電力電子技術整流電路相位控制的實現(xiàn)

電力電子技術整流電路相位控制的實現(xiàn)1第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8相控電路的驅(qū)動控制

大、中功率的變流器對觸發(fā)電路的精度要求較高，對輸出的觸發(fā)功率要求較大，故廣泛應用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應用最多.■2第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導通的電路），也可為單窄脈沖三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)圖3-50

同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路■3第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路1．脈沖形成環(huán)節(jié)

V4、V5——

脈沖形成

V7、V8——

脈沖放大

控制電壓uco加在V4基極上。uco對脈沖的控制作用及脈沖形成：uco=0時，V4截止。V5、V6飽和導通。uc5=-13.7V(-15+0.7+0.32),V7、V8處于截止狀態(tài)，無脈沖輸出。電容C3充電，充滿后電容兩端電壓為28.3V（30-0.7-0.3-0.7)，左正右負?！?第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

時，V4導通，A點電位由+E1(+15V)1.0V左右，V5基極電位為-27.3V(-28.3+1)，

V5立即截止。V5集電極電壓由-E1(-15V)+2.1V，V7、V8導通，輸出觸發(fā)脈沖。電容C3放電和反向充電，使V5基極電位，直到ub5=-13.3V，V5又重新導通。uc5=2.1V-13.7V,使V7、V8截止，輸出脈沖終止。脈沖前沿由V4導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3有關電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V5集電極電路中■5第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路2.

鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)電路組成鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等恒流源電路方案，由V1、V2、V3和C2等元件組成

V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路圖3-51同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形■6第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

工作原理：

V2截止時，恒流源電流I1c對電容C2充電，調(diào)節(jié)RP2，即改變C2的恒定充電電流I1c，可見RP2是用來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。V2導通時，因R4很小故C2迅速放電，ub3電位迅速降到零伏附近V2周期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波，同樣ue3也是一個鋸齒波tICtICuccc111d1==ò■7第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者作用的疊加所定圖如果uco=0，up為負值時，b4點的波形由uh+

確定當uco為正值時，b4點的波形由uh++

確定M點是V4由截止到導通的轉(zhuǎn)折點，也就是脈沖的前沿加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位'pu'pu■'8第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

三相全控橋時的情況:接感性負載電流連續(xù)時，脈沖初始相位應定在=90；如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，要求脈沖的移相范圍理論上為180（由于考慮min和bmin，實際一般為120），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180，例如240，此時，令uco=0，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點移至鋸齒波240的中央（120處），對應于=90的位置。如uco為正值，M點就向前移，控制角<90，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)如uco為負值，M點就向后移，控制角>90，晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。

■9第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路3同步環(huán)節(jié)同步——要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關系確定鋸齒波是由開關V2管來控制的V2開關的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定V2由導通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負的過零點V2截止狀態(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時間常數(shù)R1C1■10第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.1同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路4.雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)內(nèi)雙脈沖電路

V5、V6構(gòu)成“或”門當V5、V6都導通時，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出只要V5、V6有一個截止，都會使V7、V8導通，有脈沖輸出第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應的控制角

產(chǎn)生隔60的第二個脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過V6）三相橋式全控整流電路的情況■11第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

3.8.2集成觸發(fā)器

可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路目前國內(nèi)常用的有KJ系列和KC系列，下面以KJ系列為例KJ004

與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)圖3-52KJ004電路原理圖■12第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.2集成觸發(fā)器完整的三相全控橋觸發(fā)電路

3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大即可圖3-53

三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路■13第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.2集成觸發(fā)器KJ041內(nèi)部是由12個二極管構(gòu)成的6個或門也有廠家生產(chǎn)了將圖3-53全部電路集成的集成塊，但目前應用還不多。模擬與數(shù)字觸發(fā)電路以上觸發(fā)電路為模擬的，優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠，缺點：易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對稱度較高，可達3~4，精度低數(shù)字觸發(fā)電路：脈沖對稱度很好，如基于8位單片機的數(shù)字觸發(fā)器精度可達0.7~1.5■14第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

3.8.3觸發(fā)電路的定相

觸發(fā)電路的定相——觸發(fā)電路應保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致，每個晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關系措施：同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致觸發(fā)電路定相的關鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關系15第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一圖3-54

三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關系示意圖

Ott1t2uaubucu2ua-圖3-54三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關系示意圖16第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.3觸發(fā)電路的定相三相橋整流器，采用鋸齒波同步觸發(fā)電路時的情況同步信號負半周的起點對應于鋸齒波的起點，通常使鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了的30線性度不好，舍去不用，使用中間的180。鋸齒波的中點與同步信號的300位置對應使Ud=0的觸發(fā)角

為90。當<90時為整流工作，>90時為逆變工作將=90確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。于是=90與同步電壓的300對應，也就是=0與同步電壓的210對應。由圖3-54及3.2節(jié)關于三相橋的介紹可知，=0對應于ua的30的位置，則同步信號的180與ua的0對應，說明VT1的同步電壓應滯后于ua180■17第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.3觸發(fā)電路的定相變壓器接法：主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)

圖3-55同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖■18第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.3觸發(fā)電路的定相

表3-4三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用圖3-55變壓器接法時）晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步電壓-usa+usc-usb+usa-usc+usb■19第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3.8.3觸發(fā)電路的定相為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當R-C濾波器滯后角為60時，同步電壓選取結(jié)果如表3-5所示表3-5三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60）晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步電壓+usb-usa+usc-usb+usa-usc■20第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一圖3-50

同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

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第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一圖3-5