電子課件《電力電子變流技術(shù)》B029691第三章

1、如圖所示就是一款采用單相半波晶閘管調(diào)光控制的臺燈，其調(diào)光控制的電路圖如圖所示。從調(diào)光燈電路可知，調(diào)光電路由主電路和觸發(fā)電路兩部分組成。一個完整的電力電子裝置基本上都是由兩個部分組成，即主電路及觸發(fā)電路。主電路實現(xiàn)電力電子裝置的電能變換的功能，觸發(fā)電路為主電路晶閘管的導(dǎo)通提供觸發(fā)信號。由晶閘管構(gòu)成的主電路形式很多，有整流、有源逆變、交流調(diào)壓、變頻器和削波器等；電路的負(fù)載有電阻負(fù)載、電感負(fù)載、反電動勢負(fù)載等。常用的觸發(fā)電路有單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、計算機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)電路等。本章將介紹幾種常用的晶閘管控制極觸發(fā)電路。3-1 晶閘管對觸發(fā)信號的要求3-2 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路3

2、-3 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路 3-4 集成觸發(fā)電路 3-5 觸發(fā)電路與主電路的同步與調(diào)試3-6 晶閘管的保護(hù)與防止誤觸發(fā)的措施3-1 晶閘管對觸發(fā)信號的要求學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解常見的觸發(fā)信號波形。2.理解晶閘管對觸發(fā)信號的基本要求。一、常見的觸發(fā)信號波形正弦波 尖脈沖 方脈沖 強(qiáng)觸發(fā)脈沖 脈沖列二、晶閘管對觸發(fā)信號的基本要求1.觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率（電壓、電流）在觸發(fā)信號為脈沖形式時，只要觸發(fā)信號功率不超過規(guī)定值，觸發(fā)脈沖的電壓、電流的幅值在短時間內(nèi)可以大大超過額定值。不該觸發(fā)時，觸發(fā)電路的漏電壓應(yīng)小于0.2 V，防止誤觸發(fā)。2.觸發(fā)脈沖信號前沿要陡,同時觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度一般晶閘管的

3、導(dǎo)通時間為6s，所以觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)在6s以上，最好為2050s。3.觸發(fā)脈沖信號要有一定的移向范圍為了使電路能在給定范圍內(nèi)工作，必須保證觸發(fā)脈沖能在相應(yīng)范圍內(nèi)進(jìn)行移相。4.觸發(fā)脈沖信號必須與電源同步觸發(fā)信號必須與電源同步，即觸發(fā)信號的同步電壓與電源電壓必須保持固定的相位關(guān)系。3-2 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和等效電路。2.會用萬用表測試單結(jié)晶體管的好壞。3.理解單結(jié)晶體管的伏安特性曲線的意義。4.掌握單結(jié)晶體管的自激振蕩電路和帶同步環(huán)節(jié)的觸發(fā)電路。1.單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及等效電路單結(jié)晶體管共有三個電極，分別為第一基極b1、第二基極b2和發(fā)射極e。單結(jié)晶體管因有兩

4、個基極，故也稱為雙基極晶體管。一、單結(jié)晶體管2. 單結(jié)晶體管的簡單測試方法3. 單結(jié)晶體管的伏安特性曲線和工作原理（1）截止區(qū)AP段 （2）負(fù)阻區(qū)PV段（3）飽和區(qū)VN段二、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1.單結(jié)晶體管自激振蕩電路利用單結(jié)晶體管的負(fù)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，產(chǎn)生頻率可變的尖脈沖，如圖所示。原理分析：直流電源E通過電阻Re對電容C充電，充電時間常數(shù)為ReC。發(fā)射極電壓Ue即為電容兩端電壓UC，按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)UC小于峰點電壓UP時，單結(jié)晶體管e、b1之間處于截止?fàn)顟B(tài)。隨著電容電壓UC的增大，UC達(dá)到峰點電壓瞬間，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電阻Rb1的電壓迅速變小，

5、管子導(dǎo)通，電容上的電荷通過e、b1迅速向R1放電，在電阻R1上得到很窄的尖脈沖。當(dāng)UC電壓下降到谷點電壓UV時，單結(jié)晶體管由導(dǎo)通又變?yōu)榻刂梗娙軨又開始充電，電路不斷充放電振蕩，在電容上形成鋸齒波電壓。注意：電路中R1上的脈沖電壓的寬度取決于電容放電時間常數(shù)，電容C的容量不能太小，一般C約在0.1 1.0F。R1上脈沖的幅值取決于R1的阻值大小，R1阻值越大輸出脈沖的幅值越高，但是R1阻值不能太大，否則會導(dǎo)致晶閘管誤觸發(fā)，一般R1的阻值取50 100為宜。 2.具有同步環(huán)節(jié)的單節(jié)晶體管振蕩電路單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路同步環(huán)節(jié)分析：單結(jié)晶體管振蕩電路的電源與所觸發(fā)的晶閘管的主電路電源為同一電源。在

6、梯形波過零點時，單結(jié)晶體管的電壓Ubb也降為零，電容C上的電荷經(jīng)單結(jié)晶體管放電到零，這樣就保證了電容C能在主電路晶閘管開始承受正向電壓時從零開始充電，每個周期產(chǎn)生的第一個觸發(fā)脈沖相對于過零點的時間都是一樣的（即移相角一樣），觸發(fā)電路與主電路取得了同步，這樣主電路輸出的波形Ud就有規(guī)則。單節(jié)晶體管觸發(fā)電路特點：結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)試。由于它的參數(shù)差異較大，對于多相觸發(fā)時不易一致。其輸出功率較小，脈沖較窄，控制線性度差，可用移相范圍一般小于150。不加放大環(huán)節(jié)可觸發(fā)50A以下的晶閘管。適用：多用于控制精度要求不高的單相晶閘管控制系統(tǒng)中。3-3 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解同步電壓為鋸齒

7、波的觸發(fā)電路。2.理解同步鋸齒波觸發(fā)電路的工作原理。3.會分析同步鋸齒波觸發(fā)電路中各點的波形。同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,由五個基本環(huán)節(jié)組成：同步環(huán)節(jié)，鋸齒波形成及脈沖移相環(huán)節(jié)，脈沖形成、放大和輸出環(huán)節(jié)，強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路同步要求鋸齒波的頻率與主回路電源的頻率相同。鋸齒波是由起開關(guān)作用的V2控制。V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。一、同步環(huán)節(jié)同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器二次側(cè)電壓來控制V2的通斷，這就保證了觸發(fā)脈沖與主回路電源的同步。在一個正弦波周期內(nèi)，V2包括截止和導(dǎo)通兩個狀態(tài)，對應(yīng)鋸齒波恰好是一個周期，與主電路電源完全一致，從而達(dá)到

8、同步的目的。二、鋸齒波形成及脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，本電路采用恒流源電路。恒流源電路方案：電路中由晶體管V1和V9、RP3和R4組成恒流源向電容C2充電，晶體管V2作為同步開關(guān)控制恒流源對C2的充放電過程。三、脈沖形成、放大和輸出環(huán)節(jié)鋸齒波觸發(fā)電路各點電壓波形圖脈沖形成環(huán)節(jié)由晶體管V4V6組成；放大和輸出環(huán)節(jié)由V7、V8組成；同步移相電壓加在晶體管V4的基極，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器二次側(cè)輸出。輸出脈沖產(chǎn)生的時刻是V4管導(dǎo)通的瞬間，也就是V5管截止的瞬間。V5截止的時間即為輸出脈沖的寬度，因此脈沖的寬度由C3反向充電的時間常數(shù)3=C3R14來決定。四、強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)在晶閘管串、并聯(lián)使用或

9、全控橋式等大、中容量系統(tǒng)中，為了縮短晶閘管開通的時間，保證被觸發(fā)的晶閘管同時導(dǎo)通,提高系統(tǒng)的可靠性，常采用輸出幅值高、前沿陡的強(qiáng)脈沖觸發(fā)電路。五、雙窄脈沖形成及脈沖封鎖及環(huán)節(jié) 內(nèi)雙脈沖電路：V5、V6管構(gòu)成一個“或”門電路。V5、V6都導(dǎo)通時，V7、V8都截止，電路沒有脈沖輸出。當(dāng)V5、V6有一個截止，就會使V7、V8導(dǎo)通，電路就有觸發(fā)脈沖輸出。第一個脈沖在本相觸發(fā)電路輸出；隔60的第二個脈沖是由滯后60的后一相觸發(fā)電路輸出。雙窄脈沖形成：6只晶閘管的觸發(fā)順序為VT1VT2VT3VT4VT5VT6，彼此間隔60，輸出雙窄脈沖。1CF2CFXYXY3CF4CFXYXY5CF6CFXYXYUg1U

10、g2Ug3Ug4Ug5Ug6實現(xiàn)雙脈沖連接的示意圖和脈沖序列 脈沖封鎖：脈沖封鎖信號為零電位或負(fù)電位，是通過VD5加到V5集電極的。當(dāng)封鎖信號接入時，晶體管V7、V8就不能導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖無法輸出。觸發(fā)脈沖信號封鎖，一般用于事故情況或者是無環(huán)流的可逆系統(tǒng)中要求一組晶閘管工作另一組晶閘管封鎖。二極管VD5的作用是防止封鎖信號接地時，經(jīng)V5、V6和VD4到-15V之間產(chǎn)生大電流通路。同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路抗干擾能力強(qiáng)，不受電網(wǎng)電壓波動與波形畸變的直接影響，移相范圍寬。缺點是整流裝置的輸出電壓Ud與控制電壓Uc之間不成線性關(guān)系，且電路較復(fù)雜。六、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路的特點3-4 集成觸發(fā)電路

11、 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解集成觸發(fā)電路的特點。2.了解KC04、KC41C集成芯片原理與應(yīng)用。3.會簡要分析由KC04、KC41C集成芯片組成的集成觸發(fā)電路的工作原理。 一、KC04移相觸發(fā)器KC04移相觸發(fā)器的外形圖 KC04外部接線圖KC04有關(guān)管腳的電壓波形 KC04各管腳功能表KC04主要技術(shù)參數(shù)二、KC41C六路雙脈沖形成器 KC41外形圖 腳為外電路送來的脈沖信號； 腳為脈沖封鎖信號，當(dāng)腳輸入信號為高電位或懸空時，封鎖 腳的各路脈沖信號，當(dāng)腳輸入為低電平或接地時，脈沖信號經(jīng) 腳輸出； 腳接電壓+15V；腳接地；腳懸空。KC41C可外接3DK4或者3DG27作為功放管使脈沖信號進(jìn)一步放大輸

12、出。KC41C內(nèi)部原理電路和外部接線圖 三、三相全控橋集成觸發(fā)電路下圖所示是由三塊KC04和一塊KC41C組成的三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電路。把三塊KC04移相觸發(fā)器的腳與 腳產(chǎn)生的6個脈沖分別接到KC41C的腳，經(jīng)KC41C內(nèi)部二極管“或”功能，形成雙窄脈沖，再經(jīng)內(nèi)部六個集成三極管放大后從 腳輸出并外接到V1V6三極管的基極進(jìn)一步放大，供觸發(fā)大功率的晶閘管。三相全控橋雙窄脈沖集成觸發(fā)電路3-5 觸發(fā)電路與主電路的同步與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解同步的概念和同步的意義。2.掌握晶體管主電路與觸發(fā)電路同步的方法。3.能使用示波器對三相可控整流電路主電路與觸發(fā)電路進(jìn)行調(diào)試及波形測量。一、觸發(fā)電路與主電路電

13、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)控制角被觸發(fā)導(dǎo)通。同步的概念有兩層含義：一是觸發(fā)脈沖與主電路電壓頻率必須一致。二是輸出觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)滿足主電路相位的要求。 人們將提供給觸發(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。二、同步電壓的相位選擇常用三相同步變壓器的接法常用三相同步變壓器的接法【例3-1】三相橋式全控電路如圖所示，直流電動機(jī)負(fù)載，要求可逆運(yùn)行，整流變壓器 Tr為Dy1

14、聯(lián)結(jié)組標(biāo)號，采用鋸齒波同步觸發(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30150。用簡化相量圖的方法來確定同步變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號及變壓器繞組聯(lián)結(jié)方法。 三相橋式全控電路同步定相例題圖解三、觸發(fā)電路的調(diào)試 1.確定電源相序W相U相V相U相用雙蹤示波器測相序的波形2.單獨(dú)調(diào)試觸發(fā)電路（1）斷開主電路的電源，接通觸發(fā)電路的+15V直流電源，接通同步電源。（2）調(diào)整各觸發(fā)器的鋸齒波斜率電位器RP1，用雙蹤示波器依次測量兩相鄰觸發(fā)器的鋸齒波電壓波形，間隔應(yīng)為60，使斜率要基本一致。（3）用示波器測量各個觸發(fā)器的輸出脈沖,各輸出雙窄脈沖波形應(yīng)如圖所示。鋸齒

15、波與觸發(fā)脈沖的波形示意圖鋸齒波觸發(fā)脈沖顯示波形3-6 晶閘管的保護(hù)與防止誤觸發(fā)的措施學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解晶閘管的常用保護(hù)電路及其作用。2.了解防止晶閘管誤觸發(fā)的常用措施及常見電路。一、晶閘管的過流保護(hù) 1.對于第一類過流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過流，以及逆變器負(fù)載回路接地時，可以采用第一種保護(hù)措施，最常見的就是接入快速熔斷器的方式?？焖偃蹟嗥鞯慕尤敕椒?.對于第二類過流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 晶閘管過流電子保護(hù)原理框圖二、晶閘管的過壓保護(hù) 過電壓保護(hù)的第一種方法：并接R-C阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。 用阻容吸收電路、壓敏電阻或硅堆的過壓保護(hù)電路過電壓保護(hù)的第二種方法：采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 晶閘管過電壓電子保護(hù)原理框圖三、電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù) 1.電流上升率的抑制 2.電壓上升率的抑制 串聯(lián)電感器抑制電流突變回路圖并聯(lián)R-C阻容吸收回路四、防止誤觸發(fā)的措施 1.控制極回路導(dǎo)線用金屬屏蔽線，且屏蔽層接地。2.控制極回路導(dǎo)線單獨(dú)敷線，遠(yuǎn)離主電路或大電流的導(dǎo)線，同時避免電感元件靠近控制極回路。3.觸