摘要
电力电子技术已广泛的运用在各个领域，整流器是电力电子装置中常用的设备，它可以直接为电力电子装置提供直流电能。整流电路作为电网与电力电子装置的接口电路，与控制电路一起可为电力电子装置提供高稳定性和高精度的稳压电源。
本论文主要研究了电力电子器件晶闸管的结构、原理和使用方法，并设计出了450kW整流系统。正确的触发电路的设计保证了可控整流装置的正常工作，设计中选择了常用的以同步信号为锯齿波的触发电路来对主电路进行控制。在整流主电路设计的同时对整流系统进行了保护，整流系统的保护一般应覆盖电力电子器件和主电路保护的模块。设计中整流系统采用了相控整流电路，主要由整流主电路，控制电路，保护电路和负载等组成。
论文中对相关内容进行了详细、透彻的讲述，并插入了大量的图片来说明内容。在论文的最后，对整流器在电机励磁中的应用作了重点阐述，并叙述了它在其它方面的应用。
关键词：电力电子装置；整流器；晶闸管
Abstract
The power electronic technology is widely applied in each domain. Rectifier is commonly used in electronic devices, which can provide DC power to electronic devices directly. Rectifier circuits as the interface circuit of power network and electronic devices, which can provide high stability and high precision regulated power supply for power electronic devices with together control circuits.
The thesis discusses the power electronic devices thyristor′s structure, principle and use, and devises the 450kW rectifier system. The right trigger circuit design ensures the normal operation of controlled rectifier, selected commonly used to synchronize the signal for the sawtooth trigger circuit is selected to control the main circuit in the design. When the rectifier circuit is designed the main system of the rectifier is protected, accident prevention and protection of electrolytic rectifier system should normally cover the protection of power electronic devices and the main circuit protection module. Rectifier system which uses phase-controlled rectifying circuit, mainly consists of the rectifier circuit, control circuit, protective circuit and load etc.
In the thesis, the related contents are related in detail and extremely, and a large number of pictures are inserted to illustrate the content. In the final of the paper, the rectifier of the motor excitation is illustrated effectively, and other aspects are described in the application of electronic devices.
Key words：Power electronics，Rectifier，Thyristor
目 录
摘 要 ..................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II 1 绪论 . (4)
1.1 课题背景与意义 ......................................................................................................... 4 1.2 课题研究现状 ............................................................................................................. 2 1.3 本课题的研究内容与目标 ......................................................................................... 3 2 整流器件晶闸管的概述 .. (4)
2.1 晶闸管的结构和工作原理 ......................................................................................... 4 2.2 晶闸管的伏安特性 ..................................................................................................... 5 2.3 晶闸管的参数 ............................................................................................................. 7 3 450kW 整流器主电路设计 . (9)
3.1 整流主电路的选择 ..................................................................................................... 9 3.2 整流器件的选用与计算 . (10)
3.2.1 整流变压器 .................................................................................................... 10 3.2.2 开关器件的选用与计算 ................................................................................ 11 3.3 保护电路的设计 . (12)
3.3.1 过电压的保护 ................................................................................................ 12 3.3.2 过电流的保护 ................................................................................................ 20 3.3.3 d d u t 与d d i t 的抑制 .................................................................................... 22 3.4 整流主电路 (24)
3.4.1 整流主电路原理图 ........................................................................................ 24 3.4.2 主电路的工作原理 ........................................................................................ 25 3.5 整流主电路仿真 . (25)
3.5.1 仿真模型建立 ................................................................................................ 25 3.5.2 参数设置 ........................................................................................................ 27 3.5.3 仿真结果分析 ................................................................................................ 27 3.6 谐波的危害及其治理 .. (30)
3.6.1 谐波的危害及影响 ........................................................................................ 30 3.6.2 谐波治理的方法 .. (31)
4 触发电路 (34)
4.1 晶闸管对触发电路的要求 (34)
4.2 触发脉冲的作用及形式要求 (35)
4.3 同步信号为锯齿波的触发电路 (36)
4.4 脉冲形成环节 (37)
4.5 锯齿波的形成和脉冲移相环节 (37)
4.6 同步环节 (41)
4.7 集成触发器 (42)
4.8 防止误触发的措施 (42)
5 整流器在同步电机励磁中的应用 (44)
5.1 同步电机励磁系统的作用 (44)
5.1.1 保证电力系统运行设备的安全性、经济性和合理性 (44)
5.1.2 提高电力系统稳定性 (45)
5.2 励磁组成及结构原理图 (46)
5.2.1 励磁的主要组成 (46)
5.2.2 励磁结构原理图 (47)
5.2.3 同步电机励磁用的整流器的特点 (48)
6 整流器在其他方面的应用 (50)
6.1 在直流电动机调压—调速中的应用 (50)
6.2 在电镀和电解中的应用 (50)
6.3 作为蓄电池充电器 (52)
6.4 在温度控制上的应用 (52)
结论 (54)
致谢.................................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献. (55)
1 绪论
1.1 课题背景与意义
近年来电力电子发展异常迅速，新型元器件频繁换代，层出不穷，应用领域不断的扩大，日趋成熟。电力电子技术是现代电工技术中最活跃的一门学科技术，其应用范围十分的广泛。
电力电子技术是应用于电力领域中的电子技术，是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的，近年来很多新技术的应用与发展都是以电力电子技术为基础的。早在20世纪三四十年代，人们就开始应用电机组、汞弧整流器、电抗器、接触器等进行对电能的变换和控制，但这样的变流装置存在着以下明显的缺点：如功率放大倍数低、响应慢、体积大、功耗大、效率低和噪声大。在1957年美国通用公司研制出第一晶闸管（也称可控硅），电力电子学真正的成了一门独立的学科，一方面由于其功率变换能力有了根本性的突破；另一方面弱电对一晶闸管为核心的强电变换电路的控制，以晶闸管为核心的电力电子电路，在电能变换领域得到迅速而广泛的应用，变流装置由旋转方式变为静止方式，具有效率高、体积小、重量轻、寿命长、噪声小、便于维修、易于控制、响应快等优点。在随后的20年内，随着晶闸管特性的不断改进与提高，晶闸管已经形成了从低电压小电流到高电压大电流的系列产品，同时还研制出了一系列晶闸管的派生器件：如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管和光控晶闸管等器件，大大的促进了各种电力变换器在冶金、交通运输、化工、机车牵引、矿山等行业的应用，促进了工业技术的进步。尽管晶闸管及派生器件在电压、电流方面仍然有一定的发展余地，但也存在很多不足。在20世纪80年代以后，相继出现了各种高速、全控性电力电子器件（也称自关断器件），如门极可关断晶闸管、双极型功率晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极型晶闸管等。全控型器件的特点是：通过门极的控制既可使其开通又可使其关断，它们的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路，新型器件的发展又进一步把电力电子技术推到了一个新的发展阶段[1]。
总之，电力电子技术在减小体积和重量、提高效率、增加快速性以及增高电压、扩大电流、提高频率等方面均会有较大发展。由于有性能优良的电力电子半导体开关器件，性能大为改善的磁性和绝缘材料、计算机大规模集成电路技术，频率高达兆赫字的电能处理方法，新型电路拓扑结构及分析方法的不断突破，使现今的电力电子技术有了全新的发展。
1.2 课题研究现状
在半导体技术未出现时，整流是采用旋转式AC/DC变换来完成的，随着半导体技术的出现和发展，半导体整流器在整流技术中占据统治地位，整流技术的发展可以分为四个阶段：(1) 旋转式AC/DC变换；(2) 电子管、离子管变流器；(3) 不可控整流器（主要指半导体二极管）；(4) 可控整流器（有相位控制和PWM控制）。由于旋转式AC/DC 变换和电子管、离子管整流器的性能都比较低，现在已不再采用，取而代之的是不可控整流器和可控整流器，不可控整流器是利用半导体二极管的单向导电性来完成整流功能
的，它的特点是电路简单、可靠性高，但是由于半导体二极管的不可控性，使其应用受到了限制。可控整流器是利用晶闸管（SCR）、功率场效应晶体管（VMOS）、绝缘栅晶体管（IGBT）等大功率开关器件的半可控或可控性来完成整流的功能的。SCR不具备自关断特性，是半可控器件，由SCR构成的整流器为相位控制型整流器；由VMOS、IGBT等构成的整流器为PWM控制型整流器。半导体二极管整流器发展历史较长，目前在小功率整流设备中应用较广，特别是在开路输出电压为固定值时被广泛采用。相控整流器相对于PWM控制整流器而言，其历史较长、技术较成熟、应用较广泛，但对市电电网和其它用电设备有较大的干扰。深控时电网侧的功率因数会大大降低、闭环控制时的动态响应较慢，这些不足在PWM整流器中得以改善，PWM控制整流器是大功率开关整流器件和PWM控制技术在整流器领域中的应用，是最有发展前途的整流技术[2]。
1.3 本课题的研究内容与目标
本课题研究的内容主要有：电力电子器件，整流电路，控制电路和整流器的应用。
(1) 电力电子器件
①不可控无控制极的二端器件，如功率二极管，其开关工作状态取决于施加在器件两端的电压，正向导通、反向阻断，流过的电流为单方向的。由于无控制极开关不具有可控开关性能。
②可控型半控型器件是具有单向导电性，它的开通不仅需要在其阳、阴极间施加正向电压而且必须在门极和阴极加正向控制功率信号，但这类器件一旦导通就不能通过门极控制信号使其关断，只能从外部改变加在阳、阴极间的电压极性或减小阳极电流到某一数值使其关断，故称为半控型器件。
(2) 整流电路
把交流电变换成固定的或可调的直流电，是利用晶闸管的相控技术来实现的。
(3) 控制电路
晶闸管的整流是利用相控的方式来控制电路的，器件开通信号的相位（导通时刻的相位）受控于控制信号幅度的变化，通过改变器件的导通相位角来改变输出电压的大小。
(4) 整流器的应用
整流器在电机励磁，直流调压，电解和电镀，温度控制，蓄电池充电等方面均获得了广泛的应用。
本课题研究的目标：
(1) 掌握整流器件的选择、使用和保护；
(2) 掌握整流器的工作原理；
(3) 设计整流器的主电路并进行有关的分析；
(4) 设计合理的触发电路；
(5) 掌握整流器在工业领域中的应用。
2 整流器件晶闸管的概述
普通晶闸管也称作可控硅整流器（SCR ），它是一种半控型开关器件，立足于分立式结构，工作频率低，是目前电压、电流定额最大的电力电子开关器件，广泛运用于各种工频交流装置中。
2.1 晶闸管的结构和工作原理
图2.1所示为晶闸管的外形、结构和电气图形符号。晶闸管从外形上看有两种形式，一种是螺栓型，另一种是平板型，均引出阳极A ，阴极K 和门极G 三个连接端[3]。
A
A G
G
K K
A
G
K
K
G
A
P 1
N 1P 2N 2
J 1J 2J 3
(a)
(b)(c)
图2.1 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
(a) 外形 (b) 结构 (c) 电气图形符号
对于螺栓型封装，通常是螺栓为阳极，做成螺栓是为了能与散热器紧密联接且安装方便，另一侧较粗的端子为阴极，细的为门极。平板型封装的晶闸管可有两个散热器将其夹在中间，其两个平面分别是阳极和阴极，引出的细长端子为门极。平板式晶闸管的散热效果较好，故容量较大的晶闸管都采用平板式结构[3]
。
晶闸管内部是PNPN 四层半导体结构，分别命名P 1、N 1、P 2、N 2四个区。P 1区引出阳极A ，N 2区引出阴极K ，P 2区引出门极G 。四个区形成J 1、J 2、J 3三个PN 结，如果正向电压（阳极高于阴极）加到器件上，则J 2处于反向偏置状态，器件A 、K 两端之间处于阻断状态，只能流过很小的漏电流。如果反向电压加在器件上，则J 1和J 3反偏，该器件也处于阻断状态，仅有极小的反向漏电流通过[3]。
E A
A
A
G
K
(a)(b)
图2.2 晶闸管的双晶体模型及工作原理 (a) 双晶体管模型 (b) 工作原理
晶闸管的工作原理可以用晶闸管模型来解释，如图2.2所示[4]，晶闸管可以看作由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成的两个晶体管V 1、V 2组合而成。如果外电路向门极注入电流G I ,也即注入驱动电流，则G I 流入晶体管V 2的基极，即产生集电极电流2C I ,它构成晶体管V 1的基极电流，放大成集电极电流1C I ,又进一步的增大V 2的基极电流，如此形成强烈的正反馈，最后V 1和V 2进入完全饱和状态，即晶闸管导通。此时如果撤掉外电路注入门级的电流G I ，晶闸管由于内部已经形成了强烈的正反馈会仍然维持导通状态，门极不再起控制作用，可见晶闸管是一种只能控制导通而不能控制关断的半控型器件。若关断晶闸管，要使阳极电压减小或反向，阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才能重新恢复阻断状态。
对于晶闸管的三个极，可以从外观判断也可以用万用表来测量并且测其好坏。根据器件内部的三个PN 结可知，阳极与阴极、阳极与门极间的正反向电阻均应在数百千欧以上，门极和阴极间的电阻通常为几十到几百欧，因器件内部阴极间有旁路电阻，故通常正反向阻值相差很小。注意：在测门极与阴极间的电阻时，不能使用万用表的高阻挡，以防表内高压电池击穿门极的PN 结。至于器件能否可靠导通，可用直流电源串联电灯与晶闸管，当门极与阳极接触一下后，如管子导通、灯亮，说明管子是可触发的。
2.2 晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性如图2.3所示[4]。当G I =0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向漏电流随正向电压的增大
而小幅度增大。如果正向电压增大到超过临界极限即正向转折电压bo U ，则漏电流急剧增大，器件从阻断状态转为导通，导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相似，即使通过较大的阳极电流，晶闸管本身的压降也很小，在1V 左右。导通期间如果门极电流为零并且阳极电流降至接近于零的某一数值H I 以下，则晶闸管又回到了正向阻断状态。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；当在晶闸管上施加反向电压时，其伏安
A
图2.3 晶闸管的伏安特性
G2I ＞G1I ＞G I
特性类似二极管的反向特性，晶闸管处于反向特性时，只有极小的反向漏电流流过。当反向电压增大到某一数值时，反向漏电流急剧增加，这时反向电压升高到管子反向击穿损坏的电压即反向击穿电压RO U ,外电路如果无相应的限制措施，则反向电流急剧增大导致晶闸管发热损坏。
晶闸管的门极触发电流是从门极流入晶闸管，从阴极流出，阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端。门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的。从晶闸管的结构图可以看出，门极和阴极之间是一个PN 结J 3,其伏安特性称为门极伏安特性。为了保证工作可靠、安全的触发，门极触发电路所提供的触发电压、触发电流和功率都应限制在晶闸管门极伏安特性曲线的可靠触发区内。
2.3 晶闸管的参数
(1) 额定电压TN U
从晶闸管的伏安特性可见，当门极断开器件处于额定结温时，正向阻断曲线出现漏电流显著增加的电压DSM U 为正向断态不重复峰值电压，RSM U 为反向不重复峰值电压，各乘0.9所得的值DRM U 和RRM U 分别为正向重复峰值电压和反向重复峰值电压，器件的额定电压TN U 为DRM U 和RRM U 中较小值再靠取相近标准电压等级。
由于晶闸管工作温度可能升高。在使用中会出现各种不可避免的瞬时过电压，因此在选用管子的额定电压时，应比工作电路中加在管子上的最大瞬时电压值TM U 大2～3倍[4]，即
TN U ≥(2～3)TM U
(2.1)
(2) 额定电流
)A V (T I 亦称额定通态平均电流，
在室温40℃和规定的冷却条件下，器件在电阻负载流过正弦半波电路中，结温不超过额定结温时所允许的最大通态平均电流值，将此值靠取相近电流等级即为额定电流)A V (T I 。
由于晶闸管的电流过载能力极小，在选用时应考虑(1.5～2)倍的电流裕量。即
1.57)A V (T I =TN I ≥(1.5～2)TM I
(2.2)
TM I 流过管子的最大有效电流，所以
)A V (T I ≥(1.5～2)
57
.1TM
I (2.3)
(3) 维持电流和擎注电流
晶闸管完全导通后，如果将阳极电流慢慢减小，下降到某一数值时晶闸管关断。这个维持晶闸管导通所必须的最小阳极电流称为维持电流H I ，额定电流大的管子其值H I 亦大结温降低时H I 会增大。同型号的管子其H I 各不相同，H I 大的管子容易关断。
通过控制极触发使晶闸管导通后，当控制极信号消失时，维持晶闸管导通所必需的最小阳极电流称为擎注电流L I ，如果管子在开通过程中阳极电流A I 未上升到L I 值，当触发脉冲去除后管子又会恢复阻断。通常对于同一管子来说，L I 比H I 要大好几倍。
(4) 门极触发电压和门极触发电流
门极触发电流是在规定环境下，阳极与阴极加一定正向电压（一般为6V ）的条件下，使晶闸管从阻断状态变为导通状态所需要的最小门极直流电流。
门极触发电压是能够产生门极触发电流所对应的最小门极直流电压。
通常在产品说明书中所给出的最大门极触发电压和门极触发电流不是指允许值，而是指该型号的所有晶闸管都能触发导通所需的最小触发电压和电流，而且该电流是直流值。
(5) 导通时间和关断时间
在规定的环境温度和额定结温的条件下，晶闸管以一定的正向电流，自加上控制极信号到进入导通状态所需要的时间为导通时间，它有上升时间和延迟时间两部分组成。
在规定的环境温度和额定结温的条件下，晶闸管从切断正向电流使其重新处于阻断状态，直到控制极恢复控制能力为止所需要的时间为管段时间。
(6) 断态电压临界上升率t
i d
d和通态电流临界上升率t
u d
断态电压临界上升率t
d，在额定结温和门极断路条件下，使器件从断态转入通
u d
态的最低电压上升率，晶闸管保持断态所允许的最大电压上升率应小于此值，如果断态电压上升率过大使充电电流足够大就会使晶闸管误导通[4]。
通态电流临界上升率t
d，在规定条件下，有门极触发晶闸管使其导通时晶闸管
i d
能够承受而不导致晶闸管损坏的通态电流最大上升率，晶闸管允许的最大电流上升率应小于此值，如果电流上升太快，刚一导通时很大的电流就集中在门极附近的小区域内通过，会导致晶闸管局部过热而使晶闸管损坏。
(7) 额定结温
T
JM
器件在正常工作条件下所允许的最高PN结温度。
3 450kW 整流器主电路设计
3.1 整流主电路的选择
整流电路的选择应根据用户的电源情况及装置的容量来决定。一般情况下，装置容量在4kW 以下多采用单相桥式整流电路；装置容量在4kW 以上，额定电流、电压又较高时多采用三相桥式整流电路。各种整流器的优缺点见表3.1所示[2]：
表3.1 晶闸管整流电路性能比较
单相半波 单相全波 单相桥式 三相半波 三相桥式 三项双Y 平
衡
越小越好
最大 最大 一般 较大 最小 较大 0V I I
越小越好 1 最大 0.5 一般 0.5 一般 0.33 一般 0.33 一般 0.167 最小 变压器原边利用率（越大越好） 28.6﹪ 最小 90﹪ 较大 90﹪ 较大 82.7﹪ 一般 95.5﹪ 最大 95.5﹪ 最大 变压器副边利用率（越大越好） 28.6﹪ 最小 63.7﹪ 一般 90﹪ 较大 67.5﹪ 一般 95.5﹪ 最大 67.5﹪ 一般 功率因数 越小越好 0.405 最小 0.637 最小 0.901 一般 0.862 一般 0.955 最大 0.955 最大 脉动系数 越小越好 121﹪ 最大 48.4 较大 48.4 较大 18.7 一般 4.2 最小 4.2 最小 电路结构
越简单越好 一个整流器
件(最简单) 两个整流器
件(较简单)
四个整流器件(较简单)
三个整流器件(一般)
六个整流器件(一般)
六个整流器件(较复杂)
整流电路选择的主要原则如下：
(1) 整流电路开关元件的电流容量和电压容量必须得到充分的利用；
(2) 整流电路直流侧的纹波越小越好，以减小整流直流电压的脉动分量，从而完全省去或减少平波电抗；
(3) 应使整流电路引起的网侧谐波电流，特别是幅值较高的低次谐波电流越小越好，以保证整流电路有较高的功率因数和减小对电网和弱电系统的干扰；
(4) 整流变压器的容量应得到最经济的利用，为此要求变压器的等值容量S 尽可能的接近直流容量P ，并避免产生磁通直流分量；
(5) 经济上合理，在能满足各项电气指标的前提下，应尽可能采用结构简单、投资少的方案。
综合考虑上述原则，根据本设计所给出的数据，直流电机额定电压N U =300V ，额定电流N I =1500A ，额定转速N n =1500min r 。本设计采用相控整流电路，主要有主电路，控制电路，保护电路及负载组成，主电路采用三相桥式全控整流电路。
3.2 整流器件的选用与计算
3.2.1 整流变压器
变压器额定参数计算主要是根据给定的电网相电压有效值、已确定的整流电路形式、负载条件、直流输出电压和功率计算来计算变压器二次侧电压、相电流和一次侧电流，以及变压器二次侧容量和一次侧容量[5]。
(1) 变压器二次侧相电压2U
在设计中，整流输出电压平均值d U 与变压器二次侧相电压2U 之间的关系可用下式表示
d U =1.172U (1+cos α)
(3.1)
由于整流器电压调节范围为0V ～220V ，触发角的移相范围为0°～180°，当d U =220V ，α=0°
时，代入式(3.1)可得二次侧相电压2U 的最大值。 2U =
)
cos 1(17.1d
α+U =128.21(V)
(2) 变压器二次侧相电流2I
2I =
d 3
2
I =0.816d I (3.2)
当d I =1500A 时，由式(3.2)可得
2I =1224(A)
(3) 变压器一次侧电流1I
n K =
12I I =1
1I d 3
2I (3.3)
n K 为变压器变比，设计中变压器采用三相变压器，一次侧电压1U =380V ，由(1)计算知变压器二次侧相电压为2U =94.02V ，所以变压器的变比为
n K =
2
1
U U =1.71 (3.4)
所以由公式(3.3)可得变压器一次侧电流1I
1I =n
1
K d 3
2
I =715.79(A) (4) 变压器一次侧容量和二次侧容量
忽略变压器的励磁功率，则三相桥式全控整流电路整流变压器二次侧容量和一次侧容量相等，所以
1S =2S =32U 2I =275.31(kVA)
(3.5)
取1S =2S =275.3(kVA) 3.2.2 开关器件的选用与计算
开关器件的参数计算及选用原则如下[6]： (1) 计算每个桥臂开关器件的正反向峰值电压； (2) 计算流经开关器件的电流；
(3) 根据整流电路的用途、使用场合及特殊要求确定电压和电流的安全裕量； (4) 根据制造企业提供的开关器件手册所列的参数，并综合技术经济指标选用开关器件或决定开关器件的串并联数。
晶闸管的选用与计算 (1) 晶闸管额定电压的选择
由于三相桥式全控整流电路中晶闸管承受最大可能的正反向电压峰值为62U ，考虑一定的裕量，则有
TN U =(2～3)62U =628～943(V)
(3.6)
取TN U =800(V)
(2) 晶闸管额定电流的选择
额定电流是晶闸管流过正弦半波的电流，其平均值为通态电流时的电流的有效值，按平波电抗器电感量足够大、电流连续且平直考虑，则流过晶闸管的电流有效值为
T I =
3
1d I
(3.7)
由公式(3.7)并考虑一定的安全裕量得
)A V (T I =(1.5～2)
3
57.1d I =827.44～1103.25(A)
取)A V (T I =1000(A)
根据上述计算选择型号为KP1000－8管。
3.3 保护电路的设计
由于晶闸管的击穿电压接近于工作电压，热容量很小，承受过电压与过电流的能力很差，短时间的过电压、过电流会影响开关元件的安全运行。开关器件发生过电压时，内部PN 结发生击穿造成器件短路导通，在整流装置中会引发短路事故使器件流过电流远大于其额定电流，因此过电压最终必然会导致过电流。器件过流后功率损耗过大，会引起器件温度升高，一旦超过额定结温时将导致内部结层烧坏。为了使电力电子器件能够正常使用而不损坏，只靠合理的选择器件的额定值还不够，还必须在电路中采取适当的保护措施，以防在使用中出现各种不测因素。 3.3.1 过电压的保护
晶闸管在使用过程中随所应用电路形式的不同，其可承受的最高峰值电压也有所不同，所以应保证晶闸管两端的电压小于其额定电压，常见的额定电压有交流侧过电压和直流侧过电压，因此过电压的保护也有直流侧过电压的保护和交流侧过电压的保护[7]。
(1) 交流侧过电压的保护 交流侧过电压的产生原因
交流侧电路在接通和断开时会出现过电压，通常发生在下列几种情况：
①高压电源供电或电压比很大的变压器供电，在一次侧合闸瞬间，由于一、二绕组之间存在着分布电容使高压耦合到低压时出现过电压。
②与整流装置并联的其它负载或装置直流侧断开时，因电源回路电感产生感应电动势造成过电压。
③整流变压器空载且电源电压过零时一次侧断电，因变压器励磁电流突变导致二次侧感应瞬时过电压。
交流侧过电压的保护方式
针对不同性质的过电压，目前常用缓冲吸收回路和稳压元件吸收回路两种抑制方法。
①缓冲吸收回路用于吸收频率较高、持续时间很短的过电压。如在器件主电极上安装缓冲电路，或在变压器二次侧并联RC 吸收回路。接线形式如图3.1所示
(a)
(b)
(c)
图3.1 RC 阻容保护电路
在小功率整流设备中，RC 吸收网络的参数按下式计算[2]： 200W 以下的单相电路
C =700×2RB T T U I U (F μ)
(3.8)
式中：T T I U —整流变压器的伏安数；
RB U —整流器件的反向峰值电压(V)。
表3.2 小功率整流设备中过电压吸收电容器的计算系数K 值
变压器连接方式 电容器△连接方式时的K 值
电容器Y 连接方式时的K 值
Y ／Y ,原边侧中点不接地 150 450 Y ／△,原边侧中点不接地
300 900 其他接法
900
270
200W 以上的单相电路
C =400×2RB T T U I U (F μ)
(3.9)
500W 以下的三相电路
C =K ·2RB T T U I U (F μ)
(3.10)
式中K 是取决于变压器和电容器连接方式的计算系数，见表3.2。 吸收电阻R 按下式计算
R=100
f
C I U 1
D D (Ω) (3.11)
f =50Hz 时，式(3.11)可写成
R=37.6
1
D D
C I U (Ω) (3.12)
式中：D U —输出整流电压V ；
D I —输出整流电流A ；
f —交流电源频率Hz 。
表3.3 计算系数1g K 、2g K 、3g K
电路类型 1g K
2g K
3g K
单相桥式 29000 0.3 0.25 三相桥式 17320 0.17 0.25 三相半波 13860 0.21 0.25 三相反星形
12120
0.24
0.2
在大功率整流设备中，RC 吸收网络的参数可按下式公式计算[2]：
21s 2g1
ζ
K U f I C =(F μ) (3.13)
ζ
K 221
2
g I U R =(Ω) (3.14)
R 的功率计算公式
R I P 223g R )ζK (=(W)
(3.15)
式中：21U —变压器二次侧空载线电压，V ；
2I —变压器二次侧线电流，A ；
s f —电源频率，Hz ；
1g K 、2g K 、3g K —计算系数，见表3.3；
ζ—变压器励磁电流对额定电流的标幺值，一般取0.02～0.05。
三相RC 保护电路可采用星形连接，也可以采用三角形连接，上述各式适用于星连
接方式。当采用三角形连接方式时电容值应取计算值的3
1
，电阻R 取计算值的3倍。在
设计中电容C 和电阻R 的计算按大容量整流器阻容吸收装置的计算公式计算。
由公式(3.13)计算得电容C
C =21
s 21
g ζK U f I =38.19(F μ)
由公式(3.14)计算得电阻R
R =ζK 2212
g I U =1.54(Ω)
电容耐压值可取为管子电压的1.5倍以上即
C U ≥m U =1.5×6×
128.21=471.07(V) 取为500V
由公式(3.15)可计算得电阻的功率
R P =R I 223g )ζK (=57.86(W)
取R P =58W
实际值取C =40F μ，R 取2Ω。可选取40F μ/500V 金属化纸介电容器，2Ω/58W 金属膜电阻。
②稳压元件吸收回路是将稳压管，硒堆或压敏电阻并联在交流装置进线和出线端，利用其击穿后电流大的特点消耗冲击能量。电压降低后稳压元件自动恢复高阻状态，如图3.2所示。
压敏电阻的主要参数：
标称电压mA 1U ：漏电流为1mA 时对应的端电压值，V ；
残电压y U ：放电电流达到规定值y I 时的端电压，V ；
y U ／mA 1U 叫做残压比；
允许通流量：在规定的波形下允许通过的浪涌电流，kA ； 压敏电阻的伏安特性如图3.3所示。
(a)(b)(c)
UR
UR
UR
图3.2 压敏电阻保护电路
图3.3 压敏电阻伏安特性
在使用压敏电阻时，参数选择是很重要的。应保证在元件的mA 1U 下降到原来10﹪时，即使电源电压波动达到最大允许值，压敏电阻漏电流也不超过1mA 。
当压敏电阻为星形连接时，mA 1U 的计算公式为
整流器的原理： 在以大功率二极管或晶闸管为基础的两种基本类型的整流器中，电网的高压交流功率通过变压器变换为直流功率。提到未来（不久的或遥远的）的其它类型整流器：以不可控二极管前沿产品为基础的斩波器、斩波直流/直流变换器或电流源逆变型有源整流器。显然，这种最新型的整流器在技术上包含较多要开发的内容，但是它能显示出优点，例如它以非常小的谐波干扰和1的功率因数加载于电网。 二极管整流器 所有整流器类别中最简单的是二极管整流器。在最简单的型式中，二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较窄的范围内控制。 晶闸管整流器 在设计上非常接近二极管整流器的是晶闸管整流器。因为晶闸管整流器的电参数是可控的，所以不需要有载抽头变换器和饱和电抗器。 因为晶闸管整流器不包含运动部件，所以晶闸管整流器系统的维修减少了。注意到的一个优点是晶闸管整流器的调节速度较二极管整流器快。在过程特性的阶跃期间，晶闸管整流器常常调节很快，以致能够避免过电流。其结果是晶闸管系统的过载能力能够设计得比二极管系统小。 整流器的现状： 目前，业界推出的节能灯和电子镇流器专用三极管都十分注重对贮存时间的控制。因为贮存时间ts过长，电路的振荡频率将下降，整机的工作电流增大易导致三极管的损坏。虽然可以调整扼流圈电感及其他元器件参数来控制整机功率，但ts的离散性，将使产品的一致性差，可靠性下降。例如，在石英灯电子变压器线路中，贮存时间太大的晶体管可能引起电路在低于输出变压器工作极限的频率振荡，从而
广东白云学院 CDIO 项目设计报告 项目级别：一级 题目：手机充电器设计 指导教师：林春景、苗耀洲 专业班级：电子信息工程专业10 级 组别：第四组 组长：苏炳坤 团队成员：祁沛超、熊志东、麦妙仪、魏健斌 院系名称：电子信息工程系 成绩： 使用学期：2010-2011 学年第 1 学期
手机充电器的设计与制作项目报告 前言：我们这次的项目是手机充电器的设计与制作秉承CDIO的理念，团队设计活动贯穿课程学习活动始终，让我们对电子应用系统项目设 计的过程有实际的经历与理解。以下是我们小组项目制作期间成员的 分工： 从各个途径查找关于手机充电器工作原理以及各原件的特性与在电 路中的作用。负责人：苏炳坤、熊志东 时间安排与策划。负责人：祁沛超、魏健斌 项目监督与项目报告。负责人：麦妙仪 项目作品制作。负责人：全组组员 PPT与 prolfel99SE软件画图，负责人：苏炳坤 正文： 第一部分：设计任务 项目标题：手机充电器的设计与制作。 项目设计要求： 设计制作一个输入交流电压为220v，输出充入手机上的直流电压为，允许 5%误差的手机充电器。 交流输入电压： 220ACV10% 50/60HZ
输出直流电压：5% 充电电流： 300mA~1800 mA 设计方案的分析论证简述： 在这次的项目设计里，首先是老师给我们上的导论课让我们了解到 一些专业知识，再是到我们小组通过利用老师给我们讲解的知识再加 以分析理解从而得出设计方案。 第二部分：设计方案 总体方案的选择与论证： 方案一：制作线性电源 线性电源（ Liner power supply ）是先将交流电经过变压器降低电 压幅值，再经过整流电路整流后，就得到脉冲直流电，后经滤波得 到带有微小波纹电压的直流电压。我们所需要的是达到高精度的直 流电压，所以必须经过稳压电路进行稳压。 线性调整元件进行精细调节,使之输出高精度的直流电压源。 原理如图一所示： ②～ 9V ③--9V ④--9V ①～ 220V 变压器整流桥电解电 容 220V交流 9V 交流全波整 滤波流
郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目手机充电器 学生姓名X X X ___________________ 专业班级电气工程及其自动化班 学号2012470XX __________________ 院（系）电气工程学院__________________ 指导教师_XX ______________________ 完成时间2014 年月日
刖言 随着科学技术的发展，手机逐渐成为人们交流的主要工具，在人类社会中扮演着重要的角色。但是也有不利的一方面，消费者每当更换一个手机就必须更换原配充电器，或者是原配充电器遗失或损坏后找不到与之相匹配的充电器，所以必须抛弃手机或者寻找原配充电器，但是花很多的钱。手机配件的不完善逐渐成为国产手机被消费者厌恶最多的问题之一，致使国内手机的销量下降。 在2003年，深圳市海陆通电子有限公司研发推出了历史上第一款通用型手机充电器一一万能充，让海陆通公司始料不及的是，这个看似简单但外观独特的充电器却获得市场的热销。“第一次推出的几十万批量试单，三天内全部售完，完全出乎在我们的预料。”没有想不到只有做不到，至此万能充电器逐渐成为人们充手机的主要工具，方便快捷。 以前一个手机要对一个原装充电器，因为手机的更新换代速度很快，有的人半年就换一台手机，一个老百姓平均使用的充电器十个八个，对社会的有限资源是极大的浪费。但是万能充发明出来后，一个充电器基本可以满足全家人使用。所以说对节约社会资源，减少资源浪费做出了一定的贡献，在这个行业来说也是一个创新性的里程碑式的产品，有效地推动了充电器标准化的进程。一个小小充电器不仅改变了海陆通公司的命运，也改变了数以千万中国手机用户换手机一定要换充电器的束缚，给手机用户带来了极大的便利。
三相PWM 整流器控制器设计 PWM 整流器能够实现整流器电网侧的电流为正弦，从而大大降低整流器对电网的谐波污染。PWM 整流器同时能够实现电网侧电流相位的控制，常见的有使得电网侧电流与电源电压同相位，从而实现单位功率因数控制，也可以根据需要使得电网侧电流相位超前或滞后对应的电源相电压，从而实现对电网的功率因数补偿。 三相PWM 整流器主电路和控制系统原理图如图1所示，其中A VR 为直流侧电压外环PI 调节器、ACR_d、ACR_q分别为具有解耦和电源电压补偿功能的dq 轴电流内环PI 调节器，PLL 为电源电压锁相环，SVPWM 为电压空间矢量运算器，Iabc to Idiq、Vabc to ValfaVbeta和Vdq to ValfaVbeta分别为三相静止坐标-两相旋转直角坐标变换、三相静止坐标-两相静止直角坐标变换和两相旋转直角坐标-两相静止直角坐标变换。 图1 基于空间矢量的三相PWM 整流器原理图
根据开关周期平均值概念、三相电压型PWM 整流器开关函数表等，可得到三相电压型PWM 整流器在dq 坐标下微分方程形式和等效电路形式的开关周期平均模型。经过dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图如图2所示，其中小写的变量表示该变量的开关周期平均值，大写的变量表示该变量在工作点的值。 v dc d dc q 图2 基于dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图 对解耦和电源电压补偿之后的dq 轴等效电路进行工作点附近的小信号分析，即可得到小信号下的传递函数如式(1、（2）和（3）所示，其中L 、R 分别为交流侧的滤波电感及其等效电阻，C 为直流侧滤波电容，Dd 为d 轴在工作点的占空比。 ~ i d (s αd (s ~ i q (s αq (s ~ v dc (s i d (s V dc (1
大功率二极管整流装置 大功率二极管整流装置将高压的交流电源直接降为低压交流同时配合二极管整流装置将之变换为石墨化炉用的直流电，系统组成比较复杂，维护保养工作较多。 我厂大功率二极管整流装置主要有以下几个部分组成 变压器包括变压器本体、整流装置、油水冷却装置、控制操作台以及高压保护系统。 1、变压器本体，变压器本体主要组成部分有大油枕、小油枕、呼吸器、瓦斯继电器、压力 释放阀、油温传感器、高压套管、有载调压开关、无载调压开关、低压出线铜排、以及变压器外壳和内部的绕组、电抗器等。 变压器的接线方式等数据可以在铭牌上查到。 下图是我厂3#、4#炉变的铭牌
1、变压器本体 此特种变压器高压侧移相7.5度，低压侧为双反星型带平衡电抗器同相逆并联接线方式。 交流侧输出电压为6相交流。 移相：在绕组高压侧采用曲折绕组的方式，使电压的相位发生变化，本变压器为正移相 7.5度，多台变压器移相配合可以降低整流装置注入电网的谐波提高功率因数 双反星型带平衡电抗器接线方式可以在使用同样的元器件的情况下将电流提高一倍电压降低一倍，适用于大电流低电压的场合，比如石墨化炉。 无载分接开关可以在无电压的情况通过串入或切除绕组的方法来改变变压器的匝数比，调节电压。 有载分接开关可以在带电压、带负载的情况下调整变压器的电压， 两个调压开关的配合使用可以输出工艺要求的电压和电流，顺利完成生产任务。 高压套管主要起绝缘的作用，将35KV的高电压和变压器外壳绝缘起来。 瓦斯继电器通过变压器油的气化来推动输出报警和故障信号，使变压器安全可靠运行。 当变压器油热胀冷缩时油枕内的空气通过呼吸器进出，既保证了变压器内部的压力平衡，又隔绝了外部可能窜入的水分对变压器绝缘的破坏。 压力释放阀在变压器内部严重故障时可以打开快速释放出高压的油和气，降低变压器内部的压力，保护变压器外壳和密封性能不受破坏 大小油枕利用同一个枕体内部隔开，大油枕连接变压器本体，小油枕连接调压开关。两侧各有个油位计可以实时显示大小油枕的油位。 油温传感器可以显示实时的油温，并远传至操作台供油温控制器显示并判断故障。 2、整流装置 分左整流、右整流以软铜排和变压器二次出线相连。内部主要有12个整流桥，其中6组共阳极6组共阴极，分别汇接在直流母排的负极和正极上。每个二极管前都串联了一个快速熔断器，器件过流时快熔动作，输出报警同时切断电路保护整流器件不受损坏。 整流器上面也有一套保护装置 瓦斯继电器在整流内部故障时输出报警和故障信号 压力释放阀保护整流器外壳和密封性能。 热电阻温度计检测整流器温度 母线热电偶检测正负母线的温度，上传至控制器作为保护和故障判断的依据 整流器的保护方式还有阻容的过电压抑制回路，和二极管的均流检测回路。有兴趣的可以深入研究。 3、油水冷却器 主要由油泵、油泵控制箱、油流继电器、油压检测、螺旋板换热器和晾水塔构成 油泵为变压器和整流装置油循环提供动力提高散热效果，即强迫油循环方式。 油泵控制箱控制两台油泵的启动同时中继油流信号和油压信号。 螺旋板换热器交换高温的变压器油和晾水塔来的冷水之间的热量 晾水塔将和变压器油换热回来的热水通过自然蒸发降低其温度，然后循环回换热器 4、操作台 操作台是对整流装置操作，以及保护的低压设施。主要有各种变压器和整流器的远方操作按钮、各种控制器以及信号显示和报警等构成。主要包含大量的继电器控制回路、显示仪表、控制仪表等。操作台是整个整流装置的灵魂，各种显示数据必须准确、报警和保护的动作必须准确。必须严格按照操作规程操作，避免误操作引起的停车事故。5、高压保护 整流装置投资巨大，若有严重故障很难维修，而且会严重影响正常生产。所以对变压器
手机充电器电路设计 摘要：通过对课程的学习设计。了解手机充电器的工作原理及设计流程，确定相关参数和电路图。 关键字：隔离变压器频率绝缘电阻绝缘强度可燃性自由跌落湿热试验工作原理工作流程 1 前言（李洋） 1 电路设计思想 从手机锂离子二次电池的恒流／恒压充电控制出发，用220V 交流电通过配置的内置储能锂电池对手机锂离子电池充电。电路的具体工作流程如图1所示。 图1 工作流程图 2 电路设计方案 充电芯片选用美信半导体公司的锂电池充电芯片，这款充电芯片具
有很强的充电控制特性，可外接限流型充电电源和P沟道场效应管，能对单节锂电池进行安全有效的快充。其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功率耗散，且充电控制精度达0.75％；可以实现预充电；具有过压保护和温度保护功能，其浮充方式能够充至最大电池容量。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，接通电源将启动一次充电过程。充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1％，或时间超出片上预置的充电时间。所选用的充电芯片能够自动检测充电电源，在没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，充电结束时，外接LED指示灯将会进行闪烁提示。 电路工作原理 内置储能电池的充电及其保护电路其中包括：LED显示、热敏电阻，电流反向保护。ADJ引脚通过10kΩ的电阻与内部1.4V的精密基准源相连接，当ADJ对地没有连接电阻时，电池充电电压阈值为缺省值：VBR ＝4.2V；当需要自行设置充电阈值时，可在ADJ引脚与GND间接一精度为1％的电阻RADJ，阻值由式(1)确定：RADJ＝10kΩ/(VBR/VBRC-1) (1) 由图3可知，充电阈值为4.1V，可得RADJ＝410k 做手机充电器电路设计，需先对其工作环境进行分析，了解其工作原理。
万能充电器结构设计 手机充电器开发目录 一、方案定向 二、基本规格要求书的制作 三、ID 的确认 四、结构建模 1.资料的汇总 2.构思拆件 3.外观件的绘制 4.初步拆件 5.PCB 设计指引制作 6.拆件效果图的确认 五、结构设计 ㈠主体：面底壳 1.止口线的制作 2.螺丝柱的结构 3.主扣的分布 4.与透明盖装配位置的结构设计 5.接触片的避空槽的设计 6.与胶垫或海绵垫等装配位置的结构设计 https://www.doczj.com/doc/05417737.html,B 的固定结构 8.连接片尾部的避空口设计 9.插头安装的设计 10.散热窗,贴主标的位置,支撑凸点的设计 11.PCBA板的固定结构 ㈡透明盖 1.接触片、连接片的固定结构 2.接触片接触头的避空口设计 3.与主体装配的常用结构 4.压紧电池的装置设计 ㈢充电器夹紧力产生装置的结构设计 ㈣其他零配件的设计。 六、结构手板的制作与验证 七、结构设计优化 八、结构评审 九、开模评审 十、开模期间的项目跟进 十一、报价资料的整理 十二、试模与改模 十三、试产 十四、量产 手机充电器简介 手机充电器主要按照使用的方式进行分类。手机充电器大致可以分为座式充电器、旅行充电器和车载充电器。 * 座式充电器。这类充电器一般多为慢充模式，充电时间较长，大约为4～5 小时。 * 旅行充电器。大多数手机标准配置中只有旅行充电器。旅行充电器和座式充电器对电池充电的效果是一样的。这类充 电器携带方便，对于经常出外旅行的人来说比较合适，它一般是快速充电方式，充电时间为2～3 小时，旅行充电器基本 都具有充满自停的功能，对手机不会有任何不良影响。 * 车载充电器。这类充电器可以方便用户在汽车上为手机充电。其原理是采用汽车点烟器的电流电压12－24V，经“车
6脉冲、12脉冲可控硅整流器原理与区别 2007-2-8 10:36:00文/厂商稿出处：https://www.doczj.com/doc/05417737.html, 摘要：本文从理论推导、实测数据分析、谐波分析和改善对策、性能对比四个方面详细阐述6脉冲和12脉冲整流器的原理和区别。对大功率UPS的整流技术有一个深入全面的剖析。 一、理论推导 1、6脉冲整流器原理： 6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别控制，所以叫6脉冲整流。 当忽略三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，延迟触发角a为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为：
(1-1) 由公式（1-1）可得以下结论： 电流中含6K?1（k为正整数）次谐波，即5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 图1.1 计算机仿真的6脉冲A相的输入电压、电流波形2、12脉冲整流器原理： 12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端、增加移
相变压器后在增加一组6脉冲整流器，使直流母线电流由12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。 下图所示I和II两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。 12脉冲整流器示意图（由2个6脉冲并联组成） 桥1的网侧电流傅立叶级数展开为： (1-2) 桥II网侧线电压比桥I超前30?，因网侧线电流比桥I超前30? (1-3) 故合成的网侧线电流
(1-4) 可见，两个整流桥产生的5、7、17、19、...次谐波相互抵消，注入电网的只有12k?1（k为正整数）次谐波，即11、13、23、25等各次谐波，且其有效值与与谐波次数成反比，而与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 图1.2 计算机仿真的12脉冲UPS A相的输入电压、电流波形二、实测数据分析。 以上计算为理想状态，忽略了很多因数，如换相过程、直流侧电流脉动、触发延迟角，交流侧电抗等。因此实测值与计算值有一定出入。
毕业设计（论文） 题目PWM整流器的设计学院（系）：自动化学院
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、保密囗，在10年解密后适用本授权书 2、不保密囗。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名： 年月日 导师签名： 年月日
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书 学生姓名覃峰专业班级电气0702 指导教师袁佑新教授胡红明讲师工作单位自动化学院 设计(论文)题目: PWM整流器的设计 设计（论文）主要内容： 熟悉整流的原理，对整流技术进行综述、比较，并设计出整流器硬件电路和软件程序。 要求完成的主要任务: （1）外文资料翻译不少于20000印刷符； （2）查阅相关文献资料（中文15篇，英文3篇）； （3）掌握整流的原理； （4）撰写开题报告； （5）熟悉整流技术国内外的研究现状、目的意义； （6）对整流技术进行综述、比较； （7）计出整流器硬件电路和软件程序。； （8）绘制的电气图纸符合国标； （9）撰写的毕业设计（论文）不少于10000汉字。 必读参考书： [1] 王兆安，黄俊.电力电子技术.第4版.北京：机械工业大学出版社，2007 [2] 杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006 [3] 张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业大学出版社，2003 指导教师签名系主任签名 院长签名(章)
太阳能光伏组件技术 课程设计报告 一设计任务与要求 太阳能电池板可以工作在多种环境下，只要接受到的太足够的强烈就可以满足光电转换的需求。同时太阳能电池板提供的是直流电源，它在设计为小型充电设备充电时所需求的电路结构相对简单，相比使用交流电源充电时更加安全可靠。 具体要求：当按下总开关时，太阳能电池板开始给手机充电，并且LED灯亮表示太阳能电池板正在工作。 二方案设计与分析 本课程设计是通过太阳能电池板和LM2596S降压模块的连接，使太阳能电池板产生的电流通过降压集成电路形成稳定的电流，再通过USB接口给手机充电板充电。 2.1 LM2596 本实验需要LM2596芯片，下面是其功能介绍： LM2596是仪器生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它部含固定频率振荡器和继续混稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路、电流限制、热关段电路等。
LM2596的特点如下： 1、输出电压：3.3V、5V、12V及（ADJ）等，最大输出电压37V 2、工作模式：低功耗/正常两种模式。可外部控制 3、工作模式控制：TTL电平相容 4、所需外部组件：仅四个（不可调）；六个（可调） 5、器件保护：热关断及电流限制 6、封装形式：5脚（TO-220(T)；TO-263(S）） 下图分别为LM2596的实物图和部结构图。 实物图部结构图 管脚功能：VIN——正输入端，在这个管脚处必须加一个适当的输入旁路电容来减小暂态电压，同时为LM2596提供所需的开关电流。 GND——接地端。Output——输出端，这个脚上的电压可在（+VIN-VSAT）和-0.5V（大约）间转换。为了减小耦合，PCB上连接到该脚的铜线区域要尽量小。 Feedback——反馈端，这个管脚把输出端的电压反馈到闭环反馈回路。 ON /OFF——这个管脚可以利用逻辑电平把LM2596切断，使输入电流就降到大约
毕业设计 题目手机充电器外壳的成形模具设计系别 专业 班级 姓名 学号 指导教师 日期
设计任务书 设计题目： 手机外壳充电器 设计要求： 1.设计一个手机充电器外壳； 2.了解所要生产塑料制品所用的设备； 3.设计的思路要清晰、明确； 4.正确分析并描绘塑件的工艺，材料的正确性及一些相关参数； 5.选材要注意经济性、实用性等； 设计进度： 11月26日－11月30日收集资料； 12月1 日-12月5日整理设计思路并计算； 12月6日-12月14日模具的总体设计； 12月15日-12月22日校核模具的相关参数； 12月23日-12月25日打印并上缴论文； 12月26日-12月31日论文答辩。 指导教师（签名）：
机电系20**届毕业生毕业设计答辩记录 记录教师（签名）：
目录 摘要 (6) 前言 (7) 一、塑件工艺分析 (8) 1.1塑件设计要求 (8) 1.2塑件生产批量要求 (8) 1.3塑件的成型要求 (8) 1.4丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） (9) 1.5材料的确定及相关参数 (9) 二、基本结构 (12) 2.1、模具的成形方法 (12) 2.2、型腔的布置 (12) 2.3选择浇注系统 (13) 2.4冷却系统的设计 (15) 2.5确定推出方式 (17) 2.6侧向抽芯机构 (17) 2.7模具的结构形式 (18) 三、模具设计的有关计算 (18) 3.1注射机的选择 (18) 3.2、模具成形尺寸设计计算 (19) 四、注塑机参数校核 (20) 4.1最大注射量校核 (20) 4.2锁模力校核 (21) 4.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 (21) 4.4模具闭合高度校核 (21) 4.5开模行程校核 (22) 4.6模具结构、尺寸的设计计算 (22) 4.7型腔结构 (22) 4.8型芯结构 (23) 4.9导向机构 (23) 4.10复位杆 (24) 4.11拉料杆 (25) 4.12推件杆 (26) 4.13推出结构 (26) 五、塑料注射模具技术要求及总装技术要求 (28) 5.1零件的技术要求 (28) 5.2总装技术要求及装配图 (28) 结论 (31)
一、可控硅的工作原理 可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。 图3-29是它的结构、外形和图形符号。 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图3-30是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线I为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。 曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。 曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。
密级：公开 科学技术学院 NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2012 —2016年） 题目基于MATLAB的三相整流器设计 学科部：信息学科部 专业：电气工程及其自动化 班级：电气122班 学号：7022812067 学生姓名：张升林 指导教师：万旻 起讫日期：2015年12月—2016年5月29日
目录 摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................ II 第一章三相整流器的发展状况.. (1) 1 .1 三相整流器发展背景 (1) 1 .2 三相整流器的进展 (1) 1 .3 本论文主要研究的内容 (2) 第二章Matlab-Simulink电力系统仿真介绍 (3) 2 .1 Matlab介绍 (3) 2 .2 Simulink的介绍 (4) 第三章三相整流器的结构和原理分析 (5) 3.1 三相桥式全控整流器结构和原理分析 (5) 3.2 三相PWM整流器结构和原理分析 (5) 第四章三相整流器电路的仿真 (7) 4.1三相桥式全控整流器的仿真 (7) 4.2 三相PWM整流器的仿真 (8) 第五章三相PWM整流器的设计 (11) 5.1 主电路设计 (11) 5.2 功率器件的选择 (11) 结论 (13) 参考文献（References） (13) 致谢 (14)
电解铝用大功率整流器设计 摘要：主要介绍电解铝用220kA、1220V、ZHS型超大功率整流器的技术参数和结构设计，以求达 到高效率、低损耗、小体积、高可靠性等要求。 关键词：超大功率整流器铝电解自动稳流技术高效率 电解铝用超大功率整流器，由于其高电压、强电流以及电解铝的工艺要求，如何使其达到高可靠性、高稳定度、高效率一直是用户十分关注的问题。这篇文章的理论性及实用性均较好，特此推荐，值得从事超大功率电化学整流器的设计者和使用者一读。 青铜峡铝厂三期工程是我国目前规模最大的电解铝在建项目。建成后，单系列年产铝将达到14万吨，也是当前世界上最大的电解铝工程之一。其整流电源全部采用国产设备。国内现已建成投运的最大电解铝生产线单系列年产是10万吨的规模，除最近投运的云南铝厂采用国产设备外，其余8～10万吨级电解铝工程均采用国外引进设备。对于系列电流达220kA、电压为1220V年产量14万吨电解铝的超大功率整流电源设备的研制，其主要技术特点是要求达到高效率、低损耗、小体积、高可靠性和高度的自动化水平，在国内同类产品中居领先水平，在国际上也具有代表性。 1整流装置的主要技术参数 整流电流（系列）：220kA。 整流电压：1220V 理想空载直流电压：1450V 整流机组数：4组 单机组额定整流电流：（37000×2）A 单机组额定直流功率：90.3MW 整流效率：99.8％ 整流主电路连接形式：三相桥式同相逆并联连接。 电网供电电压：220kV 等效整流相数：单机组为等效12相整流，4机组组成等效48相，整流变压器网
侧采用曲折星形和六边形移相。 国内目前几个单系列年产8～10万吨大型电解铝项目的整流器与本项目的主要技术指标对比如表1。表中除青海铝厂一期是80年代投产的以外，其余都是90年代开始投入运行的。由此对比可见，本装置主要技术参数和性能指标的水平在同类产品中是领先的。 表1 电源技术参数 平果铝厂 贵州铝厂一期 贵州铝厂三期 青海铝厂一期 青海铝厂二期 云南铝厂 青铜峡三期 单系列年产量（万吨） 10 8 8 10 10 10 14 交流电网电压（kV） 220 220 220 110 110 220 220 额定直流电压（V） 1150 680 920 1150 1150 850 1220
手机万能充电器电路原理 由于各型号手机所附带的充电器插口不同，所以造成各手机充电器之间不能通用。当用户手机充电器损坏或丢失后，无法修复或购不到同型号充电器，使手机无法使用。万能充电器厂家看到这样的商机，就开发生产出手机万能充电器，该充电器由于其体积小、携带方便，操作简单，价格便宜，适合机型多，深受用户的欢迎。下面以深圳亚力通实业有限公司生产的四海通S538型万能充电器为例，介绍其工作原理和维修方法。该充电器在市场上占有率较高，又没有随机附带电路图，给维修带来一定的难度，本文根据实物测绘出其工作原理图，见附图，供维修时参考。 四海通S538型万能充电器在外观设计上比较独特，面板上采用透明塑料制作的半椭圆形夹子，透明塑料面板上固定有两个距离可调节的不锈钢簧片作为充电电极。面板的尾部并排有1个测试开关(极性转换开关)和4个状态指示灯，用户根据需要可以调节充电器电极距离和输出电压极性，并通过状态指示灯可方便看出电池的充电情况。 一、工作原理 该充电器电路主要由振荡电路、充电电路、稳压保护电路等组成，其输入电压AC220V、50／60Hz、40mA，输出电压DC4.2V、输出电流在150mA～180mA。在充电之前，先接上待充电池，看充电器面板上的测试指示灯是否亮?若亮，表示极性正确，可以接通电源充电；否则，说明电池的极性和充电器输出电压的极性是相反的，这时需要按一下极性转换开关AN1(测试键)才行。具体电路原理如下。 1．振荡电路 该电路主要由三极管VT2及开关变压器T1等组成。接通电源后，交流220V 经二极管VD2半波整流，形成100V左右的直流电压。该电压经开关变压器T的1-1初级绕组加到了三极管VT2的c极，同时该电压经启动电阻R4为VT2的b 极提供一个正向偏置电压，使VT2导通。此时，三极管VT2和开关变压器T1组成的间歇振荡电路开始工作，开关变压器T的1-1初级绕组中有电流通过。由于正反馈作用，在变压器T的1-2绕组感应的电压通过反馈电阻R1和电容C1加到
重庆大学电气工程学院 电力电子技术课程设计 设计题目：单相桥式可控整流电路设计 年级专业：****级电气工程与自动化学生姓名：***** 学号： **** 成绩评定： 完成日期：2013年6月 23 日
指导教师签名：年月日
重庆大学本科学生电力电子课程设计任务书
单相桥式可控整流电路设计 摘要：本文主要研究单相桥式PWM整流电路的原理，并运用IGBT去实现电路的设计。概括地讲述了单相电压型PWM整流电路的工作原理，用双极性调制方式去控制IGBT的通断。在元器件选型上，较为详细地介绍了IGBT的选型，分析了交流侧电感和直流侧电容的作用，以及它们的选型。最后根据实际充电机的需求，选择元器件具体的参数，并用simulink进行仿真，以验证所设计的单相电压型PWM整流器的性能。实现了单相电压型PWM整流器的高功率因数，低纹波输出等功能。 关键词：PWM整流simulink 双极性调制IGBT
目录 1.引言 ......................................................... - 5 - 1.1 PWM整流器产生的背景.................................... - 5 - 1.2 PWM整流器的发展状况.................................... - 5 - 1.3 本文所研究的主要内容.................................... - 6 - 2.单相电压型PWM整流电路的工作原理 ............................. - 7 - 2.1电路工作状态分析......................................... - 7 - 2.2 PWM控制信号分析......................................... - 8 - 2.3 交流测电压电流的矢量关系............................... - 9 - 3.单相电压型PWM整流电路的设计 ................................ - 10 - 3.1 主电路系统设计......................................... - 10 - 3.2 IGBT和二极管的选型设计................................. - 11 - 3.3 交流侧电感的选型设计................................... - 11 - 3.4 直流侧电容的选型设计................................... - 12 - 3.5 直流侧LC滤波电路的设计................................ - 13 - 4.单相PWM整流电路的仿真及分析 ................................ - 13 - 4.1 整流电路的simulink仿真............................... - 13 - 4.2 对simulink仿真结果的分析............................. - 16 - 5．工作展望 ................................................... - 16 - 参考文献 ...................................................... - 17 -
大功率整流器中快速熔断器的选型 时间：2011-03-16 22:53:18 来源：西安西电电力整流器公司，西安中电变压整流器厂作者：钟授钊，贾继业，吴春学摘要：说明了作为大功率整流器中整流管或晶闸管的短路保护元件——快速熔断器的选型与参数计算。 关键词：整流器；快速熔断器；短路保护 快速熔断器在大功率整流器中与整流管或晶闸管串联连接，作为对整流器件短路故障的保护元件。当整流器件发生反向击穿故障时，快速熔断器快速分断故障支路的短路电流，保护整流器免受故障短路电流的危害。 1 大功率整流器的特点 大功率整流器可以电解铝用整流器为代表，在我国随着单个电解槽产量的提高，电解铝的年产量已由100kt增加到140kt，于是槽电压已由800V 提高到1200V，槽电流已由160kA增至280kA，相应的整流变压器容量已提高到75～100MVA。单台输出电流高达50～75kA的整流器，对整流管、快速熔断器也提出了更高的技术要求。 图1为年产140kt电解铝用直流系统图，它由四组整流机组并联组成，其中一组为备用。每组整流变压器容量2×54.99MVA，向二台1220V、37kA 整流装置供电。整流器采用三相桥式同相逆并联电路，每桥臂由4只ZP-4800V/4500A整流管并联组成，下面讨论如何选用合适的快速熔断器进行保护。 图1 整流系统结构图 2 快速熔断器的选用 2.1 熔断器的额定电压U NF U NF值应稍大于熔断器熔断后两端出现的外加电压稳态最大有效值。对数台整流器并联运行的直流供电系统，当其中某一桥臂短路时，或逆变器中发生桥臂直通故障时，施加在熔断器二端的电压为交流电压U VO与部分直流电压U do之和，可按下式计算[1]： U NF>（三相桥式电路） 或U NF>（双反星形电路） 图1中整流变压器阀侧电压1050V，可选用1200V电压等级的快速熔断器。 2.2 熔断器的额定电流I NF
·1 设计题目以及要求 1.1设计说明 本充电器由电源变压器T（8VA,9V）、整流桥堆UR(2A,50V)、三端可调集成稳压器IC(W7805)、晶体管V1(9013E),、发光二极管VL1(RED)、电阻R1R2、电位器RP1RP2RP3等组成，可对手机锂电池进行充电，电池充满电后可自动停充。 1.2设计要求 通信技术的高速发展促使手机种类众多，也导致手机充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套手机通用锂电池的充电器。 充电器的简单工作过程如下：交流输入电压经电容降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经隔离二极管和滤波电容对手机充电，随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，通过分压器将此电压引入基准电压比较器，其中三个比较器带三个指示灯，分别指示充电的状态，当三个灯全亮时，表示充电已满。通过以上的工作过程描述结合生活经验设计手机实用充电器电路。 技术要求：能够顺利为锂电池充电，有必要的显示、保护功能，充电电压4.2V，充电限制电压4.5V。 工作要求：独立设计充电器方案，根据本人的方案，购买所需要的元器件和电路板，独立设计并调试正常，要求总投资不得高于20元。
·2 设计总体思路以及基本原理 2.1 设计总体思路 手机充电器输入端输入220V、50HZ电，分别经过降压、整流、滤波电路使得高电压交流电变换为低电压直流电，再分别经过分压，稳压电路实现满足要求的电压和电流供应，完成充电过程，显示电路用于实现充电过程与充满状态的显示。 2.2 基本原理 首先，经过变压器可以将市电降低为对人体安全的电压，当然，前提是满足要求。其次，经过全桥整流可以得到波动稍大的直流电，所以接下来就要用到滤波电路，这里使用470UF的电解电容。接下来要用到电位器来达到分压的目的，以给三端稳压器提供稳定的电压，也可以使用稳压二极管。三端稳压器的输入端接到此电位器的一端，输出端以及接地端通过电阻和电位器接成三端可调的稳压电路。自此，我们的降压，整流，滤波，分压以及稳压电路就完成了。接下来三极管基极通过一个电位器与稳压器的输出端相接，这是用来调流的，而集电极通过电阻和指示灯接到稳压器的输入端，这就是显示电路。最后，发射级作为充电器的输出正极，而地线作为充电器的输出负极。这样，我们的充电器就算完成了，刚开始在充电过程中显示灯亮，表示处于充电状态；当电池充满以后由于三极管截止，所以指示灯灭，表示充电已完成。这就是基本原理，通过调试来得到精确而且稳定性能良好的锂电池充电器。
专门找了几个例子，让大家看看。自己也一边学习。 分析一个电源，往往从输入开始着手。220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的4007、4700pF电容、82KΩ电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。13003为开关管(完整的名应该是MJE13003)，耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。 不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的。左端的510KΩ为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10Ω电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压(其值为10*I)，这电压经二极管4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低，从而集电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁(其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限制在140mA左右)。 变压器左下方的绕组(取样绕组)的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管C945发射极一端为地。那么这取样电压就是负的(-4V左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高，
手机充电器的设计与制作方案 B10电子信息工程 第四组：苏炳坤、祁沛超、魏健斌、熊志东、麦妙仪 一、试验课题名称：手机充电器的设计与制作。 二、项目内容摘要： （1）了解手机充电器的简单工作原理以及各原件的特性与作用； （2）通过组员们动脑与动手行动来完成充电器的设计与制作； （3）接通电源检测与调试电路。 三、项目设计要求：输入电压为220V交流电，输出为5V、500mA直流电。 拓展要求：输出4.2V、500mA直流电。 四、项目制作目的：加强组员们的动手、动脑，以及收集资料的能力，建立 起同学们的团队精神、团队意识，从而达到CDIO项目改革的目的。 五、项目制作期间小组成员的分工： （1）从各个途径查找关于手机充电器工作原理以及各原件的特性与在电路中的作用。负责人：苏炳坤、熊志东 （2）时间安排与策划。负责人：祁沛超、魏健斌 （3）项目监督与实验报告。负责人：麦妙仪 （4）项目作品制作。负责人：全组组员 （5）PPT与PROFEL99SE软件画图，负责人：苏炳坤 六、总体方案的选择与论证： 本次的项目里我们做的是手机充电器，之所以选择这个项目是因为其制作原理相对简单之余也需要懂得相关的知识才能完成，适合我们大一的新生。这次的手机充电器项目中我们也有两个小的项目可供选择： （1）线性电源：相对于开关电源，线性电源的制作比较简单、原理明了，适合我们制作，但它有体积大、消耗高、效率低等缺点。 （2）开关电源：对于市面上大多充电器的设计都为开关电源的，不选择它主要原因是应为其需要的技术含量相对较高，原理相对复杂，但是它具有高效率、低耗能、体积小且相对稳定的特性。 七、项目原理：