第三章晶閘管的觸發(fā)電路

第三章晶閘管的觸發(fā)電路《電力電子技術(shù)》第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日常見的觸發(fā)脈沖電壓波形

3-1常見的觸發(fā)脈沖電壓波形a)正弦波b)尖脈沖c)方脈沖d)強觸發(fā)脈沖e)脈沖列第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

一、單結(jié)晶體管

圖3-2單結(jié)晶體管a)結(jié)構(gòu)示意b)等效電路c)圖形符號d)外形及管腳

用萬用表來判別單結(jié)晶體管的好壞：選擇R×1k電阻擋進行測量，若某個電極與另外兩個電極的正向電阻小于反向電阻，則該電極為發(fā)射極e，接著測量另外兩個電極的正反向電阻值應該相等。

第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日單結(jié)晶體管的伏安特性

圖3-3單結(jié)晶體管伏安特性a)單結(jié)晶體管實驗電路b)單結(jié)晶體管伏安特性c)特性曲線族第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日

二、單結(jié)晶體管自激振蕩電路

利用單結(jié)晶體管的負阻特性和RC電路的充放電特性，可以組成單結(jié)晶體管自激振蕩電路，如圖3-4所示。

圖3-4單結(jié)晶體管自激振蕩電路及波形

第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日滿足電路振蕩的Re的取值范圍為為了防止Re取值過小電路不能振蕩，一般取一固定電阻r與另一可調(diào)電阻Re串聯(lián)，以調(diào)整到滿足振蕩條件的合適頻率。若忽略電容C放電時間，電路的自激振蕩頻率近似為第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日

三、具有同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

圖3-5單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日圖3-5是加了同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，主電路為單相半波整流電路。要求圖中VT在每個周期內(nèi)以同樣的觸發(fā)延遲角α被觸發(fā)導通，即觸發(fā)脈沖必須在電源電壓每次過零后滯后α角出現(xiàn)。為了使觸發(fā)脈沖與電源電壓的相位配合需要同步，我們采用一個同步變壓器，它的一次側(cè)接主電路電源，二次側(cè)經(jīng)二極管半波整流、穩(wěn)壓削波后得梯形波，作為觸發(fā)電路電源，也作為同步信號。當主電路電壓過零時，觸發(fā)電路的同步電壓也過零，單結(jié)晶體管的Ubb電壓也降為零，使電容C放電到零，保證了下一個周期電容C從零開始充電，起到了同步作用。從圖3-5b可以看出，每周期中電容C的充放電不止一次，晶閘管由第一個脈沖觸發(fā)導通，后面的脈沖不起作用。改變Re的大小，可改變電容充電速度，也就改變了第一個脈沖出現(xiàn)的角度，達到調(diào)節(jié)α角的目的。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日

實際應用中，常用晶體管V代替可調(diào)電阻器Re，以便實現(xiàn)自動移相，同時脈沖的輸出一般通過脈沖變壓器TP，以實現(xiàn)觸發(fā)電路與主電路的電氣隔離，如圖3-6所示。

圖3-6帶輸出脈沖變壓器的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路

一、鋸齒波同步觸發(fā)電路組成圖3-7為鋸齒波同步觸發(fā)電路，該電路由以下五個基本環(huán)節(jié)組成：①同步環(huán)節(jié)。②鋸齒波形成及脈沖移相環(huán)節(jié)。③脈沖形成、放大和輸出環(huán)節(jié)。④雙脈沖形成環(huán)節(jié)。⑤強觸發(fā)環(huán)節(jié)。第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日鋸齒波同步觸發(fā)電路

圖3-7同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日二、工作原理波形分析

圖3-8鋸齒波觸發(fā)電路各點電壓波形

第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日

三、雙脈沖形成環(huán)節(jié)對于三相全控橋電路，電源三相U、V、W為正相序時，6只晶閘管的觸發(fā)順序為VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6彼此間隔60°，為了得到雙脈沖，6塊觸發(fā)板的X、Y可按圖3-9所示方式連接，即后相的X端與前相的Y端相連。

圖3-9實現(xiàn)雙脈沖連接的示意圖

第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)集成觸發(fā)電路

一、KC04、KC41C組成的三相集成觸發(fā)電路如圖3-10所示，由三塊KC04與一塊KC41C外加少量分立元器件，可以組成三相全控橋的集成觸發(fā)電路，它比分立元器件電路要簡單得多。

第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日三相全控橋雙窄脈沖集成觸發(fā)電路

第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日1．KC04移相觸發(fā)器

KC04與分立元器件的鋸齒波觸發(fā)電路相似，也是由同步、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成及放大輸出等環(huán)節(jié)組成。該器件適用于單相、三相全控橋式裝置中作晶閘管雙路脈沖相控觸發(fā)。

圖3-11KC04與KC41C電路各點電壓波形第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．KC41C六路雙脈沖形成器圖3-12KC41C內(nèi)部電路及封裝外形

第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日二、集成電路MC787和MC788集成電路MC787和MC788與KC系列相比較，具有功能強、外接元器件少、不需要雙電源供電、功耗少等多項優(yōu)點，對于電力電子產(chǎn)品的小型化和方便設計具有重要意義。圖3-13為該電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖3-13MC787和MC788內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)框圖

第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日集成塊由同步過零電路和極性檢測電路、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動電路組成。電路采用單電源供電，同步電壓的零點設計在1／2電源電壓處。三相同步電壓信號經(jīng)T形網(wǎng)絡進入過零檢測和極性判別電路，檢測出零點和極性后，在鋸齒波形成電路的CU、CV、CW三個電容上積分形成鋸齒波。鋸齒波形成電路由于采用集中式恒流源，相對誤差很小，具有良好的線性度和一致性。因此要求選取的積分電容的相對誤差也應較小。鋸齒波在比較器中與移相電壓比較取得交點，移相電壓由腳4通過電位器調(diào)節(jié)或由外電路控制得到。移相電壓為正極性，當移相電壓增加時，輸出觸發(fā)延遲角增大。移相電壓的調(diào)整范圍可按積分電容的大小，在0～15V間選取。

第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日用MC787和MC788組成的三相觸發(fā)電路原理圖

第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日使用時應注意的幾個問題

1)同步電壓的零點取在1／2電源電壓處，所以，同步信號的“地”若與電路共地，電路的同步信號輸入端需用電阻進行1／2分壓，然后將同步信號用電容耦合到輸入端；1／2分壓精度將影響同步信號的零點，應選用相對誤差小于2％的電阻。此外同步信號的峰值不應超過電源電壓數(shù)值。2)電容的相對誤差應小于5％，當頻率為50Hz時，電容可取0.15μF左右，當頻率較高時，為保證電容積分幅值，電容應減小。3)電路的半控／全控控制端，使用時不要懸空。4)MC787／MC788可方便地用于普通晶閘管、雙向晶閘管、門極關(guān)斷晶閘管、非對稱晶閘管的電力電子設備中作移相觸發(fā)脈沖形成電路。改變CX，它還可用于GTR、電力MOSFET、IGBT或MCT的電力電子設備中。

第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日第四節(jié)數(shù)字觸發(fā)電路圖3-15微機控制數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)框圖

第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日

一、系統(tǒng)工作原理

MCS-51系列8031單片機內(nèi)部有兩個16位可編程定時器計數(shù)器T0、T1，若將其設置為定時器方式1，即16位對機器周期進行計數(shù)。首先將初值裝入TL(低8位)及TH(高8位)，啟動定時器即開始從初值加1計數(shù)，當計數(shù)值溢出時，向CPU發(fā)出中斷申請，CPU響應后執(zhí)行相應的中斷程序。在中斷程序中讓單片機發(fā)出觸發(fā)信號，因此改變計數(shù)器的初值，就可改變定時長短。第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日圖3-16三相全控橋電路及觸發(fā)脈沖圖3-17輸出脈沖程序流程圖第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日電路工作時，設α1為觸發(fā)延遲角，即第一對脈沖距離同步參考點的電角度，后面每隔60°發(fā)一對脈沖，共發(fā)6對。各脈沖位置與時間關(guān)系如圖3-16b所示，設

t1=tα1

tn=tα1+(n-1)t60式中t1——α1對應的時間；

n——觸發(fā)脈沖序號，n=1、2、3、4、5、6

tn——第n個脈沖對應的時間；

t60——60°所對應的時間。

第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日

二、微機觸發(fā)系統(tǒng)的硬件設置圖3-18系統(tǒng)硬件配置框圖第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日第五節(jié)觸發(fā)電路與主電路電壓的同步

所謂同步，是指把一個與主電路晶閘管所受電源電壓保持合適相位關(guān)系的電壓提供給觸發(fā)電路，使得觸發(fā)脈沖的相位出現(xiàn)在被觸發(fā)晶閘管承受正向電壓的區(qū)間，確保主電路各晶閘管在每一個周期中按相同的順序和觸發(fā)延遲角被觸發(fā)導通。我們將提供給觸發(fā)電路合適相位的電壓稱為同步信號電壓，正確選擇同步信號電壓與晶閘管主電壓的相位關(guān)系稱為同步或定相。第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日

一、實現(xiàn)同步的方法

觸發(fā)電路要與主電路電壓取得同步，首先二者應由同一電網(wǎng)供電，保證電源頻率一致；其次要根據(jù)主電路的型式選擇合適的觸發(fā)電路；最后依據(jù)整流變壓器的聯(lián)結(jié)組標號、主電路線路型式、負載性質(zhì)確定觸發(fā)電路的同步電壓，并通過同步變壓器的正確連接加以實現(xiàn)。由于同步變壓器二次電壓要分別接到各單元觸發(fā)電路，而一套主電路的各單元觸發(fā)裝置一般有公共“接地”端點，所以，同步變壓器的二次只能是星形聯(lián)結(jié)。第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日

二、定相舉例例三相橋式全控電路如圖3-19a所示，直流電動機負載，要求可逆運行，整流變壓器TR為D，y1聯(lián)結(jié)組標號，采用圖3-7所示鋸齒波觸發(fā)電路。鋸齒波的齒寬為240°，考慮鋸齒波起始段的非線性，故留出60°余量。電路要求的移相范圍是30°～150°。試按簡化相量圖的方法來確定同步變壓器的聯(lián)結(jié)組標號及變壓器繞組聯(lián)結(jié)方法。解選擇以某一只晶閘管的同步定相為例(如以VT1管)，其余五管可根據(jù)相位關(guān)系依次確定。具體步驟如下：1．確定VT1管的同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系

2．確定同步變壓器的聯(lián)結(jié)組標號3．確定同步電壓與各觸發(fā)電路的連線第二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日

圖3-19三相全控橋同步定相實例圖第三十頁，共三十一頁，2022年，8月28日本章小結(jié)

晶