单相负载的晶闸管保护电路

《单相负载的晶闸管保护电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相负载的晶闸管保护电路（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、辽宁工程技术大学1 一简介用 双 向 晶 闸 管 做 主 控 开 关 的 单 相 电 源 限 电 保 安 电 路 可 以 对 负 载 用 电 量 进行 限 制 ， 并 且 当 出 现 短 路 及 过 压 现 象 时 ， 能 迅 速 切 断 电 源 。 负 载 用 电 量 达 到限 制 整 定 值 时 ， 电 路 对 负 载 欠 电 压 供 电 ， 以 示 对 用 电 负 荷 提 出 警 告 ， 并 保 持一 定 照 明 电 压 ， 不 至 引 起 因 停 电 所造 成的 其 它 事 故 。该 电 路 原 理 如 图 1.1所 示 。 VT、 V6、C8、R3、 R2等 组 成 无 触 点 开

2、关。 VT 的通 断 受 继 电 器 KA3控 制 ， 继 电 器 KA2控 制 R2两 端 压 降 。双 管 干 簧 继电 器 KAl作电 流 检 测 元 件 ， VD1 0、 V5为 电 压 检 测 元 件 。 VD1 VD4、 C1、 C2、KA3组 成 过 流 保安 动 作 电 路 。压 电 陶 瓷 片 B、 氖 灯 HL、C3组 成 KA3动 作 的 声 光 报 警 电 路 。C4一C7、 VD5 VD8、 V1、 V2、V3、 V4、 KA2、 RP1、 RP2等 组 成 时 序 控 制 电 路 ，用 于 对 负载 欠 电 压 延 时 供 电 。 R6、 C9为 过 电 压 吸 收

3、 电 路 。 SB 为 复 位 开 关 。1.1 单相负载的晶闸管限电保安电路辽宁工程技术大学2 负 载 电 压 及 用 电 负 荷 正 常 时 ， 整 个 电 路 处 于 静 态 。 当 用 电 负 荷 达 到 或 超过 限 制 整 定 值 时 ， 双 管 干 簧 继 电 器 因 线圈KA1通 过 交 流 电 而 周 期 性 吸 合 ， KAl接 点 交 替 通 断 给 C7充 电 。当 C7电 压 超 过 V4击 穿 电 压 与 V2、V3正 偏 置电 压 之 和时 ， V2、 V3导 通 ， KA2吸 合 ， 其 常 闭 接 点 KA2断 开 ， 使 R2串 入 VT 的 触 发 回 路

4、 ，从 而 使 VT 的 导 通 角 变 小 ， 负 载 供 电 电 压 下 降 。 此 时 ， KA1应 停 止 动 作 ， 但 C7中 贮 存 一 定 电 荷 ， 所 以 KA2能 保 持 吸 合 一 段 时 间 ， 即 对 负 载 欠 电 压 供 电 时 间 。随 着 C7逐 渐 放 电 ， V2、 V3终 将 转 为 截 止 。 此 时 ， KA2释 放 ， 电 路 恢 复 正 常供 电 。 如 果 这 时 用 电 负 荷 仍 未 下 降 ， 电 路 将 重 新 进 入 欠 电 压 供 电 状 态 。 为 避免 像 白 炽 灯 、 电 动 机 这 类 负 载 启 动 瞬 间 的 大 电

5、 流 引 起 KA2误 动 作 ， 可 调 节 RP1，以 适 当 增 加 KA2的 延 时 吸 合 时 间 ， KA2吸 合 后 的 延 时 释 放 时 间 可 通 过 RP2调 节 。当 负 载 端 电 压 达 到 或 超 过 保 安 整 定值 时 ，V5击 穿 ，C7开始 充 电 ，以 下 工 作过 程 同 上 述 相 仿 ， 不 同 之 处 在 于 省去 了延 时 时 间 。当 负 载 电 流 大 于 50A 时 ，KA1发 生 周 期 性 吸 合 ，通 过 接 点 KA1给 KA3提 供 电源 ， KA3吸 合 并 通 过 其 接 点 自 锁 ，同 时 切 断 VT 的 触 发 电

6、路 ， 电 压 过 零 时 VT 关断 。 此 外 ， 报 警 电 路 B 、HL 同 时 发 出 声 光 信 号 ， 电 路 为 断 电 保 安 状 态 。 欲使 电 路 重 新 恢 复 供 电 ， 只 需 按 一 下 SB引 起 KA3断 电 释 放 即 可 。电 路 中 的 电 流 检 测 元 件 KA1是 在 一 个 长 6cm， 直 径 2cm 的 绝 缘 骨 架 上 ， 用能 通 过 40A 安 全 电 流 的 铜 线 绕 3 匝 。 干 簧 管 选 用 JAG-2 型 。调 整 时 ，将 RP1、RP2置 零 ，在 负 载 端 接 入 50A 用 电 器 ，将 KA1中 干 簧

7、管 KA1从 线 圈 较 外 部 往 中 段 推 移 ，至 KA3吸 合 为 止 ，然 后 在 负 载 端 接 入 与 限 电 整 定 值相 同 电 流 的 用 电 器 ， 将 KAl从 线 圈 较 外 部 往 中 段 推 移 ， 至 KA2刚 好 吸 合 。 KA1、KA1 2应 反 复 调 整 达 到 较 准 确 的 电 流 值 时 将 其 固定 即 可 。过 压 保 安 值 取 决 于V5， 可 用 两 个 至 数 个 稳 压 管 串 联 ， 当 稳 定 电 压 之 和 在330 350V 时 ，电 路 的 过 压 保 安 整 定 值 在 240 250V 之 间 。欠 压 供 电 值

8、可 在 负载 通 过 限 电 整 定 值 电 流 时 ，调 整 R2确 定 。调 节 RPl延 迟 时 间 一 般 在 3 5s，或根 据 需 要 选 择 ， 调 节 RP2， 延 迟 时 间 即 可 根 据 需 要 选 择 。由 于 电 路 电 压 较 高 ， 故 调 整 和 使 用 时 ，要 注 意 人 身 安全 。辽宁工程技术大学3 二系统原理方框图及主电路设计2.1 方案的选择单相可控整流电路包括单相半波可控整流电路、单相全波可控整流电路和单相桥式半控整流电路等。单相半波可控整流电路的特点是：线路简单，但输出电压脉动大，变压器二次电流中含有直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。而单相全控式

9、整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。单相全控整流电路其输出平均电压是半波整流电路2 倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。2.2 原理说明单相桥式整流电路带阻感性负载的电路如图2.1 所示。由于电感储能 , 而且储能不能突变因此电感中的电流不能突变, 即电感具有阻碍电流变化的作用。当流过电感中的电流变化时 , 在电感两端将产生感应电动势, 引起电压降 U。图 2.1 单相桥式整流电路辽宁工程技术大学4 图 2

10、.2 系统原理方框图221 主电路工作波形在电源电压2u 正半周期间， VT1、VT2 承受正向电压，若在t时触发， VT1 、VT2导通，电流经VT1 、负载、 VT2和 T 二次侧形成回路，但由于大电感的存在，2u 过零变负时，电感上的感应电动势使VT1 、VT2继续导通，直到 VT3 、VT4被触发导通时， VT1 、VT2承受反相电压而截止。输出电压的波形出现了负值部分。在电源电压2u 负半周期间，晶闸管 VT3 、 VT4承受正向电压，在t时触发，VT3 、VT4导通，VT1 、 VT2受反相电压截止， 负载电流从 VT1 、 VT2中换流至 VT3 、 VT4中在2t时，电压2u

11、过零， VT3 、VT4因电感中的感应电动势一直导通，直到下个周期VT1 、VT2导通时， VT3 、VT4因加反向电压才截止。值得注意的是，只有当2时，负载电流di 才连续，当2时，负载电流不连续，而且输出电压的平均值均接近零，因此这种电路控制角的移相范围是090o222 整流电路参数计算1）整流输出电压的平均值可按下式计算dU =ttdsinU212=cos222U=cos9 .02U（2.1 ）当 =0 时，dU 取得最大值 100V即dU = 0.9 2U =100V从而得出2U =111V ， =90o时，dU =0。 角的移相范围为090o。2）整流输出电压的有效值为辽宁工程技术大

12、学5 tdtU22sinU21=2U =111V （2.2 ）3）整流电流的平均值和有效值分别为?d=100cos9. 0I2ddd dRURU（2.3 ）ddRURUI2（2.4 ）4) 在一个周期内每组晶闸管各导通180，两组轮流导通，变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值dI 和有效值I相等，其波形系数为1。流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为：dddT dTIIII21 22（2.5 ）dddT TIII 2122I（2.6 ）5) 晶闸管在导通时管压降Tu =0,故其波形为与横轴重合的直线段；VT1和 VT2加正向电压但触发脉冲没到时， VT3 、VT4已导通，把整个电压

13、2u 加到 VT1或 VT2上，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于22U ;VT1 和 VT2反向截止时漏电流为零，只要另一组晶闸管导通， 也就把整个电压2u 加到 VT1或 VT2上， 故两个晶闸管承受的最大反向电压也为22U 。223 元器件选取由于单相桥式全控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管，所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。1) 晶闸管的主要参数如下：额定电压 UTn通常取 UDRM和 URRM中较小的，再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的23 倍，以保证电路的工作安全。晶闸管的额定电压RRMDRMTnUUU

14、,min辽宁工程技术大学6 UTn（23）UTM （2.7 ）UTM ：工作电路中加在管子上的最大瞬时电压额定电流 IT(AV)IT(AV)又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载流过正弦半波、导通角不小于170的电路中，结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使正向电流值没有超过额定值，但峰值电流将非常大， 可能会超过管子所能提供的极限， 使管子由于过热而损坏。在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大，只要其最大电流有效

15、值ITMITn , 散热冷却符合规定，则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。ITn ：额定电流有效值，根据管子的IT(AV)换算出IT(AV)、ITMITn三者之间的关系：m TnItdtI2)()sin(Im2/102（2.8 ）2)(sinIm2/1 0)(m AVTIttdI（2.9）波形系数：有直流分量的电流波形，其有效值TI 与平均值TdI之比称为该波形的波形系数，用 Kf表示。TdT fIIK（2.10）额定状态下，晶闸管的电流波形系数：11.122)(mmAVTTn fIIIIK（2.11 ）dU =ttdsinU212=cos22 2U=cos9 .02U（2.12 ）当

16、=0 时，dU 取得最大值 100V 即dU = 0.9 2U =100V 从而得出2U =111V， =90o时，dU =0。角的移相范围为 90o。辽宁工程技术大学7 晶闸管承受最大电压为VVUUTM157111222考虑到 2 倍裕量，取 400V. 晶闸管的选择原则：、所选晶闸管电流有效值ITn大于元件 在电路中可能流过的最大电流有效值。、 选择时考虑（ 1.5 2）倍的安全余量。即 ITn0.707IT(AV)（1.5 2）ITM11.1)25 .1 ()(TM AVTII（2.13）因为 2IIT, 则晶闸管的额定电流为AVTI=10A(输出电流的有效值为最小值，所以该额定电流也为最小值 )考虑到 2 倍裕量, 取 20A.即晶闸管的额定电流至少应大于20A.所以在本次设计中我选用 4 个 KP20-4的晶闸管 . 、 若散热条件不符合规定要求时，则元件的额定电流应降低使用。 通态平均管压降UT(AV)。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内阳