鋸齒波觸發(fā)電路

1、1-74 2.9 Gate triggering control circuit for thyristor rectifiers(相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制) Object How to timely generate triggering pulses with adjustable phase delay angle如何及時(shí)如何及時(shí) 產(chǎn)生觸發(fā)脈沖可調(diào)相位延遲角產(chǎn)生觸發(fā)脈沖可調(diào)相位延遲角 Constitution Synchronous circuit Saw-tooth ramp(鋸齒波鋸齒波) generating and phase shifting Pulse gener

2、ating 同步電路同步電路 鋸齒坡道（鋸齒波）生成和相移鋸齒坡道（鋸齒波）生成和相移 脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生 Integrated gate triggering control circuits() are very widely used in practice. 集成門(mén)觸發(fā)控制電路非常廣泛應(yīng)用在實(shí)踐中集成門(mén)觸發(fā)控制電路非常廣泛應(yīng)用在實(shí)踐中 2-74 晶閘管觸發(fā)電路的原理解釋：晶閘管觸發(fā)電路的原理解釋： v V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)（構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)（V1和和V2接成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)）；接成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)）； v脈沖變壓器脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)，和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)，這里利用了

3、脈沖變壓器原邊這里利用了脈沖變壓器原邊 的電壓等于電感與電流變化率的乘積的原理在副邊產(chǎn)生了觸發(fā)脈沖開(kāi)始的的電壓等于電感與電流變化率的乘積的原理在副邊產(chǎn)生了觸發(fā)脈沖開(kāi)始的 大電流；大電流； v V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的G和和K之間輸出觸發(fā)脈沖；之間輸出觸發(fā)脈沖； vVD1和和R3是為了是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量釋放其儲(chǔ)存的能量 而設(shè)計(jì)。而設(shè)計(jì)。 圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形 t1t2脈沖前沿上升時(shí)間（1s）t1t3強(qiáng)脈寬度 IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT5IGT） t1t4脈沖寬度

4、I脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT） 圖1-27 常見(jiàn)的 晶閘管觸發(fā)電路 I t IM t1t2t3t4 TM R1 R2 R3 V1 V2 VD1 VD3 VD2 R4 +E1+E2Gate triggering control circuit for thyristor (綜述：典型的門(mén)觸發(fā)綜述：典型的門(mén)觸發(fā) 晶閘管控制電路晶閘管控制電路) 3-74 v 由同步變壓器副邊輸出由同步變壓器副邊輸出60V的交流同步電壓，經(jīng)的交流同步電壓，經(jīng)VD1半波整流，再由穩(wěn)壓半波整流，再由穩(wěn)壓 管管V1、V2進(jìn)行削波，從而得到梯形波電壓，其過(guò)零點(diǎn)與電源電壓的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行削波，從而得到梯形波電壓，其過(guò)零點(diǎn)與

5、電源電壓的過(guò)零點(diǎn) 同步，梯形波通過(guò)同步，梯形波通過(guò)R7及等效可變電阻及等效可變電阻V5向電容向電容C1充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到 單結(jié)晶體管的峰值電壓?jiǎn)谓Y(jié)晶體管的峰值電壓UP時(shí)，單結(jié)晶體管時(shí)，單結(jié)晶體管V6導(dǎo)通，電容通過(guò)脈沖變壓器原導(dǎo)通，電容通過(guò)脈沖變壓器原 邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時(shí)由于放電時(shí)間常數(shù)很小，邊放電，脈沖變壓器副邊輸出脈沖。同時(shí)由于放電時(shí)間常數(shù)很小，C1兩端兩端 的電壓很快下降到單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓的電壓很快下降到單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓Uv，使，使V6關(guān)斷，關(guān)斷，C1再次充電，再次充電， 周而復(fù)始，在電容周而復(fù)始，在電容C1兩端呈現(xiàn)鋸齒波形，在脈沖變壓器副邊

6、輸出尖脈沖。兩端呈現(xiàn)鋸齒波形，在脈沖變壓器副邊輸出尖脈沖。 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路原理圖單結(jié)晶體管觸發(fā)電路原理圖 4-74 在一個(gè)梯形波周期內(nèi)，在一個(gè)梯形波周期內(nèi)，V6可能導(dǎo)通、關(guān)斷多次，但只有輸出的第可能導(dǎo)通、關(guān)斷多次，但只有輸出的第 一個(gè)觸發(fā)脈沖對(duì)晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻起作用。充電時(shí)間常數(shù)由電容一個(gè)觸發(fā)脈沖對(duì)晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻起作用。充電時(shí)間常數(shù)由電容 C1和等效電阻等決定，調(diào)節(jié)和等效電阻等決定，調(diào)節(jié)RP1改變改變C1的充電的時(shí)間，控制第一的充電的時(shí)間，控制第一 個(gè)尖脈沖的出現(xiàn)時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)脈沖的移相控制。個(gè)尖脈沖的出現(xiàn)時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)脈沖的移相控制。 單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 5-74 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

7、各點(diǎn)的電壓波形單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點(diǎn)的電壓波形(=900) 6-74 A typical gate triggering control circuit for thyristor rectifiers(一個(gè)典型的門(mén)觸發(fā)晶閘管整流控制電路一個(gè)典型的門(mén)觸發(fā)晶閘管整流控制電路) 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。為單窄脈沖。 三個(gè)基本環(huán)節(jié)：三個(gè)基本環(huán)節(jié)：同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)、鋸齒波的形成和脈沖移相鋸齒波的形成和脈沖移相、脈沖的形成脈沖的形成 與放大與放大。 同步信號(hào)同步信號(hào) 為鋸齒波為鋸齒波 的觸發(fā)電的觸發(fā)

8、電 路路 7-74 Waveforms of the typical gate triggering control circuit(典型的典型的 門(mén)觸發(fā)控制電路的波形門(mén)觸發(fā)控制電路的波形) 8-74 1) Synchronous circuit(同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)) 同步同步要求觸發(fā)脈沖的頻要求觸發(fā)脈沖的頻 率與主電路電源的頻率相同率與主電路電源的頻率相同 且相位關(guān)系確定。由且相位關(guān)系確定。由V3V3、 VD1VD1、VD2VD2、C1C1等元件組成等元件組成同同 步檢測(cè)環(huán)節(jié)步檢測(cè)環(huán)節(jié)，其作用是利用，其作用是利用 同步電壓同步電壓UTUT來(lái)控制鋸齒波產(chǎn)來(lái)控制鋸齒波產(chǎn) 生的時(shí)刻及鋸齒波的寬度。生

9、的時(shí)刻及鋸齒波的寬度。 由由V1、V2等元件組成的等元件組成的恒恒 流源電路流源電路，當(dāng)，當(dāng)V3截止時(shí)，恒截止時(shí)，恒 流源對(duì)流源對(duì)C2充電形成鋸齒波；充電形成鋸齒波； 當(dāng)當(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，電容導(dǎo)通時(shí)，電容C2通過(guò)通過(guò) R4、V3放電。調(diào)節(jié)電位器放電。調(diào)節(jié)電位器 RP1可以調(diào)節(jié)恒流源的電流可以調(diào)節(jié)恒流源的電流 大小，從而改變了鋸齒波的大小，從而改變了鋸齒波的 斜率。斜率。 9-74 1) Synchronous circuit(同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)) 鋸齒波是由開(kāi)關(guān)鋸齒波是由開(kāi)關(guān)V V3 3管來(lái)控管來(lái)控 制的。制的。 V V3 3開(kāi)關(guān)的頻率就是開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸鋸 齒波的頻率齒波的頻率由同由同 步變壓器所

10、接的交流步變壓器所接的交流 電壓決定。電壓決定。 V V3 3由導(dǎo)通變截止期間由導(dǎo)通變截止期間 產(chǎn)生鋸齒波產(chǎn)生鋸齒波鋸齒鋸齒 波起點(diǎn)波起點(diǎn)基本就是同步基本就是同步 電壓由正變負(fù)的過(guò)零電壓由正變負(fù)的過(guò)零 點(diǎn)。點(diǎn)。 V V3 3截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí) 間 就 是間 就 是 鋸 齒 波 的 寬鋸 齒 波 的 寬 度度取決于充電時(shí)取決于充電時(shí) 間常數(shù)間常數(shù)R R1 1C C1 1。 10-74 Synchronous circuit 二次電壓波形在負(fù)半周的下降 段，VD1導(dǎo)通，C1被迅速充電， 因?yàn)門(mén)P1接零電位，所以V3基 極反向偏置，V3截止。 在負(fù)半周的上升段，15V通過(guò) R1給電容C

11、1反向充電(放電)， VD1截止，當(dāng)TP1點(diǎn)電位達(dá)到 1.4V時(shí)，V3導(dǎo)通，TP1點(diǎn)電位 鉗位在1.4V直至下一個(gè)負(fù)半周。 V3截止時(shí)間越長(zhǎng)，鋸齒波越寬。 該截止時(shí)間由充電時(shí)間常數(shù) R1C1決定。 C1 充電充電 C1 放電放電 V3 on V3 off 11-74 控制電壓控制電壓Uct、偏移電壓、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在和鋸齒波電壓在V5基極綜合疊加，從而構(gòu)成基極綜合疊加，從而構(gòu)成2) 移相控制環(huán)節(jié)移相控制環(huán)節(jié)，RP2、RP3分別調(diào)節(jié)控制電壓分別調(diào)節(jié)控制電壓Uct和偏移電壓和偏移電壓Ub的大小。的大小。 V6、V7構(gòu)成構(gòu)成3)脈沖形成放大環(huán)節(jié)脈沖形成放大環(huán)節(jié)，C5為強(qiáng)觸發(fā)電容改善脈沖的前

12、沿，由為強(qiáng)觸發(fā)電容改善脈沖的前沿，由 脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖. 12-74 13-74 Integrated gate triggering control circuits(集成集成 門(mén)極觸發(fā)控制電路門(mén)極觸發(fā)控制電路) v 可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。 v 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2-56 KJ004電路原理圖 1112 16 1 15 1413943 5 7 8 R23 +15V+15V +15V

13、 RP 1 R24 R2 R20 RP 4 R5 R1R3R4R6R7R8 R12 R10R11R14 R19 R13 R25 R26 R27 R28 R20R22 R16 R17 R21 R18 R15 V3 V2 V1 V18 V19 V20 V4V5V6 V12 V13 V14 V15 V16 V9 V10 V11 V8 V7 V17 VS 5 VS 1 VS 2 VS 3 VS 4 VS 6 VS 7 VS 8 VS 9 VD 1 VD 2 VD3 VD4VD5 VD6 VD 7 C1 C2 ubuco us 14-74 Integrated triggering control ci

14、rcuit for three-phase full- contolled bridge rectifier(完整的三相全控橋觸發(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，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體 管進(jìn)行脈沖放大即可。 usa 1 2 3 4 5 6 7 11 10 9 14 13 12 8 16 15 1 2 3 4 5 6 7 11 10 9 14 13 12 8 16 15 KJ004 KJ004 -15 V +15 V 1 2 3 4 5 6 7 11 10 9 14 13 12 8 16 15 KJ004 RP 6RP 3 (1 6 腳為 6路

15、單脈沖輸入) 1 2 3 4 5 6 7 11 10 9 14 13 12 8 16 15 KJ 041 (1510 腳為 6路雙脈沖輸出) 至 VT 1 usb usc upuco R19 R13 R20 R14 R21 R15 R9 R3 R6 R18 R8 R2 R5 R17 R7 R1 R4 R16 R10R11 R12 C7 C4 C1 C8 C5 C2 C9 C6 C3 RP 4 RP 1 RP 5 RP 2 至 VT 2 至 VT 3 至 VT 4 至 VT 5 至 VT 6 圖2-57 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路 15-74 模擬與數(shù)字觸發(fā)電路 以上觸發(fā)電路為模擬模擬的，

16、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 可靠； 缺點(diǎn)：易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈 沖不對(duì)稱度較高， 可達(dá)34，精度低。 數(shù)字?jǐn)?shù)字觸發(fā)電路：脈沖對(duì)稱度很好，如基于8位 單片機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)0.7 1.5 。 KJ041內(nèi)部是由12個(gè)二極管構(gòu)成的6個(gè)或門(mén)。 也有廠家生產(chǎn)了將圖2-57全部電路集成的集成塊， 但目前應(yīng)用還不多。 16-74 Concept觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于觸發(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。晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。 measure ： 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。同步變壓器原邊接入為主電路供

17、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(yáng)極電壓的觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的 關(guān)系。關(guān)系。 圖2-58 三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關(guān)系示意圖 O t t1 t 2 u a u b uc u2 u a - How to get synchronous voltage for the gate triggering control circuit of each thyristor(觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相) ) 對(duì)于Ua上的VT1來(lái)說(shuō)，在t1 t2區(qū)間(0o-180o)均有導(dǎo)通的可能。 這就要求觸發(fā)電路能夠在該區(qū)間發(fā)揮作用。 17-74

18、 How to get synchronous voltage for the gate triggering control circuit of each thyristor(如何為門(mén)極觸發(fā)的晶閘管如何為門(mén)極觸發(fā)的晶閘管 控制電路得到同步電壓控制電路得到同步電壓) The connection of Transformers(變壓器的接法 和時(shí)鐘表示方法)： 符號(hào)： D- 三角形接法 ；Y - 星形接法； 數(shù)字代表鐘點(diǎn)數(shù)，將十二小時(shí)與角度對(duì)應(yīng)，即 將360 分為12等份。逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎较颉Ｔ摂?shù)字為 Ua的指向。 如果原邊的A相電壓UA定在12點(diǎn)鐘，UB滯后UA120 指向4點(diǎn)鐘， UC超

19、前UA 120 指向8點(diǎn)鐘。 則由UAB=UA-UB，指向11點(diǎn)鐘。同理，UCA指向7點(diǎn)鐘， UBC指向3點(diǎn)鐘。 在D,Y11的變壓器中原邊接成D接法，意味著副邊的 Ua指向11點(diǎn)鐘。（同學(xué)們可以直接記憶這點(diǎn)）。 18-74 How to get synchronous voltage for the gate triggering control circuit of each thyristor(如何為門(mén)極觸發(fā)的晶閘管如何為門(mén)極觸發(fā)的晶閘管 控制電路得到同步電壓控制電路得到同步電壓) The connection of Transformers：主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián) 結(jié)，同步變

20、壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)。 The synchronous voltage of the gate triggering control circuit for each thyristor should be lagging 180 to the corresponding phase voltage of yy D,y 11 D,y 5-11 TR TS uAuBuC uaubuc- u sa - u sb - u sc - u sa - u sb - u sc U c U sc -U sa U b U sb -U sc -U sb U a U sa U AB 同步變壓器和整流變壓器的接

21、法及矢量圖 19-74 以三相全控橋?yàn)槔?，采用鋸齒波同步觸發(fā)電路，采用NPN管時(shí)的情況： v 對(duì)于負(fù)半周有效的電路（UTS為負(fù)時(shí)才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖），對(duì)于連接于Ua 相正向的VT1，應(yīng)選用滯后Ua1800的（即反相）的電壓作為VT1的同步電 壓Us，常計(jì)為Usa 。 v 對(duì)于連接Ua相反向的VT4，由于VT1和VT4觸發(fā)導(dǎo)通相差180 ，所以選用 和Ua同步的電壓作為VT4的同步電壓Us，常計(jì)為Usa 。 v 同理可以獲得其它四個(gè)SCR的同步電壓。 v 注意1：如果采用PNP管作為觸發(fā)電路，則正半周有效，所以所有的同步 信號(hào)需要移動(dòng)180 。 v 注意2：如果題目提示使用了RC濾波器，可以先不管

22、它，先按以上規(guī)律得 出各個(gè)SCR的同步電壓。再分別提前RC延遲的角度（逆時(shí)針?lè)聪驗(yàn)槌?前）。 20-74 表2-4 三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用NPN鋸 齒波觸發(fā)器電路時(shí),如采用圖2-59變壓器接法） 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 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2-5所示。 表2-5三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60） 晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6 主

23、電路電壓+ua-uc+ub-ua+uc-ub 同步電壓+usb-usa+usc-usb+usa-usc 21-74 Summary 1)可控整流電路，重點(diǎn)掌握：電力電子電路按分段線性電路進(jìn)行分可控整流電路，重點(diǎn)掌握：電力電子電路按分段線性電路進(jìn)行分 析的基本思想、單相可控整流電路和三相可控整流電路的原理分析的基本思想、單相可控整流電路和三相可控整流電路的原理分 析與計(jì)算、各種負(fù)載對(duì)整流電路工作情況的影響；析與計(jì)算、各種負(fù)載對(duì)整流電路工作情況的影響； 2)與整流電路相關(guān)的一些問(wèn)題，包括：與整流電路相關(guān)的一些問(wèn)題，包括： (1)變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響，重點(diǎn)建立換相壓降、重疊角變壓器漏抗對(duì)整流電

24、路的影響，重點(diǎn)建立換相壓降、重疊角 等概念，并掌握相關(guān)的計(jì)算，熟悉漏抗對(duì)整流電路工作情況等概念，并掌握相關(guān)的計(jì)算，熟悉漏抗對(duì)整流電路工作情況 的影響。的影響。 (2)整流電路的諧波和功率因數(shù)分析，重點(diǎn)掌握諧波的概念、各整流電路的諧波和功率因數(shù)分析，重點(diǎn)掌握諧波的概念、各 種整流電路產(chǎn)生諧波情況的定性分析，功率因數(shù)分析的特點(diǎn)、種整流電路產(chǎn)生諧波情況的定性分析，功率因數(shù)分析的特點(diǎn)、 各種整流電路的功率因數(shù)分析。各種整流電路的功率因數(shù)分析。 (3)可控整流電路的有源逆變工作狀態(tài)，重點(diǎn)掌握產(chǎn)生有源逆變可控整流電路的有源逆變工作狀態(tài)，重點(diǎn)掌握產(chǎn)生有源逆變 的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計(jì)算、的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計(jì)算、 逆變失敗及最小逆變角的限制等。逆變失敗及最小逆變角的限制等。 22-74 晶閘管直