摘要
晶闸管直流稳压电源是通过整流桥把交流电转换为直流电的向负载直接供电的装置。其设计重点是保证有较高的转化效率和输出的直流电压保持稳定。
本文介绍了以晶闸管组成三相桥式整流电路，用KJ004和KJ041组成的触发电路的晶闸管直流稳压电源。该电源大大提高了电流的转换效率和电压的稳定性，在一定程度上解决了现有系统存在的问题，从而提高了系统的整体运行性能。本文研究电源从主电路入手，分析了三相桥整流器的输出特性和其所需要的触发脉冲的特性，确定了主电路和触发电路。从输出电压稳定性方面入手增加了电压调节器电流调解器和滤波电路等辅助电路。从保护晶闸管元件方面入手增加了电压电流保护电路等辅助电路。
本文涉及的电源能够从10V-——100V连续可调，有较大的调压范围，在扰动的情况下也能够输出较稳定的电压，能够满足生产和生活需要。
关键词：晶闸管可控硅整流电路；触发电路；稳压电源
Abstract
The thyristor current voltage-stabilized source is an AC-DC converter. Which changes AC to DC by Full Bridge converter .Its designed key point is the higher transformed effciency and the output DC voltage maintentance is stable .
This article introduces a voltage-stabilized source .Which trigger converters is composes with KJ004 and KC41C and its three phase Full bridge controlled rectifier is discomposed with thyristor .This power source greatly enhances the current transformed efficiency and the output Voltage-stabily,has solved the existing system existence problem in the certain degree, and thus enhances the whole system’s performance characteristic. This article studies the power to obtain from the main circuit ,analyzes the trigger pulse characteristic which the three phase bridge rectifier input level and its needed to determine the main circuit and the triggert circuit .Obtained from the output voltage stable aspect increased auxiliary circuit ,voltage regulator ,current regulator and flitter circuit and so on .Obtained from the protection crystal thyratron part aspect,increated the voltage electric protection circuit and so on .
This power’s output voltage can move from 10V to 100V ,has a wider accent to press the scope, its output voltage is stabilized when the perturbation in the situation .This power can satisfy the production and the life need.
Keywords: Thyristor Full-bridge controlled rectifier ;Trigger Converter ;Voltage-stabilized source .
目录
摘要 (1)
第一章绪论 (5)
1.1 可控整流 (5)
1.2逆变与变频 (5)
1.3交流调压 (6)
1.4直流斩波调压 (6)
1.5无触点功率静态开关 (6)
第二章主电路的设计 (8)
2.1整流晶闸管和三相桥 (8)
2.1.1晶闸管特性 (8)
2.1.2定量计算 (11)
2．2 整流变压器的设计 (12)
2.2.1整流变压器参数计算 (12)
2.2.2 整流变压器的结构计算 (14)
2.3 晶闸管的选用 (15)
2.4滤波电路 (16)
第三章保护电路 (18)
3．1过电压保护 (18)
3．1．1 过电压产生原因及分类 (18)
3．1．2 过电压保护措施 (19)
3．2 过电流保护 (21)
3．2．1 快速熔断器保护 (22)
3.3 保护电路的计算 (22)
3.3.1交流侧浪涌过电压抑制用RC电路计算 (22)
3.3.2晶闸管保护计算 (24)
第四章控制电路 (24)
4．1 控制电路的分析 (25)
4.1.1电流互感器及整流部分 (25)
4.1.2 电压调节器与电流调节器 (26)
4.2控制电路的设计计算 (28)
4.2.1电流调节器的设计 (28)
4.2.2电压调节器的设计计算 (29)
4.2.3电压反馈计算 (30)
4.2.4电流反馈计算 (30)
第五章晶闸管的触发电路的设计 (31)
5．1触发电路的要求 (31)
5．2 集成触发电路及数字触发电路 (32)
5．2．1 KC04、KC41C织成的三相集成触发电路 (32)
5．2．2 KC41C六路双脉冲形成器 (33)
谢语 (37)
参考资料 (39)
第一章绪论
晶闸管全称为晶体闸流管，是一种功率半导体器件。由于它具有容量大、效率高、控制特性好、寿命长以及体积小等优点，因此，自60年代以来，获得了迅猛发展．以晶闸管为主体的一系列功率半导体器件的应用技术已形成独立的电力电子学科。目前由传感电子．信息电子和电力电子三部分组成的大电子技术的概念，已被科技界正式接受。
电力半导体器件是一系列固态高电压大电流开关器件，其应用技术的基本功能是对电能的整流、逆变、斩被、变频、开关等的控制。它是信息产业和传统产业之间的主要接口，是弱电控制和被控强电之间的桥梁。从节能的观点出发，电力电子技术被誉为80年代的新电气技术。我国的能源利用率较低，按国民生产单产能耗计算，是法国的4．98倍、日本的4．43倍、印度的1、65倍，因此，迅速生产与使用功率半导体3器件是当务之急。
我国在近20年来，晶闸管制造与应用技术发展迅速，目前已能大规模生产各种类型的晶闸管元件，单个元件容量已达电压4000V以上、电流2000A以上，派生的晶闸管元件如双向、快速、可关断、逆导等品种均有供应，其它如大功率晶体管(GTR)、功率MOS场效应管、绝缘门极晶体管(IGBT）等也正在积极开发生产。
晶闸管元件在工农业生产和民用方面的应用，按其变换功能，大致可分为下列五个方面。
1.1 可控整流
晶闸管组成的整流器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。所以可控整流是实现交流到可变直硫之间的变换。晶闸管可控整流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、纺织、电解电镀、光电、励磁等领域。
1.2逆变与变频
利用晶闸管特性，将直流变换成交流的过程称为逆变。如果把直流电变换
成50Hz的交流电并将直流电能反馈给交流电网，这种逆变称为有源逆变，主要用于线绕式电动机串级调速与直流高压输电。把电网的交流电变换成频率与大小可调的交流电称为变频。变频电源主要用于交流电动机变频调速、中频加热熔炼、不停电电源等，这是很有发展前途的应用领域。
1.3交流调压
利用晶闸管的开关特性代替老式的接触调压器、感应调压器和电抗器调压，用晶闸管实现交流到可变交流之间的变换称为交流调压．其主要用于灯光亮度控制、温度控制以及交流电动机的调压调速等。
1.4直流斩波调压
利用品闸管作直流开关，控制晶闸管的通断比和通断频率，将固定的直流电压变换成可调的直流电压称为斩波调压又称脉冲调压。其主要用于采用直流电源的车辆凋速传动，如城市电车、电气机车、电瓶搬运车和铲车以及开关直流电源等。
1.5无触点功率静态开关
晶闸管作为功率开关元件代替接触器与继电器用于操作频率与开关频率高
的场合。如轧机的辊道传动、机床频繁的正反转、高精度温度控制等，其工作频率有时高达每小时1500~3000次，一般电磁接触器工作一星期就达到正常使用寿命而损坏。而晶闸管无触点功率开关具有无声、无火花、开关频率高、电磁干扰小以及寿命长等优点，虽然一次投资较大，但使用可靠、维护方便，因此应用日益广泛，在易燃易爆等特殊场合，采用晶闸管功率开关更为适合。
晶闸管组成的变流装置有以下优点：
(I)装置功率放大倍数大，可达106以上，与直流发电机组相比，要高三个数量级。
(2)快速响应好，变流机组为秒级而晶闸管为毫秒级。
(3)功耗低、效率高，节能效果显著。
(4)它是静止式电子装置，体积小，重量经，无噪声，无火花磨损，维护方
便，可靠性高。
缺点：
(1)晶闸管元件的电压电流过载能力差，必须设置可靠的保护措施。
(2)晶闸管采用移相触发时，出现非正弦电压与电流，使电网波形畸变产生高次谐波导致电网质量下降。
(3)移相控制在控制角大时，功率因数低。
以上不足随着元件质量的提高、保护措施的成熟以及电路设计的改进，正在逐步被克服。
电力半导体变流技术的发展方向为：
(1)进一步提高晶闸管器件的性能，除普通晶闸管向高电压大电流发展外，还大力研制生产特殊的晶闸管，如双向、可关断、逆导、场控、光控晶闸管等。
(2)功率器件由单个结构向模块结构发展，即由几个功率器件芯片组成一个模块，缩小体积，减少连线，以方便使用。
(3)近几年国际上已发展了功率集成电路(PLC)，功能上含有逻辑、控制、功率保护以及传感与测量等部分，更进一步的则含有微机控制部分。
(4)新型功率器件发展迅速。晶闸管与大功率晶体管一类是靠门极(基极)的电流变化来实现器件的工作的，目前已出现靠电场来改变基区中空间电荷层的宽度的器件，以便控制电流通道的夹断或打开，这类器件有静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管（SITH）。另一类是靠电场来改变沟道的导电类型使器件开关，这类器件有功率MOS管（VDMOS)和绝缘门极晶体管(IGBT)。这两类器件已完全进入生产实用阶段。
本文主要介绍以晶闸管为整流原器件的直流稳压电源的设计。包括晶闸管元件可控整流主电路设计、控制电路设计、触发控制电路设计及过压、过流保护设计。在进行设计时，要着重物理概念与基本分析方法，要理论联系生产实际，做到元件、电路、应用三方面相结合。要特别注意各种电路的波形与相位分析，从波形分析中进一步理解电路工作情况，同时要注意读图与分析线路能力的培养。由于本设计实践性很强，要特别重视动手能力的锻炼，提高接线、测量、调整以及故障分析的能力。
本设计内容丰富，涉及高等数学、电子技术基础、电机与拖动等课程的知识，需要学习时复习相关课程与进行踪合运用。
第二章主电路的设计
主电路设计包括整流变压器设计、晶闸管的选用、整流方式的选用以及滤波电路的设计。其主要构造如图2-1。
图2-1
2.1整流晶闸管和三相桥
2.1.1晶闸管特性
本设计整流元件使用晶闸管，它有下列特性：
1)晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的门极和阴极间也加正向电压，两者缺一不可。
2)晶闸管一旦导通，门极即失左控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。晶闸管从阻断变为导通的过程称为触发导通。门极触发电流一般只有几十毫安到几百毫安．而晶闸管导通后，可以通过几百、几千安的电流o
3)晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。维持电流是保持晶闸管导通的最小电流。
图2-1为三相桥式全控整流电路，它可以看作是一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路申联而成的。共阴组
V、3T V、5T V在正半周导电，
T
1
图2-2
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。为使
60αO =时及60αO
>时三相桥式整流电路输出波形
图2-3
负载电流连续平滑，有利于直流电动换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，流经变压器的电流为正向电流；共阳组2T V 、4T V 、6T V 在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流（如图2-3）。变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此 变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。一被要串入电感量足够大的平波电抗器Ld ，这样就等同于含有反电动势的大电感负载。图2-2是三相桥式全控整流电路在0αO =和60αO =及60αO >时的波形图。
2.1.2定量计算
1．整流输出电压平均值Ud