目录。一、 设计技术数据及要求2
二、总体方案论证及选择2
三、主电路设计5
四、单元电路的设计6
五、触发电路选择与校验11
六、系统电气原理总图12
七、参考资料13
八、附录（元件清单13
九、设计总结14
电力电子技术课程设计。
题目：小功率晶闸管整流电路设计。
一、设计技术数据及要求：
1、交流供电电源；
2、负载为并励直流电动机，相关数据如下表所示：
3.整流装置输出的直流电压和电流应满足负载要求：
4、电路应具有一定的稳压和保护功能，同时还应具有较高的防止过电压和过电流的抗干扰能力。
二、 总体方案论证及选择。
1、对电气控制系统的技术要求。
输出一定的直流电压和电流。
输出电压的脉动指标在允许范围内。
具有自动稳压功能和一定的稳压精度。
对调速系统应有静态技术指标和动态技术指标的要求。
2、直流电动机选择。
根据被控对象的特点和技术要求，综合设计题目给出的参数，故选用直流并励电动机。
3、主电路的选择。
一般说来，对于晶闸管整流装置在整流器功率很小时(以下)，用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。由于本设计方案的负载直流电机的额定功率为远大，故选择三相整流电路。
方案一：三相零式整流电路。
优点：三相整流电路中，三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220v 电压的用电设备直接用380v电网供电，而不需要另设整流变压器。
缺点：要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大，往往需要从变压器单独敷设零线。
方案二：三相桥式整流电路。
优点：在输出整流电压相同时，电源相电压可较零式整流电路小一半，因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量。
输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可小一些。
缺点：整流器件用得多，全控桥需要六个触发电路，需要电压的设备也不能用电网直接供电，而要用整流变压器。
方案三：三相半控桥式整流电路。
优点：电路简单只用三只晶闸管，三个触发电路。
缺点：整流输出电压脉动大，且不能用于需要有源逆变的场合。
综合比较可知，应用本此设计的电路应选择为三相桥式整流电路作为整流电路。
4、触发电路的选择。
晶闸管的门极电压又叫触发电压，产生触发信号的电路叫触发电路。触发电路性能的好坏，直接影响到系统工作的可靠性。因此触发电路必须保证迅速、准确、可靠地送出脉冲。
为达到这个目的，正确选用或设计触发电路是非常重要的，一个触发电路性能的优劣常用下列几点来衡量：
1．触发脉冲必须保持与主电路的交流电源同步，以保证每个周期都在相同的延迟角处触发导通晶闸管。
2．触发脉冲应能在一定的范围内移相。对于不同的主电路要求的移相范围也不同。例如对于三相半波电路、电阻性负载，要求的移相范围为0°
150°；大电感负载(电流连续)，只要求整流，则移相范围为0°～ 90°；如既要求整流又要逆变，则为30°～ 150°；三相全控桥式电路，电阻负载时为0°～ 120°，既要整流又要逆变时，其移相范围为30°～ 150°，为保证逆变可靠，对最小逆变角min 应加以限制；三相半控桥式电路，移相范围为0°～ 180°。
3．触发信号应有足够的功率（电压与电流）。为使所有合格的器件在各种可能的工作条件下都能可靠触发，触发电路送出的触发电压和电流，必须大于器件门极规定的触发电压ugt 与触发电流igt 。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，触发电压、电流的幅值在短时间内可大大超过额定值。
4．不该触发时，触发电路的漏电压应小于0.15～0.2v，以防误触发。
5．触发脉冲的上升前沿要陡。否则，因温度、电源电压等因素变化时将造成晶闸管的触发时间不准确。设脉冲的幅值为um， 脉冲前沿是指由0.
1um上升到0.9um所需要的时间，一般要在10μs以内为宜。
6．触发脉冲应有一定的宽度。一般晶闸管的开通时间为6μs左右， 故触发脉冲的宽度至少应在6μs以上，最好应有20～50μs。对于电感负载，触发脉冲的宽度应加大，否则在脉冲终止时主电路电流还上升不到晶闸管的擎住电流，则晶闸管又重新关断。
5、保护电路的设置。
晶闸管有许多优点，但是它承受过电压和过电流的能力很差，短时间过压过流就会使器件损坏。晶闸管能承受电压和电流上升率是有一定限制的，当电流上升率过大时，会使器件局部烧穿而损坏。当电压上升率太大时，又会导致晶闸管误导通，使运行不正常。
除了合理选择晶闸管外，还必须针对过电压和过电流采取恰当的保护措施。
三、 主电路设计。
1、系统框图。
图1 系统框图。
2、主电路图。
图2 主电路图。
四、单元电路的设计。
a）整流变压器额定参数计算。
变压器二次侧相电压的计算由指导书中给出的计算过程可知：
经查表： 由指导书上的计算公式可得u2的精确计算：取n=2 忽略变压器和平波电抗器的内阻。
1 二次侧相电流和一次侧相电流的计算。
首先求变比
由表可知：
带入计算得：
2 变压器容量计算：
b）整流元件的选择。
1 晶闸管额定电压：经查表2-3 系数取为。
2 晶闸管的额定电流
由表可知：
计算得： 因此，选用晶闸管型号为。
c)电抗器参数计算。
为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器ld，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流，一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。
1） 使输出电流连续的临界电感量。
查表2-7可得。
计算得。2） 限制输出电流脉动的电感量。
查表2-7可得：
计算得。3） 电动机电感量ld
由所给负载参数：
则极对数：p=60f / n=3000/750=4
取无偿电机系数。
带入计算得。
4）变压器漏电感量。
其中：查表得：
带入计算得：
5） 实际串入电抗器电感量。
故选用作为串入半波电抗器的电感值。
d)晶闸管保护环节的设计与计算。
1）过电压保护：
以过电压保护部位来分，有交流侧过电压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。
ⅰ）交流侧过电压保护措施。
采用组容保护。即在变压器二次并联电阻r和电容c进行保护，接线方式为三相变压器二次侧 y 联结，阻容保护 y 联结。如图4所示。
图3 组容保护。
参数计算：由于
对于im变压器励磁电流百分数，100~1000 kv·a变压器对应。
所以取 变压器对应的，这里取。
电容c耐压
取。ⅱ） 直流侧过电压保护措施。
直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成 di/dt 加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护，如下图4所示。
图4 直流侧过电压保护电路图。
压敏电阻的标称电压，一般用下面公式计算，即：
由于则。故选用。
ⅲ） 晶闸管两端过电压保护措施。
由于晶闸管型号为，则采用的在晶闸管两端并联组容保护。经查表2-6 晶闸管关断电压保护由经验数据得，线路图如上图右所示。
2）过电流保护。
快速熔断器简称快熔，其断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。电路图如下：
图5 过电流保护电路图。
四、 触发电路选择与校验。
图6 触发电路电路图。
常用的触发电路形式有：
阻容移相桥式触发电路。
单结晶体管触发电路。
同步电压为正弦波或锯齿波的触发电路。
集成触发电路。
据查表2-8，经分析触发电路应选择tc 787触发电路 tc 787是采用先进的ic工艺设计制作的单片集成电路，主要用于三相晶闸管移相触发电路。与目前市场上流行的kc系列电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点；而且装调简便，使用可靠，只需要一块tc787 就可完成五块 kc 系列器件组合(三块kc04，一块 kc041，一块 kc042)才能具有的三相相移功能。因此广泛用于三相全控、三相半控、三相过零等电力电子线路中。
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