電力電子第二章

1、第二章第二章 三相相控整流電路三相相控整流電路第一節(jié)三相半波相控整流電路第一節(jié)三相半波相控整流電路第二節(jié)三相橋式相控整流電路第二節(jié)三相橋式相控整流電路第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性第五節(jié)晶第五節(jié)晶 閘閘 管管 相相 控控 觸觸 發(fā)發(fā) 電電 路路 第四節(jié)晶閘管的保護與容量擴展第四節(jié)晶閘管的保護與容量擴展第六節(jié)第六節(jié)觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施三相電壓介紹三相電壓介紹ABCabc原邊原邊形接法形接法副邊副邊Y形接法形接法b ctUuasin22)12

2、0_sin(202tUub)120sin(202tUuca三相電壓波形三相電壓波形wtu2三相可控整流電路三相可控整流電路一、三相半波（三相零式）不可控整流電路一、三相半波（三相零式）不可控整流電路第一節(jié)三第一節(jié)三 相相 半半 波波 相相 控控 整整 流流 電電 路路變壓器為三角形星形聯(lián)變壓器為三角形星形聯(lián)結(jié)，三只整流管的三個陽極分結(jié)，三只整流管的三個陽極分別接到變壓器二次側(cè)，陰極連別接到變壓器二次側(cè)，陰極連在一起接到負載端，稱為共陰在一起接到負載端，稱為共陰接法。接法。直流平均電壓值為直流平均電壓值為整流輸出電壓整流輸出電壓u ud d和管子二端電壓和管子二端電壓u uDD的波形在調(diào)試的波形

3、在調(diào)試與維修時很有用，根據(jù)波形可判斷各元件的工作是否正與維修時很有用，根據(jù)波形可判斷各元件的工作是否正常以及故障出在何處。常以及故障出在何處。abca0 t三相半波可控整流電路，三相半波可控整流電路，對脈沖要求，一個周期需對脈沖要求，一個周期需三個脈沖，相鄰脈沖間隔三個脈沖，相鄰脈沖間隔120。A AB BC CabcVT1VT2VT3RdVT1、VT2、VT3共陰極接共陰極接法，陽極電位高者先導通法，陽極電位高者先導通自然換相點，自然換相點，定義為定義為 =0結(jié)論：三相半波結(jié)論：三相半波距距 離坐標原點為離坐標原點為30二、三相半波相控整流電路二、三相半波相控整流電路將整流管換成晶閘管即為三

4、相半波相控整流電路。將整流管換成晶閘管即為三相半波相控整流電路。（一）電阻負載（一）電阻負載 30 時，負載端電壓時，負載端電壓波形是斷續(xù)的波形是斷續(xù)的dabcau0 tabcaud0 t0 30 時，負載端時，負載端電壓波形是連續(xù)的電壓波形是連續(xù)的結(jié)論結(jié)論 整流電壓平均值的計算整流電壓平均值的計算 （1）30 時，負載電流連續(xù)，有：時，負載電流連續(xù)，有： 當當a=0時，時，Ud最大，為最大，為 。 （2）30 時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有：此時有： cos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU（2-14）2d0d1

5、7.1UUU)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262UttdUUd三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路（二）大電感負載輸出直流電壓為輸出直流電壓為輸出電流平均值為輸出電流平均值為流過晶閘管的平均電流與有效電流分別為流過晶閘管的平均電流與有效電流分別為由于變壓器二次側(cè)流過晶閘管電流為120 o底寬的矩形波電流為：一次電流有效值I1為變壓器一次、二次功率分別為 由上述計算可見，變壓器一次電流與功率小于二次是由于二次電流存在直流分量的緣故。此時整流變壓器的功率用平均值S來衡量在某些整流裝置中，考慮能共用一塊大散熱器與安裝方便采在某些整流裝置中，考慮能共用一塊大散熱器

6、與安裝方便采用共陽接法，缺點是要求三個管子的觸發(fā)電路的輸出端彼此絕緣。用共陽接法，缺點是要求三個管子的觸發(fā)電路的輸出端彼此絕緣。三、共陽接法三相半波相控整流電路三、共陽接法三相半波相控整流電路第二節(jié)三第二節(jié)三 相相 橋橋 式式 相相 控控 整整 流流 電電 路路為了克服三相半波電路的缺點，利用共陰與共陽接為了克服三相半波電路的缺點，利用共陰與共陽接法對于整流變壓器電流方向相反的特點，用一個變壓器法對于整流變壓器電流方向相反的特點，用一個變壓器同時對共陰與共陽兩組整流電路供電。同時對共陰與共陽兩組整流電路供電。一、三相橋式全控整流電路一、三相橋式全控整流電路所以三相橋式電路實質(zhì)上是三相半波共陰與

7、共陽極組的串聯(lián)。所以三相橋式電路實質(zhì)上是三相半波共陰與共陽極組的串聯(lián)。 1、每個管子導通的、每個管子導通的順序為：順序為：123456，間隔為間隔為60o。2、觸發(fā)脈沖可采用、觸發(fā)脈沖可采用兩種觸發(fā)形式：一種兩種觸發(fā)形式：一種是間隔是間隔60o雙窄脈沖，雙窄脈沖，另一種是寬脈沖觸發(fā)，另一種是寬脈沖觸發(fā)，每一個脈沖的寬度大每一個脈沖的寬度大于于60o通常取通常取90o。當電路控制角當電路控制角60o時輸出電壓波形：時輸出電壓波形：當電路控制角當電路控制角60o時時電感性負載電感性負載的輸出電壓的輸出電壓波形：波形：三相橋式全控整流電路的特點三相橋式全控整流電路的特點（1）2管同時通形成供電回路，

8、其中共陰極組和共陽極管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各組各1管，且不能為同管，且不能為同1相器件。相器件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：）對觸發(fā)脈沖的要求： 按按VT1到到VT6的順序，相位的順序，相位依次相差依次相差60 。 共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖的脈沖依次差依次差120 ，共陽，共陽極組極組VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差脈沖相差180 。三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 （3）ud一周期脈動一周期脈動6次次，每次脈動的波形都一

9、樣，每次脈動的波形都一樣， 故該電路為故該電路為6脈波整流電路。脈波整流電路。 （4）需保證同時導通的）需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖 可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 另一種是另一種是雙窄脈沖觸發(fā)雙窄脈沖觸發(fā)（常用）（常用） （5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同， 晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。二、三相橋式半控整流電路二、三相橋式半控整流電路為防止失控，也要加續(xù)流二極管。為防止失控，也要加續(xù)流二極管。當控制角時輸出當控制角時輸出電壓波形：電壓波形

10、：波形特點：波形特點：當當30o 時，時，一周期有一大一一周期有一大一小小6個波頭。個波頭。當控制角當控制角60o時輸出電壓波形時輸出電壓波形只剩只剩3個波頭，個波頭，處處臨界連續(xù)臨界連續(xù)；當；當控制角控制角120o時輸出電壓波形時輸出電壓波形如圖。如圖。移相范圍：移相范圍：180o小小 結(jié)結(jié) 1 對于對于電阻性負載電阻性負載，輸出電流波形與輸出電壓波形，輸出電流波形與輸出電壓波形ud形狀相同，形狀相同，Ud、Id、IVT、I2及及cos均為均為的函數(shù)；的函數(shù)； 對于對于電感性負載電感性負載，它使負載電流，它使負載電流id平直，輸出電平直，輸出電流波形系數(shù)減小，晶閘管導電時間延長，流過晶閘管流

11、波形系數(shù)減小，晶閘管導電時間延長，流過晶閘管的電流為一方波，而輸出電壓的電流為一方波，而輸出電壓ud波形則出現(xiàn)負值；波形則出現(xiàn)負值； 當負載為當負載為直流電動機直流電動機時，為了改善運行特性，需時，為了改善運行特性，需加平波電抗器，使負載具有大電感性質(zhì)。加平波電抗器，使負載具有大電感性質(zhì)。小小 結(jié)結(jié)2三相可控整流電路廣泛用于三相可控整流電路廣泛用于4kW以上、直流電以上、直流電壓可調(diào)的場合。三相整流電路的基本形式是三相壓可調(diào)的場合。三相整流電路的基本形式是三相半波整流電路，它有共陰極組接法與共陽極組接半波整流電路，它有共陰極組接法與共陽極組接法兩種，三相全控橋整流電路可以看成兩個三相法兩種，三

12、相全控橋整流電路可以看成兩個三相半波整流電路的串聯(lián)。半波整流電路的串聯(lián)。3三相可控整流與單相電路不同，它的自然換相三相可控整流與單相電路不同，它的自然換相點即點即=0為相鄰電壓的交點，距相電壓波形原為相鄰電壓的交點，距相電壓波形原點為點為30。三相半波三相半波可控整流電路的輸出電壓波可控整流電路的輸出電壓波形為三相相電壓的一部分，形為三相相電壓的一部分，一周期有三個波頭一周期有三個波頭；而而三相橋式整流三相橋式整流電路的輸出電壓波形是六個線電電路的輸出電壓波形是六個線電壓的一部分，壓的一部分，一周期有六個波頭一周期有六個波頭； 小小 結(jié)結(jié) 4相控整流電路對直流負載來說，可以看成具有一定相控整流

13、電路對直流負載來說，可以看成具有一定內(nèi)阻的可調(diào)直流電源。內(nèi)阻主要是內(nèi)阻的可調(diào)直流電源。內(nèi)阻主要是變壓器漏抗變壓器漏抗在晶閘在晶閘管換相時造成，內(nèi)阻的大小為管換相時造成，內(nèi)阻的大小為mXB2。 5相控整流裝置的缺點是功率因數(shù)較低。且相控整流裝置的缺點是功率因數(shù)較低。且控制角越控制角越大，功率因數(shù)越低。大，功率因數(shù)越低。并且非正弦電流的高次諧波分量并且非正弦電流的高次諧波分量對電網(wǎng)有不利影響。在使用時特別是大容量的場合要對電網(wǎng)有不利影響。在使用時特別是大容量的場合要盡量設(shè)法減小這些影響。盡量設(shè)法減小這些影響。 第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和

14、直流電動機的機械特性第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性以三相半波電路為例：以三相半波電路為例：VT1換相至換相至VT2的過程：的過程： 因因a、b兩相均有漏感兩相均有漏感LB ，故，故ia、ib均不能突變，均不能突變，于是于是VT1和和VT2同時導通，相當于將同時導通，相當于將a、b兩相短路，兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流環(huán)流ik。ik=ib是逐漸增大的，是逐漸增大的，而而ia=Id-ik是逐漸減小的。當是逐漸減小的。當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關(guān)斷關(guān)斷,換流過程結(jié)束

15、。換流過程結(jié)束。由于LB的存在，使得晶閘管的換流不能瞬時完成，在換相過程中會出現(xiàn)兩條電路同時導電的所謂重疊導通現(xiàn)象。一、換相期間的輸出電壓一、換相期間的輸出電壓換流期間換流期間輸出直流電壓為輸出直流電壓為 換相過程中，換相過程中，整流輸出電壓整流輸出電壓ud為同時導通的兩個為同時導通的兩個晶閘管所對應(yīng)的兩個相電壓的平均值。晶閘管所對應(yīng)的兩個相電壓的平均值。這導致這導致ud的波的波形出現(xiàn)一個明顯的缺口。同時各相的電流也不是突變形出現(xiàn)一個明顯的缺口。同時各相的電流也不是突變的。的。 式中的式中的X XB B為變壓器每相折算到二次側(cè)的漏抗，此值可根據(jù)變壓器的銘牌為變壓器每相折算到二次側(cè)的漏抗，此值可

16、根據(jù)變壓器的銘牌數(shù)值求得，數(shù)值求得，U U2e2e，I I2e2e為變壓器二次額定電壓電流，為變壓器二次額定電壓電流，U Ud1d1為變壓器短路電壓比，一般為為變壓器短路電壓比，一般為5 51212。 換相壓降換相壓降Ud與不考慮變壓器漏感時相比，與不考慮變壓器漏感時相比，ud 平均值降低的多少。平均值降低的多少。 換相壓降相當于陰影部分的面積的平均值，它使得輸換相壓降相當于陰影部分的面積的平均值，它使得輸出的整流電壓下降。出的整流電壓下降。 換相重疊角換相重疊角換相過程持續(xù)的時間，用電角度換相過程持續(xù)的時間，用電角度表示表示換相重疊角換相重疊角的計算的計算可見，可見， 隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：

17、隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： （1） Id越大則越大則 越大；越大； （2） XB越大越大 越大；越大； （3） 當當 90 時，時， 越小越小 越大。越大。msinU2IX)cos(cos2dB變壓器漏感對整流電路影響變壓器漏感對整流電路影響： （1） 出現(xiàn)換相重疊角出現(xiàn)換相重疊角 ，整流輸出電壓平，整流輸出電壓平均值均值Ud降低，電壓的脈動系數(shù)也增加；降低，電壓的脈動系數(shù)也增加； （2） 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，造成波形換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，造成波形畸變，成為干擾源?；?，成為干擾源。二、相控整流電路的外特性二、相控整流電路的外特性 相控整流電路對直流負載來說是一個帶內(nèi)阻的可變直流電源。相控整

18、流電路對直流負載來說是一個帶內(nèi)阻的可變直流電源。直流輸出電壓為直流輸出電壓為式中，式中，d0d0coscos為空載直流輸出電壓；為空載直流輸出電壓；i i為整流橋內(nèi)阻；三為整流橋內(nèi)阻；三相半波電路電流只流過一個管子相半波電路電流只流過一個管子n n取取1 1，三相橋式，三相橋式n n取取2 2。RTud0cosmXB/2nUidZudUdIdId1Ud0cos112IH0晶閘管相控整流電路供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，具有起晶閘管相控整流電路供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，具有起動性能好、調(diào)速范圍寬、動態(tài)和靜態(tài)性能好等優(yōu)點。此類調(diào)整動性能好、調(diào)速范圍寬、動態(tài)和靜態(tài)性能好等優(yōu)點。此類調(diào)整裝置應(yīng)特別注意以下

19、兩個特殊問題：裝置應(yīng)特別注意以下兩個特殊問題：晶閘管電路輸出的直流晶閘管電路輸出的直流電壓是脈動的，如主電路平波電感量不夠大或電動機輕載或空電壓是脈動的，如主電路平波電感量不夠大或電動機輕載或空載時均會出現(xiàn)電流不連續(xù)，而電流連續(xù)與不連續(xù)時電動機的機載時均會出現(xiàn)電流不連續(xù)，而電流連續(xù)與不連續(xù)時電動機的機械特性差別很大。械特性差別很大。由于晶閘管的單向?qū)щ娞匦?，整流裝置的由于晶閘管的單向?qū)щ娞匦?，整流裝置的輸出電流不能反向，因此當電機需要可逆運轉(zhuǎn)時，必須用開關(guān)輸出電流不能反向，因此當電機需要可逆運轉(zhuǎn)時，必須用開關(guān)切換電機電樞成勵磁，要求高的需增添另一套反向整流裝置。切換電機電樞成勵磁，要求高的需增

20、添另一套反向整流裝置。三、晶閘管相控整流電路供電的直流電動機機械特性三、晶閘管相控整流電路供電的直流電動機機械特性（一）電流連續(xù)時直流電動機的機械特性（一）電流連續(xù)時直流電動機的機械特性（二）電流斷續(xù)時直流電動機的機械特性（二）電流斷續(xù)時直流電動機的機械特性2 2）理想空載轉(zhuǎn)速）理想空載轉(zhuǎn)速n no o升高。升高。n no o是是指電動機電流指電動機電流I Id d為零時的轉(zhuǎn)速。為零時的轉(zhuǎn)速。 1 1）機械特性變軟，即電動機）機械特性變軟，即電動機軸上負載轉(zhuǎn)矩很小的變化能引軸上負載轉(zhuǎn)矩很小的變化能引起轉(zhuǎn)速很大的變化。起轉(zhuǎn)速很大的變化。一、過電壓保護一、過電壓保護根據(jù)產(chǎn)生的原因過電壓可分兩類：開

21、、關(guān)過程根據(jù)產(chǎn)生的原因過電壓可分兩類：開、關(guān)過程中的中的操作過電壓操作過電壓與雷擊干擾的與雷擊干擾的浪涌過電壓浪涌過電壓。研究過。研究過電壓保護主要是了解過電壓產(chǎn)生的原因與特性，采電壓保護主要是了解過電壓產(chǎn)生的原因與特性，采取適當?shù)谋Ｗo措施，使電路開關(guān)時出現(xiàn)的過電壓限取適當?shù)谋Ｗo措施，使電路開關(guān)時出現(xiàn)的過電壓限制在晶閘管額定電壓范圍內(nèi)，使制在晶閘管額定電壓范圍內(nèi)，使浪涌過電壓浪涌過電壓限制在限制在晶閘管斷態(tài)正反向不重復峰值電壓晶閘管斷態(tài)正反向不重復峰值電壓U UDSMDSM、U URSMRSM值值以下，保證裝置正常工作。以下，保證裝置正常工作。 第四節(jié)晶閘管的保護與容量擴展第四節(jié)晶閘管的保護與

22、容量擴展（一）晶閘管關(guān)斷過電壓及其保護（一）晶閘管關(guān)斷過電壓及其保護這個電動勢與外電壓串聯(lián)，反向加在已恢復阻斷的晶閘管上，這個電動勢與外電壓串聯(lián)，反向加在已恢復阻斷的晶閘管上，此過電壓值可達工作峰值電壓的此過電壓值可達工作峰值電壓的5 56 6倍。倍。對于這種尖峰狀的瞬時過電壓，常用的方法是晶閘管兩端并對于這種尖峰狀的瞬時過電壓，常用的方法是晶閘管兩端并接電容，利用電容電壓不能突變的特性吸收尖峰過電壓，把它限接電容，利用電容電壓不能突變的特性吸收尖峰過電壓，把它限制在允許范圍內(nèi)。制在允許范圍內(nèi)。（二）交流側(cè)過電壓及其保護（二）交流側(cè)過電壓及其保護 交流側(cè)電路在接通、斷開時會出現(xiàn)過電壓，通常發(fā)生

23、在下交流側(cè)電路在接通、斷開時會出現(xiàn)過電壓，通常發(fā)生在下列幾種情況：列幾種情況：由高壓電源供電或電壓比很大的變壓器供電，由高壓電源供電或電壓比很大的變壓器供電，在一次側(cè)合閘瞬間，由于一、二次繞組之間存在分布電容使高在一次側(cè)合閘瞬間，由于一、二次繞組之間存在分布電容使高壓耦合到低壓出現(xiàn)過電壓。壓耦合到低壓出現(xiàn)過電壓。阻容參數(shù)阻容參數(shù)解決辦法是在單相變壓器二次側(cè)或三相變壓器二次側(cè)星形中點與地之解決辦法是在單相變壓器二次側(cè)或三相變壓器二次側(cè)星形中點與地之間并聯(lián)間并聯(lián)o o5F5F左右電容，也可在變壓器一、二次繞組間加屏蔽層。左右電容，也可在變壓器一、二次繞組間加屏蔽層。與整流裝置并聯(lián)的其它負載或裝置直

24、流側(cè)斷開時，因電源回路電感與整流裝置并聯(lián)的其它負載或裝置直流側(cè)斷開時，因電源回路電感產(chǎn)生感應(yīng)電動勢造成過電壓。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢造成過電壓。整流變壓器空載且電源電壓過零時一整流變壓器空載且電源電壓過零時一次側(cè)斷電，因變壓器勵磁電流突變導致二次側(cè)感應(yīng)瞬時過電壓。一般次側(cè)斷電，因變壓器勵磁電流突變導致二次側(cè)感應(yīng)瞬時過電壓。一般來說，開關(guān)速度越快過電壓越高。來說，開關(guān)速度越快過電壓越高。 （三）過電壓保護器件（三）過電壓保護器件對于電網(wǎng)遭受雷擊或從電網(wǎng)侵入的干擾過電壓稱為偶發(fā)性對于電網(wǎng)遭受雷擊或從電網(wǎng)侵入的干擾過電壓稱為偶發(fā)性浪涌電壓，要求高的場合通常采用閥型避雷器。浪涌電壓，要求高的場合通常采用閥型避

25、雷器。目前已大量采用壓敏電阻等非線性元件，它是以氧化鋅為基目前已大量采用壓敏電阻等非線性元件，它是以氧化鋅為基體的金屬氧化物，有兩個電極，極間充填有氧化鉍等晶粒。正常體的金屬氧化物，有兩個電極，極間充填有氧化鉍等晶粒。正常電壓時晶粒呈高阻態(tài)僅有電壓時晶粒呈高阻態(tài)僅有100A100A左右的漏電流，過電壓時引起左右的漏電流，過電壓時引起電子雪崩呈低阻使電流迅速增大吸收過電壓。電子雪崩呈低阻使電流迅速增大吸收過電壓。壓敏電阻具有伏安特性。壓敏電阻具有伏安特性。主要參數(shù)為：主要參數(shù)為：漏電流為漏電流為mm時的時的額定電壓值額定電壓值e e亦稱亦稱1mA 1mA ，殘壓比為放殘壓比為放電電流達規(guī)定值電電

26、流達規(guī)定值I IY Y時時的電壓的電壓U UY Y與與1mA1mA之之比。比。允許通流容量允許通流容量為規(guī)定脈沖波形下允為規(guī)定脈沖波形下允許通過的最大沖擊電許通過的最大沖擊電流。流。二、過電流保護二、過電流保護晶閘管裝置可能采用的幾種過電流保護措施晶閘管裝置可能采用的幾種過電流保護措施1 1）串接交流進線電抗或采用漏抗大的整流變壓器，利用電抗限）串接交流進線電抗或采用漏抗大的整流變壓器，利用電抗限制短路電流。制短路電流。2 2）電流檢測和過流繼電器）電流檢測和過流繼電器3 3）直流快速開關(guān)）直流快速開關(guān)4 4）快速熔斷器）快速熔斷器四、晶閘管的容量擴展四、晶閘管的容量擴展（1）晶閘管串聯(lián)）晶閘

27、管串聯(lián)由于晶閘管由于晶閘管兩端的阻容吸收兩端的阻容吸收電路在串聯(lián)時可電路在串聯(lián)時可起動態(tài)均壓作用，起動態(tài)均壓作用，故不必再另接電故不必再另接電阻電容。阻電容。（2 2）晶閘管并聯(lián)）晶閘管并聯(lián)器件并聯(lián)，若一個管子先導通且管壓降較低時，可能導致其它器件并聯(lián)，若一個管子先導通且管壓降較低時，可能導致其它并聯(lián)管子不能觸發(fā)導通，使先導通的管子承擔全部電流而燒毀。因并聯(lián)管子不能觸發(fā)導通，使先導通的管子承擔全部電流而燒毀。因此必須采用強觸發(fā)，提高觸發(fā)脈沖前沿以縮短管子開通時間，達到此必須采用強觸發(fā)，提高觸發(fā)脈沖前沿以縮短管子開通時間，達到盡量保持導通一致。因此，非不得已最好不采用管子并聯(lián)的做法。盡量保持導通

28、一致。因此，非不得已最好不采用管子并聯(lián)的做法。第五節(jié)晶第五節(jié)晶 閘閘 管管 相相 控控 觸觸 發(fā)發(fā) 電電 路路 一、同步電壓為正弦波的觸發(fā)電路一、同步電壓為正弦波的觸發(fā)電路二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路 輸出可為輸出可為雙窄脈沖雙窄脈沖，也可為單窄脈沖；，也可為單窄脈沖；三個基本環(huán)節(jié)：三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、沖移相、。此外，還有。此外，還有強觸發(fā)強觸發(fā)和和雙窄脈沖形成雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4

29、TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14脈沖的形成脈沖的形成與放大與放大鋸齒波的形成鋸齒波的形成和脈沖移相和脈沖移相同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)強觸發(fā)強觸發(fā)220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV

30、3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14脈沖的形成脈沖的形成與放大與放大鋸齒波的形成鋸齒波的形成和脈沖移相和脈沖移相同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)強觸發(fā)強觸發(fā)雙窄脈沖形成雙窄脈沖形成脈沖形成與放大環(huán)節(jié)：脈沖形成與放大環(huán)節(jié)： V4、V5 脈沖形成脈沖形成 V7、V8 脈沖放大脈沖放大脈沖形成過程：脈沖形成過程：1) uco=0時，時，V4截止截止。V5導通。導通。V7、V8處處截止，無脈沖輸出。截止，無脈沖輸出。電容電容C3充電至電容充電至電容兩 端 電 壓 接 近兩 端 電 壓 接 近2E1(30V)；圖7.14 脈沖的形成與輸出電路 2) u2) ucoc

31、o 0.7V 0.7V 時，時，V V4 4導通導通，A A點電位由點電位由+E+E1 1(+15V) (+15V) 1.0V 1.0V左右，左右，由于電容由于電容C3C3兩端電壓不能突變，所以兩端電壓不能突變，所以V V5 5基極電位基極電位 約約-2E-2E1 1(-30V)(-30V)， V V5 5立即截止立即截止。V V5 5集電極電壓由集電極電壓由-E-E1 1(-15V) (-15V) +2.1V(VD +2.1V(VD6 6 、V V7 7、V V8 8 三個管壓降），三個管壓降），V V7 7、V V8 8導通導通，開始開始輸出觸發(fā)脈沖輸出觸發(fā)脈沖。3)3)電容電容C C3

32、3放電和反向充電，使放電和反向充電，使V V5 5基極電位基極電位 ，直到，直到u ub5b5-E E1 1(-15V)(-15V)，V V5 5又重新導通。使又重新導通。使V V7 7、V V8 8截止，輸出脈沖終止。截止，輸出脈沖終止。結(jié)論：脈沖前沿由結(jié)論：脈沖前沿由V V4 4導通時刻確定，脈沖寬度與反導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)向充電回路時間常數(shù)R R1111C C3 3有關(guān)有關(guān); ;鋸齒波的形成和鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)脈沖移相環(huán)節(jié)v 鋸齒波電壓形鋸齒波電壓形成采用恒流源成采用恒流源電路，由電路，由V1、V2、V3和和C2等等元件組成。元件組成。 V1、VS、RP2

33、和和R3為一為一 恒流恒流源電路。源電路。 工作原理：工作原理：v V2截止時，恒流源電流截止時，恒流源電流I1c對電容對電容C2充電，調(diào)節(jié)充電，調(diào)節(jié)RP2，即改變，即改變C2的恒定充電電流的恒定充電電流I1c，可見，可見RP2是是用來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率用來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。的。vV2導通時，因?qū)〞r，因R4很小故很小故C2迅速放電，迅速放電，ub3電位迅電位迅速降到零伏附近，形成鋸齒波的下降沿速降到零伏附近，形成鋸齒波的下降沿結(jié)論：結(jié)論：V2周期性地通斷，周期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波便形成一鋸齒波同樣同樣ue3也是一個鋸齒波。也是一個鋸齒波。tICtICuccc111d1v V4基極電位由

34、鋸齒波電壓、控制電壓基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓、直流偏移電壓up三者作用的疊加所定；三者作用的疊加所定；v 令令uco=0，up為為負值時，負值時，b4點的波形由點的波形由uh+ uP 確定；確定；v M點是點是V4由截止到導通的轉(zhuǎn)折點，對應(yīng)脈沖的前沿；由截止到導通的轉(zhuǎn)折點，對應(yīng)脈沖的前沿；v 當當co0時發(fā)出的脈沖為初始脈沖，該脈沖應(yīng)使主電路時發(fā)出的脈沖為初始脈沖，該脈沖應(yīng)使主電路的輸出電壓的輸出電壓0。結(jié)論：結(jié)論：加加up的目的是為了確定脈沖的初始相位。的目的是為了確定脈沖的初始相位。v 當當up 確定好后，再改變確定好后，再改變uco 就可改變就可改變V4導通時刻

35、，即改導通時刻，即改變了脈沖產(chǎn)生的時刻，實現(xiàn)了脈沖移相。變了脈沖產(chǎn)生的時刻，實現(xiàn)了脈沖移相。 結(jié)論：結(jié)論：加加uco的目的是為了的目的是為了實現(xiàn)脈沖的移相實現(xiàn)脈沖的移相 uco，為整流狀態(tài)；為整流狀態(tài)； uco ， 為逆變狀態(tài)為逆變狀態(tài)脈沖移相環(huán)節(jié)脈沖移相環(huán)節(jié)偏移電壓偏移電壓UP控制電壓控制電壓UCO的施加方法：的施加方法： 三相全控橋時的情況三相全控橋時的情況:v接接感性負載感性負載，電流連續(xù)時，脈沖初始相位應(yīng)定在，電流連續(xù)時，脈沖初始相位應(yīng)定在 =90 ；如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，要求脈沖的移相范圍理論上為要求脈沖的移相范圍理論

36、上為180 （由于考慮（由于考慮 min和和min，實際一般為實際一般為120 ），由于鋸齒波波形兩端的非線性，因），由于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于而要求鋸齒波的寬度大于180 ，通常取，通常取240 。此時，令此時，令uco=0，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)up的大小的大小使產(chǎn)生脈沖的使產(chǎn)生脈沖的M點移至鋸齒波的中點移至鋸齒波的中央，相應(yīng)于央，相應(yīng)于 =90 的位置。的位置。v如如uco為正值，為正值，M點就向前移，控制角點就向前移，控制角 90 ，晶閘管晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。電路處于逆變狀態(tài)。 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)同步電壓波形在負半周的下同步電壓波形在負半周的下降段，降段，VD1導通，導通

37、，C1被迅被迅速充電，所以速充電，所以R點點、點為點為負，負，V2基極反向偏置，基極反向偏置，V2截止。在負半周的上升段，截止。在負半周的上升段，VD1截止，截止， 15V通過通過R1給電容給電容C1反向充電，當反向充電，當Q點電位達到點電位達到1.4V時，時，V2導導通，通，Q點電位鉗位在點電位鉗位在1.4V直至下一個負半周。直至下一個負半周。V2截截止時間越長，鋸齒波越寬。止時間越長，鋸齒波越寬。該截止時間由充電時間常該截止時間由充電時間常數(shù)數(shù)R1C1決定。決定。同步環(huán)節(jié)：同步環(huán)節(jié)：V V2 2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率；開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率； V V2 2由導通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波

38、由導通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波鋸齒波起點應(yīng)定在同步鋸齒波起點應(yīng)定在同步電壓由正變負的過零點電壓由正變負的過零點； V V2 2截止狀態(tài)持續(xù)的時間就是截止狀態(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度鋸齒波的寬度取決于充電時取決于充電時間常數(shù)間常數(shù)R R1 1C C1 1。觸發(fā)器采用觸發(fā)器采用NPN晶體管，在同步電源的晶體管，在同步電源的負半周負半周產(chǎn)生產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波上升沿為產(chǎn)生脈沖的有效部分。鋸齒波，鋸齒波上升沿為產(chǎn)生脈沖的有效部分。該同步電壓對于它所觸發(fā)的該同步電壓對于它所觸發(fā)的SCR的主電壓而言，的主電壓而言，正好相差正好相差180 。所以，。所以，選擇同步電壓選擇同步電壓US應(yīng)與對應(yīng)應(yīng)與對應(yīng)晶閘管的主電

39、壓反相。晶閘管的主電壓反相。如：如：US1應(yīng)選應(yīng)選-UU； US4應(yīng)選應(yīng)選UU； US3應(yīng)選應(yīng)選-UV； US6應(yīng)選應(yīng)選UV； US5應(yīng)選應(yīng)選-UW； US2應(yīng)選應(yīng)選UW；v觸發(fā)器采用觸發(fā)器采用PNP晶體管，在同步電源的晶體管，在同步電源的正半周正半周產(chǎn)生鋸齒波，產(chǎn)生鋸齒波，所以，所以，選擇同步電壓選擇同步電壓US應(yīng)與對應(yīng)應(yīng)與對應(yīng)晶閘管的主電壓同相。晶閘管的主電壓同相。Ott1t2uaubucu2ua-對于接在對于接在Ua上的上的VT1來說，在來說，在t1 t2區(qū)間均區(qū)間均有導通的可能。這就要求觸發(fā)電路能夠在該區(qū)有導通的可能。這就要求觸發(fā)電路能夠在該區(qū)間發(fā)出脈沖。間發(fā)出脈沖。雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙

40、窄脈沖形成環(huán)節(jié)V5、V6構(gòu)成構(gòu)成“或或”門門v當當V5、V6都導通時，都導通時，Uc5=-15V，V7、V8都截都截止，沒有脈沖輸出；止，沒有脈沖輸出；v只要只要V5、V6有一個截止，都會使有一個截止，都會使V7、V8導通，導通，有脈沖輸出；有脈沖輸出；v第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應(yīng)的控制對應(yīng)的控制角角 產(chǎn)生；產(chǎn)生；v隔隔60 的第二個脈沖是由滯后的第二個脈沖是由滯后60 相位的后一相相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過V6）。）。雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)結(jié)論：結(jié)論：通過六塊觸發(fā)電路中通過六塊觸發(fā)電路中X、Y端的相互連接形成雙窄脈沖。端的相

41、互連接形成雙窄脈沖。連接圖連接圖如下：如下：強觸發(fā)環(huán)節(jié)強觸發(fā)環(huán)節(jié) 使用單相橋使用單相橋整流獲得整流獲得50V電源。電源。 在在V8導通前，導通前，50V電源通電源通過過R15向向C6充電。所以充電。所以B點電位處于點電位處于50V。V8導通，導通，C6迅速放電形成強脈沖，迅速放電形成強脈沖，當當UB15V時，時，VD15導通。導通。此時此時UB電位鉗位在電位鉗位在15V，進入觸發(fā)脈沖平穩(wěn)階段。進入觸發(fā)脈沖平穩(wěn)階段。當當V8截止后，截止后，50V電源重電源重新向新向C6充電，使充電，使UB =50V。C5可以提高脈沖前沿的陡可以提高脈沖前沿的陡度。度。同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形同步信號

42、為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形小結(jié)小結(jié)脈沖前沿由脈沖前沿由V4導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)時間常數(shù)R11C3有關(guān)。有關(guān)。V2周期性地通斷，周期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波。便形成一鋸齒波。加偏移電壓加偏移電壓up的目的是為了確定脈沖的初始相位。的目的是為了確定脈沖的初始相位。加控制電壓加控制電壓uco是為了實現(xiàn)脈沖的移相。是為了實現(xiàn)脈沖的移相。uco，90為整流狀態(tài)；為整流狀態(tài)； uco ， 90為逆變狀態(tài)。為逆變狀態(tài)。鋸齒波起點應(yīng)定在同步電壓由正變負的過零點；鋸齒波鋸齒波起點應(yīng)定在同步電壓由正變負的過零點；鋸齒波的寬度的寬度取決于充電時間常

43、數(shù)取決于充電時間常數(shù)R1C1。選擇同步電壓選擇同步電壓US應(yīng)與對應(yīng)晶閘管的主電壓反相（應(yīng)與對應(yīng)晶閘管的主電壓反相（NPN管，管，PNP管則為同相）。管則為同相）。通過六塊觸發(fā)電路中通過六塊觸發(fā)電路中X、Y端的相互連接形成雙窄脈沖。端的相互連接形成雙窄脈沖。三、集成觸發(fā)器和數(shù)字式移相觸發(fā)三、集成觸發(fā)器和數(shù)字式移相觸發(fā)（一）（一）KC04KC04移相集成觸發(fā)器移相集成觸發(fā)器引出管腳順序由缺口開始，按逆時針方向排列。它與分立元引出管腳順序由缺口開始，按逆時針方向排列。它與分立元件組成的鋸齒波同步觸發(fā)電路一樣，由同步信號、鋸齒波產(chǎn)生、件組成的鋸齒波同步觸發(fā)電路一樣，由同步信號、鋸齒波產(chǎn)生、移相控制、脈

44、沖形成和整形放大輸出等環(huán)節(jié)組成。移相控制、脈沖形成和整形放大輸出等環(huán)節(jié)組成。KC04移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋式裝置，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 電源電壓：DC15V允許波動5電源電流：正電流15mA，負電流8mA移相范圍：170o (同步電壓30V，R415k)脈沖寬度：400s2ms 脈沖幅值：13V最大輸出能力：100mA正負半周脈沖相位不均衡范圍：3o環(huán)境溫度：1070 （二）（二）KC41CKC41C六路雙脈沖形成器六路雙脈沖形成器KC41CKC41C與三塊與三塊KC04(KC09)KC04(KC09)可組成三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電可組成三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電路，內(nèi)部電路與外部接線。

45、路，內(nèi)部電路與外部接線。（二）（二）KC41CKC41C六路雙脈沖形成器六路雙脈沖形成器由三塊由三塊KC04KC04、一塊、一塊KC41CKC41C可組成觸發(fā)組件，用于三相橋式全可組成觸發(fā)組件，用于三相橋式全控變流器的觸發(fā)。控變流器的觸發(fā)。 第六節(jié)第六節(jié)觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步 脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施一、同步的概念一、同步的概念觸發(fā)脈沖必須在管子陽極電壓為正時的某一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，晶閘觸發(fā)脈沖必須在管子陽極電壓為正時的某一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，晶閘管才能被觸發(fā)導通。管才能被觸發(fā)導通。 正確選擇同步信號電壓相位以及得到不同相位同步電壓的方正確選擇同步信號電

46、壓相位以及得到不同相位同步電壓的方法，稱為晶閘管電路的同步或定相。法，稱為晶閘管電路的同步或定相。二、實現(xiàn)同步的方法二、實現(xiàn)同步的方法 晶閘管整流裝置是通過三相同步變壓器不同連接方式或配晶閘管整流裝置是通過三相同步變壓器不同連接方式或配合阻容濾波產(chǎn)生的移相效應(yīng)，得到要求相位的同步電壓。合阻容濾波產(chǎn)生的移相效應(yīng)，得到要求相位的同步電壓。三相變壓器繞組可接成星形或三角形。三相變壓器繞組可接成星形或三角形。三相同步變壓器三相同步變壓器1212種接法與鐘點表示：種接法與鐘點表示：觸發(fā)電路的觸發(fā)電路的定相定相在三相在三相SCR變流裝置中，觸發(fā)電路應(yīng)保變流裝置中，觸發(fā)電路應(yīng)保證每個證每個SCR觸發(fā)脈沖與施

47、加于觸發(fā)脈沖與施加于SCR上的主電壓保持正確的相上的主電壓保持正確的相位關(guān)系。位關(guān)系。正確選擇正確選擇同步電壓相位同步電壓相位以及獲取以及獲取不同相位同步電壓不同相位同步電壓的方法，稱為觸的方法，稱為觸發(fā)電路的定相。發(fā)電路的定相。獲得同步電壓的措施：獲得同步電壓的措施：v對三相對三相SCR變流器來說，六個同步電壓均由三相同步變流器來說，六個同步電壓均由三相同步變壓器的二次繞組提供。一般變壓器的二次繞組提供。一般同步變壓器的副邊接成同步變壓器的副邊接成Y接法接法以獲得公共地端。以獲得公共地端。v同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，可以保證同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，可以保證頻率一致；

48、頻率一致；v觸發(fā)電路觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵定相的關(guān)鍵是確定是確定同步信號與晶閘管陽極電同步信號與晶閘管陽極電壓的相位關(guān)系壓的相位關(guān)系。三相橋式全控整流電路來說明：三相橋式全控整流電路來說明：三相變壓器的接法用時鐘表示方法：三相變壓器的接法用時鐘表示方法： 符號：符號： D- 三角形接法三角形接法 ；Y - 星形接法；星形接法； 數(shù)字代表鐘點數(shù)，數(shù)字代表鐘點數(shù)，即將即將原邊原邊的線電壓的線電壓UUV作為作為長針長針定在定在12點鐘，點鐘，副邊副邊的線電壓的線電壓Uuv滯后的角度即為滯后的角度即為鐘鐘點數(shù)點數(shù)。如在如在D,Y11的變壓器中，表示原邊接成的變壓器中，表示原邊接成D接法，原邊接接法，原邊接

49、成接法，副邊的成接法，副邊的線電壓線電壓Uuv則指向則指向11點的位置。點的位置。而副邊而副邊相電壓相電壓Uu指向指向12點鐘。（同學們可以直接記點鐘。（同學們可以直接記憶這點）。憶這點）。 以三相全控橋電感負載為例，采用以三相全控橋電感負載為例，采用鋸齒波鋸齒波同步觸發(fā)同步觸發(fā)電路，采電路，采用用NPN管管時的情況：時的情況：v 屬于同步電壓屬于同步電壓UTS為負時才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，對于連接于為負時才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，對于連接于Uu相相的的VT1，應(yīng)選用滯后，應(yīng)選用滯后Uu1800的（即反相）的電壓作為的（即反相）的電壓作為VT1的同的同步電壓步電壓Us1，通常記為，通常記為Usu 。v 對于

50、連接對于連接Ua相的相的VT4，由于，由于VT1和和VT4的觸發(fā)脈沖相差的觸發(fā)脈沖相差180 ，所以選用同步電壓所以選用同步電壓Us4也應(yīng)與也應(yīng)與Us1相差相差180 ，通常記為，通常記為Usu 。v 同理可以獲得其它四個同理可以獲得其它四個SCR的同步電壓。的同步電壓。v 注意注意：如果采用：如果采用PNP管作為觸發(fā)電路，則正半周有效，所以管作為觸發(fā)電路，則正半周有效，所以所有的同步信號則需要移動所有的同步信號則需要移動180 。Ott1t2uaubucu2ua-三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關(guān)系示意圖對于接在對于接在Ua上的上的VT1來說，在來說，在t1 t2區(qū)間均有導通區(qū)間均有導通的可能。這就要求觸發(fā)電路能夠在該區(qū)間發(fā)出脈沖。的可能。這就要求觸發(fā)電路能夠在該區(qū)間發(fā)出脈沖。例：在圖例：在圖7.23中，變壓器接法：主電路整流變壓器為中，變壓器接法：主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié) 圖7.23 同步變壓