第三章晶閘管的觸發(fā)電路

1、第三章晶閘管的觸發(fā)電路學習目標1. 能根據(jù)晶閘管主電路的特點選擇合適的觸發(fā) 電路，并能進行正確地連接與調(diào)試。2. 熟悉幾種常用觸發(fā)電路的組成和工作原理。能用示波器測試觸發(fā)電路關鍵點的波形，根 據(jù)現(xiàn)象能夠排除觸發(fā)電路的故障。電力電子技術電力電子技術常見的觸發(fā)脈沖電壓波形3-1常見的觸發(fā)脈沖電壓波形R正弦波b）尖脈沖c）方脈沖d）強觸發(fā)脈沖70、90。一*I l-3kHz |e)e)脈沖列電力電子技術電力電子技術第_節(jié)單結晶體管觸發(fā)電路電力電子技術電力電子技術、單結晶體管發(fā)射極N型硅b2b2第二基極歐姆接觸 陶瓷/bi第一基極a)VD6bb)c)6 bd)電力電子技術電力電子技術圖3-2單結晶體管

2、d）外形及管腳R結構示意b）等效電路c）圖形符號用萬用表來判別單結晶體管的好壞：選擇斤X lk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。單結晶體管的伏安特性02ebib20UbbRrpUcbia)f二、單結晶體管自激振蕩電路RenC ZZ|/?2 b2【圖3-4所示。03-4單結晶體管自激振蕩電路及波形利用單結晶體管的負阻特性和應電路的充放電特性，可 以組成單結舌滿足電路振蕩的傀的取值范圍為為了防止心取值過小電路不能振蕩，一般取一固定電阻廠 與另一可調(diào)電阻心串聯(lián)，以調(diào)整到滿足振蕩條件的合適頻率。 若忽略電

3、容C放電時間，電路的自激振蕩頻率近似為電力電子技術具有同步環(huán)節(jié)的單結晶體管觸發(fā)電路cotcotb)圖3-5單結晶體管同步觸發(fā)電路電力電子技術圖3-5是加了同步環(huán)節(jié)的單結晶體管觸發(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a被觸發(fā)導通，即觸發(fā)脈沖必須在電源電ea壓每次過零后滯后a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 一次側接主電路電源，二次側經(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 結晶體管的仏電壓也降為零，使電容皈電到零，保證了

4、下一個周期電容炭零開始充電，起到了同步作用。從圖 3-5b可以看出，每周期中電容曲充放電不止一次，晶閘 管由第一個脈沖觸發(fā)導通，后面的脈沖不起作用。改變尺 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)a角的目的。實際應用中，常用晶體管V代替可調(diào)電阻器心，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、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 成及脈沖移相環(huán)節(jié)。脈沖形成、放大和輸出環(huán) 節(jié)。雙脈沖形成環(huán)節(jié)。強

5、觸發(fā)環(huán)節(jié)。五個基本環(huán)節(jié)組成：同步環(huán)節(jié)。鋸齒波形電力電子技術+ 15VRV92S箒VDivd2V2VD|i VD220VR9 |+C6也15 W (V5強觸發(fā)電源VD10七 +15Vvd9鳳GTVD3立V6vd4尺9心0門4 7VDUc（控制電圧）_5RP2（IO）XY -15V 接封鎖信號 （去前相） （來自后相） 鋸齒波形成.同步移相控制環(huán)節(jié)_-脈沖形成、整形放大、輸出環(huán)節(jié)圖3-7同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路電力電子技術各各點電壓波形三、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6只晶閘管的觸發(fā)順序為VTVTVT3-VT4-VTs-VT6彼此間隔60 ,為了得到雙 脈沖，6塊

6、觸發(fā)板的X、Y可按圖39所示方式連接，即后 相的X端與前相的Y端相連。pgi 血ICF2CF3CF4CF5CF6CFX |y|x 1YY|x Iy |x 1圖3-9實現(xiàn)雙脈沖連接的示意圖第三節(jié)集成觸發(fā)電路、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。電力電子技術電力電子技術3DK6 島rzs r齊 o68kCo 十nKC04uA51 41 f31KC41C1121U3JL2JW65T2a14亠同步過零 和極性檢一測電路同步過零 和極件檢一測電路同步過零和極性檢測

7、電路鋸齒波形成電路鋸齒波形成電路抗干擾鎖宦電路脈沖形成電路脈沖分配及驅動電路12II10987鋸齒減形成電路15 o圖3-13 MC787和MC788內(nèi)部電路的結構框圖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G、鋸齒波。鋸齒波形成電路由于采用集中式恒流： 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

8、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。表3-2 MC787和旳的極限參數(shù)和推薦的工作條件攝丈絕對額定佰推薦工作條件電源電壓Cno0.518電源電壓陽0818V輸入電壓抵同步輸入電壓環(huán)g工作溫度_4085弋控制端輸入電壓杲犬功耗300 mW同步信號頻率/IO-IOOOHi存儲溫度一65 15(TC杲佳工作溫度T25B5 乜電力電子技術用MC787和MC788組成的三相觸發(fā)電路原理圖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，

9、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0.15P F左右，當頻率較高時，為保證電容積分幅值，電容應減小o3）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。改變冬 它還可用于GTR、電力MOSFET、 IGBT或MCT

10、的電力電子設備申。第四節(jié)數(shù)字觸發(fā)電路II圖3-15微機控制數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)框圖一、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T。、，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。電力電子技術電力電子技術uV wVT| VT3 VT5vt4 Vh vt2圖3-16三相全控橋電路及觸發(fā)脈沖同步電壓信號 llNTo“10啟動叱杠0計

11、頑發(fā)6、1號觸發(fā)脈沖 2啟動Ti| T計両發(fā)1、2號觸發(fā)脈沖 (3，啟動Tm計両發(fā)2、3號觸發(fā)脈沖 血一 |,啟動T1計苗 發(fā)3、4號觸發(fā)脈沖 /5中,啟動T卄1計兩發(fā)4、5號觸發(fā)脈沖 心一啟動*|廿計時到發(fā)5、6號觸發(fā)脈沖圖3-17輸出脈沖程序流程圖電力電子技術電路工作時，設d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系如圖3- 16b所示，設扌方nFal+SD 方60式中g勺對應的時間；n觸發(fā)脈沖序號，n =1、2、3、4、5、6 tn第於脈沖對應的時間； 方6060所對應的時間。電力電子技術微機觸發(fā)系統(tǒng)的硬件設置圖3-18系

12、統(tǒng)硬件配置框圖電力電子技術第五節(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系稱為同步或定 相。、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)結組標號、主電路 線路型式、負載性質確定觸

13、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)O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。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, yl聯(lián)結 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30150。試按簡化 相量圖的方法來確定同步變壓器的聯(lián)結組標號及變壓 器繞組聯(lián)結方法。解 選擇以某一只晶閘管的同步定相為例（如以VT 管），其余五管可根據(jù)相位關系依次確定。具體步驟 如下：1. 確定管的同步電壓與主電路電壓的相位關系2. 確定同步變壓器的聯(lián)結組標號確定同步電壓與各觸發(fā)電路的連線電力電子技術/D.yn7TSwsVs(-u)Oyn】a)Usu/-1CF 3CF-5CE6CF 二O移相E50cot（同步信號電壓）sia)t本章小結I |=H晶閘管的導通控制信號由觸發(fā)電路提供，觸發(fā)電路的 類型按組成器件分為：單結晶