電力電子技術(shù) 第２版 教學(xué)課件 ppt 作者 黃家善 主編 第5章 晶閘管的觸發(fā)電路

1、第五章 晶閘管的觸發(fā)電路,第一節(jié) 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路第二節(jié) 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第三節(jié) 集成觸發(fā)電路及數(shù)字觸發(fā)電路第四節(jié) 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步本章小結(jié),,第五章 晶閘管的觸發(fā)電路,相控電路 晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 為保證相控電路的正常工作，很重要的一點(diǎn)是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖

2、。 晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。,,第一節(jié) 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,對(duì)于觸發(fā)電路通常有如下要求： 觸發(fā)電路輸出的脈沖必須具有足夠的功率觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的主電壓保持同步觸發(fā)脈沖能滿足主電路移相范圍的要求觸發(fā)脈沖要具有一定的寬度，前沿要陡,觸發(fā)電路通常以組成的主要元件名稱分類，可分為：單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成電路觸發(fā)器、計(jì)算機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)電路等。,常見的觸發(fā)脈沖電壓波形如下：,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電

3、路,一、單結(jié)晶體管 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)及等效電路如圖所示。,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,圖5-2 單結(jié)晶體管(a)結(jié)構(gòu)示意 (b)等效電路 (c)圖形符號(hào) (d)外形及管腳,Ue＜UA ：PN結(jié)反偏置， 只有很小的反向漏電流 Ue= UA ：Ie＝０， 特性曲線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)ｂ處 Ue 上升 ：Ue＝UP＝ηUbb＋UD ，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為

4、峰點(diǎn)P,,分壓比,,圖5-3 單結(jié)晶體管伏安特性 (a)單結(jié)晶體管實(shí)驗(yàn)電路 (b)單結(jié)晶體管伏安特性,截止區(qū)（ap段）,Ue ＞UP：Ie增大 ，rb1急劇下降 ，UA達(dá)到最小， Ue也最小 ，達(dá)到谷點(diǎn)V,負(fù)阻區(qū)（PV段）,達(dá)到UV后，單結(jié)晶體管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),飽和區(qū)（VN段）,圖5-3 單結(jié)晶體管伏安特性 (a)單結(jié)晶體管實(shí)驗(yàn)電路 (b)單結(jié)晶體管伏安特性,二、單結(jié)晶體管自激振蕩電

5、路,1. 電源接通：E通過Re對(duì)C充電，時(shí)間常數(shù)為ReC2. Uc增大，達(dá)到 UP ，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，C通過R1放電3. Uc減少，達(dá)到Uv，單結(jié)晶體管截止，ｕR1 下降，接近于零4. 重復(fù)充放電過程,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,Re的值不能太大或太小，滿足電路振蕩的Re的取值范圍,圖5-4 單結(jié)晶體管自激振蕩電路,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

6、忽略電容C放電時(shí)間，電路的自激振蕩頻率近似為：,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,電路中R1上的脈沖電壓寬度取決于電容放電時(shí)間常數(shù)。R2是溫度補(bǔ)償電阻，作用是保持振蕩頻率的穩(wěn)定。,,三、具有同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,圖5-5 晶體管同步觸發(fā)電路,注意：每周期中電容C的充放電不止一次，晶閘管由第一個(gè)脈沖觸發(fā)導(dǎo)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，達(dá)到調(diào)節(jié)α角的目的。,削波的目

7、的：增大移相范圍，使輸出的觸發(fā)脈沖的幅度基本一樣。不削波：UP≈ηUbb，為正弦半波，移相范圍小。,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,實(shí)際應(yīng)用中，常用晶體管Ｖ2代替電位器Re，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移相。TP：脈沖變壓器，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電路與主電路的電氣隔離。,,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,圖5-6　單結(jié)管觸發(fā)電路其它形式,單結(jié)晶體管觸發(fā)電路簡單，輸出功率較小，脈沖較窄，雖加有溫度補(bǔ)償，但對(duì)于大范圍的溫度變化時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)誤差，控制線性度不好。參數(shù)差異

8、較大，對(duì)于多相電路的觸發(fā)時(shí)不易一致。因此單結(jié)晶體管觸發(fā)電路只用于控制精度要求不高的單相晶閘管系統(tǒng) 。,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,第二節(jié) 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,晶閘管的電流容量越大，要求的觸發(fā)功率越大。對(duì)于大中電流容量的晶閘管，為了保證其觸發(fā)脈沖具有足夠的功率，往往采用由晶體管組成的觸發(fā)電路。晶體管觸發(fā)電路按同步電壓的形式不同，分為正弦波和鋸齒波兩種。同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路，不受電網(wǎng)波動(dòng)和波形畸變的影響，移相范圍寬，

9、應(yīng)用廣泛。,5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。三個(gè)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(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。,圖5-7 同步電壓為鋸齒波的觸發(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,圖5-7 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖

10、寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。,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V8集電極電路中。,5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,2) 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)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；本電路采用恒流源電路。,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5-7 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,5.2 同步電壓為鋸

11、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(guān)系確定。鋸齒波是由開關(guān)V2管來控制的。V2開關(guān)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(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過零點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。,5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,4) 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié),內(nèi)雙脈沖電路 V5、V

12、6構(gòu)成“或”門當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角? 產(chǎn)生。隔60?的第二個(gè)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(自學(xué)),5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,各點(diǎn)電壓波形如圖5-8所示。,圖5-8 鋸齒波觸發(fā)電路各點(diǎn)電壓波形,圖5-7 同步電壓為鋸齒波的觸

13、發(fā)電路,第三節(jié) 集成觸發(fā)電路,集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。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。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(gè)環(huán)節(jié)。,圖5-9 KJ004電路原理圖,5.3 集成觸發(fā)電路,完整的三相全控橋觸發(fā)電路 3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊，可形成六路

14、雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。,圖5-10 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路,所謂同步，是指給觸發(fā)電路提供與晶閘管所承受的電源電壓保持合適相位關(guān)系的電壓，使其觸發(fā)脈沖的相位出現(xiàn)在被觸發(fā)的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(gè)周期中按相同的順序和控制角被觸發(fā)導(dǎo)通。定相：將提供給觸發(fā)電路合適相位的電壓稱為同步信號(hào)電壓，正確選擇同步信號(hào)電壓與晶閘管主電壓的相位關(guān)系稱為同步或定相。,第四節(jié) 觸發(fā)電路與主電路電壓的

15、同步,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,觸發(fā)電路的定相——觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)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(guān)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(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽極電壓的關(guān)系。,圖5-11 三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關(guān)系示意圖,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(diǎn)，所以，同步變

16、壓器的二次只能是星形連接。由于整流變壓器、同步變壓器二者的一次繞組總是接在同一三相電源上，對(duì)于同步變壓器結(jié)線組別的確定，可采用簡化的電壓矢量圖解方法確定出變壓器的鐘點(diǎn)數(shù)（其表示法是以三相變壓器一次側(cè)任一線電壓為參考矢量，箭頭向上，作為時(shí)鐘長針，指向12點(diǎn)位置，然后畫出對(duì)應(yīng)二次側(cè)線電壓矢量，作為短針方向，短針指向幾點(diǎn)就是幾點(diǎn)鐘接法）。,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,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

17、,y-11,5聯(lián)結(jié)。,圖5-12 同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,表5-1 三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用圖5-12變壓器接法時(shí)）,為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對(duì)觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對(duì)同步電壓進(jìn)行R-C濾波，當(dāng)R-C濾波器滯后角為60?時(shí)，同步電壓選取結(jié)果如表5-2所示。,表5-2 三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60?）,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,定相舉例三相

18、橋式全控電路如圖5-13a所示，直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆運(yùn)行，整流變壓器TR為D，y1接線組別，采用圖5-7所示鋸齒波為同步信號(hào)的觸發(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接線組別及變壓器繞組聯(lián)結(jié)方法。,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,,選擇以某一只晶閘管的同步定相為例（如以VT

19、1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 根據(jù)題意，主電路要求的移相范圍是在α＝30°～150°，如圖5-13b相電壓波形uU（或線電壓波形uUV）的粗線段所示。為此，鋸齒波的斜邊線性段（即扣除鋸齒波起始段的60°）應(yīng)能覆蓋主電路所要求的移相范圍。由圖5-8波形圖可知，產(chǎn)生這一鋸齒波所對(duì)應(yīng)的正弦波電壓uSu就是觸發(fā)電路的同步電壓，它取自同步變

20、壓器某一相的二次電壓，并選定為VT1的同步電壓。因此，VT1管的同步電壓uSu與主電路電壓uU的相位關(guān)系隨之確定，從5-13b可知uSu較uU滯后180°（或uSu較uUV滯后210°）；VT3管的同步電壓uSV較uSU滯后120°、VT４管的同步電壓－uSU較uSU滯后180°，其余各管的同步電壓可對(duì)應(yīng)相位而類推之。,,２.確定同步變壓器的結(jié)法組別根據(jù)整流變壓器TR已知的D,y1接線組別及由上

21、一步確定的相位關(guān)系，畫出uU１V１與uU相位關(guān)系矢量圖、同步電壓uSU與主電路電壓uU的兩組矢量關(guān)系圖，確定同步電壓二次側(cè)線電壓ÙSUV與主電路線電壓Ù U１V１之間的相位關(guān)系。如圖5-13 c所示，TS應(yīng)為D,y7和D,y1接線組別，前者與共陰極晶閘管相對(duì)應(yīng)、后者與共陽極晶閘管相對(duì)應(yīng)。,,３．確定同步電壓與各觸發(fā)電路的聯(lián)線根據(jù)同步變壓器的接線組別，正確聯(lián)結(jié)同步變壓器繞組，然后將同步變壓器的二次電壓uSU、uSV、

22、uSW及－uSU、－usv、－uSW分別接到晶閘管VT1、VT3、VT5的觸發(fā)電路的同步電壓輸入端；us（－U）、us（－v）、us（－w）分別接到VT4、VT6、VT2管的觸發(fā)電路的同步電壓輸入端，便完成了同步定相的有關(guān)步驟，接線如圖5-13d所示。,,,,,圖5-13 同步定相例圖,d),0 1 2 3,本章小結(jié),晶閘管的導(dǎo)通控制信號(hào)由觸發(fā)電路提供，觸發(fā)電路的類型按組成元件分為：單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路和計(jì)