项控制V1，只有改变R1、R2的比例，调节相应的偏移VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R8和C2形成微分电路，改变R8和C2的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004的同步电压为任意值。

3.3 保护电路的设计

3.3.1 原理

在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适，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保护也是必要的。

1) 过电压的产生及过电压保护：

电力电子装置中可能发生的过电压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，包括：操作过电压、雷击过电压；内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：换相过电压、关断过电压。

过压保护的基本原则是：根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的附加电路，当达到—定过压值时，自动开通附加电路，使过压通过附加电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。保护电路形式很多。

这里主要考虑晶闸管在实际应用中一般会承受的换相过电压，故可用阻容保护电路来实现保护。当电路中出现电压尖峰时，电容两端电压不能突发的特性，可以有效地

抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗掉部分过压 图10 阻容保护电路

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