晶閘管地觸發(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。3. 能用示波器測試觸發(fā)電路關(guān)鍵點的波形，根據(jù)現(xiàn)象能夠排除觸發(fā)電路的故障。控制晶閘管導通的電路稱為觸發(fā)電路。觸發(fā)電路通常以組成的主要器件名稱分類，可分為：單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、計算機控制數(shù)字觸發(fā) 電路等。第一節(jié)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一、觸發(fā)電路簡介1 觸發(fā)電路分類：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、計算機控 制數(shù)字觸發(fā)電路等。2常見的觸發(fā)脈沖電壓波形圖3-1 常見的觸發(fā)脈沖電壓波形e）脈沖列a）正弦波b）

2、尖脈沖c）方脈沖d）強觸發(fā)脈沖3.要求多數(shù)晶閘管電路要求觸發(fā)脈沖前沿要陡，以實現(xiàn)精確的觸發(fā)導通控制。 當負載為電感性時，觸發(fā)脈沖必須具有一定的寬度， 以保證晶閘管的電流上升到擎住電流以上，使之可靠導通。二、單結(jié)晶體管1 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)單結(jié)晶體管是在一塊高電阻率的 N型硅片兩端，用歐姆接觸方式引出第一基極b1和第二基極b2, b1與b2之間的電阻為 N型硅片的體電阻，約為 312k Q,在硅片靠近 b2極摻 入P型雜質(zhì)，形成PN結(jié)，由P區(qū)引出發(fā)射極e。圖3-2單結(jié)晶體管a）結(jié)構(gòu)示意b）等效電路c）圖形符號d）外形及管腳2單結(jié)晶體管型號：有 BT33和BT35兩種，其中B表示半導體，T表示特種管

3、，第一 個數(shù)字3表示有3個電極，第二個數(shù)字 3（或5）表示耗散功率300mW或 500mW）3判斷管腳：用萬用表來判別單結(jié)晶體管的好壞比較容易，可選擇RX 1k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。4工作原理町0圖3-3 單結(jié)晶體管伏安特性a）單結(jié)晶體管實驗電路 b）單結(jié)晶體管伏安特性 c）特性曲線族單結(jié)晶體管可分為以下三個區(qū)：截止區(qū)、負阻區(qū)、飽和區(qū)導通條件：發(fā)射極電壓達到、單結(jié)晶體管自激振蕩電路利用單結(jié)晶體管的負阻特性和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。1.電源接通后，E通過電阻Re

4、對電容C充電，充 電時間常數(shù)為ReC;2當電容電壓達到單結(jié)晶體管的峰點電壓 Up時, 單結(jié)晶體管進入負阻區(qū)，并很快飽和導通，電容C通過eb1結(jié)向電阻Ri放電，在Ri上產(chǎn)生脈沖電壓Uri。3.此后C又開始下一次充電，重復上述過程。由 于放電時間常數(shù) （R+bJC遠遠小于充電時間常數(shù) ReC,故在電容兩端得到的是鋸齒波電壓，在電阻R1上得到的是尖脈沖電壓。三、具有同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1 梯形波同步電壓形成：同步變壓器2阻容移相：改變 Re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。3脈沖輸出：直接輸出和脈沖變壓器輸出，以實現(xiàn)觸發(fā)電路與主電路的電氣隔離。

5、圖3-5單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路第二節(jié) 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路、同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)由同步變壓器 T、晶體管V2、二極管VD、VD、R及Ci等組成。在鋸齒波觸發(fā) 電路中，同步就是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控制的，V2截止期間產(chǎn)生鋸齒波，V2截止持續(xù)時間就是鋸齒波的寬度， V2開關(guān)作用的晶閘 管的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主回路電源同步，必須使V2開關(guān)的頻率與主回路電源頻率達到同步。 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。二、鋸齒波形成及脈沖移相環(huán)節(jié)電路中由晶體管 V

6、i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。晶體管 “為射極跟隨器，起阻抗變換和前后級隔離作用，以減小后級對 鋸齒波線性的影響。工作過程分析：圖3-8鋸齒波觸發(fā)電路各點電壓波形三、脈沖形成、放大和輸出環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由晶體管 V4、V5、V6組成；放大和輸出環(huán)節(jié)由V7、8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。四、雙脈沖形成環(huán)節(jié)三相全控橋式電路要求觸發(fā)脈沖為雙脈沖，相鄰兩個脈沖間隔為60。，該電路可以實現(xiàn)雙脈沖輸出。對于三相全控橋電路，電源三相 U、V、W為正相序時，6只晶閘管的觸發(fā)順序為 VTi t VT2VT3TVT4

7、TVT5TVT6彼此間隔60°,為了得到雙脈沖，6塊觸發(fā)板的X、Y可按 圖3-9所示方式連接，即后相的 X端與前相的Y端相連。巴 他 網(wǎng) 地 % 嚴ICF2CF3CF4CF |5CF6CF¥tx和V!xJx 1Y圖3-9 實現(xiàn)雙脈沖連接的示意圖應當注意的是，使用這種觸發(fā)電路的晶閘管裝置，三相電源的相序是確定的。在安裝使用時，應該先測定電源的相序，進行正確的連接。五、強觸發(fā)及脈沖圭寸鎖環(huán)節(jié)在晶閘管串、并聯(lián)使用或全控橋式電路中，為了保證被觸發(fā)的晶閘管同時導通?？刹捎?輸出幅值高、前沿陡的強脈沖觸發(fā)電路。電路中的脈沖封鎖信號為零電位或負電位，是通過VD5加到V5集電極的。當封鎖信

8、號接入時，晶體管 V7、V8就不能導通，觸發(fā)脈沖無法輸出。進行脈沖封鎖，一般用于事故情 況或者是無環(huán)流的可逆系統(tǒng)。二極管VD5的作用是防止封鎖信號接地時，經(jīng)V5、V6和VD4到一15V之間產(chǎn)生大電流通路。六、特點：同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路抗干擾能力強，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，且電路較復雜。第三節(jié)集成觸發(fā)電路一、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。1. KC04移相觸發(fā)

9、器KC04與分立元器件的鋸齒波觸發(fā)電路相似，也是由同步、鋸齒波形成、移相控制、脈 沖形成及放大輸出等環(huán)節(jié)組成。該器件適用于單相、三相全控橋式裝置中作晶閘管雙路脈沖相控觸發(fā)。2. KC41C六路雙脈沖形成器圖3-12為KC41C內(nèi)部電路及外部接線圖。使用時，KC4lC與三塊KC04可組成三相全控橋的雙脈沖觸發(fā)電路。&（控制電壓）-9甘令廿 _ * ”U IMFH-I5VO-丄H -nT-mF kQ如10kQU相寸CONhu莒UH Q 七匚匸仁匚匚丄工Eh115V產(chǎn)臥企3-Fl4 24 Vi脈沖封鎖蘇屬圖 3-10匸匚匸匸LJIZIrnMMT£4 1W.WCV2立百號三相全控橋雙

10、窄脈沖集成觸發(fā)電路2號3號4號VT,二、集成電路 MC787和MC788集成電路MC787和MC788與KC系列相比較，具有功能強、外接元器件少、不需要雙電 源供電、功耗少等多項優(yōu)點，對于電力電子產(chǎn)品的小型化和方便設計具有重要意義。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(qū)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 Cu、Cv、Cw三個電容上積分形成鋸齒波。 鋸齒波形成電路由于采用集中式恒流源，相

11、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。第四節(jié)數(shù)字觸發(fā)電路圖3-15為微機控制數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)組成框圖。圖中觸發(fā)延遲角a設定值以數(shù)字形式通過接口送給微機，微機以基準點作為計時起點開始計數(shù)，當計數(shù)值與觸發(fā)延遲角對應的數(shù)值一致時，微機就發(fā)出觸發(fā)信號，該信號經(jīng)輸出脈沖放大，由隔離電路送至晶閘管。同步電壓基準點接口電路觸發(fā)脈沖輸岀圖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1. 介紹定時器計數(shù)器T。、Ti的原理2. 由前面講過的三相全控橋電路工作原理可知，該電路在一個工頻周期內(nèi)，6只晶閘管的組合觸發(fā)順序為：6、I ； l、2；2、3； 3、4；4、5； 5、

12、6。若系統(tǒng)采用雙脈沖觸發(fā)方式，則每工頻周期要發(fā)出 6對脈沖，為了使微機輸出的脈沖與晶閘管承受的電源電壓同步，必須設法在交流電源的每一周期產(chǎn)生一個同步基準信號，本系統(tǒng)采用線電壓過零點作為同步參考點。電路工作時，設 a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(guān)系如圖3-16b所示，設tl = ta1tn=t 01+(n-1) t60式中 t1 a對應的時間；n 觸發(fā)脈沖序號，n =1、2、3、4、5、6tn第n個脈沖對應的時間； t60 60°所對應的時間。這種用前一個脈沖為基準來確定后一個脈沖形成時刻的方法，稱

13、為相對觸發(fā)方式。本系統(tǒng)采用每一工頻周期取一次同步信號作為參考點，每一對觸發(fā)脈沖調(diào)整一次觸發(fā)延遲角的方法，按輸出脈沖工作順序編寫的程序流程圖如圖3-17所示。本系統(tǒng)共使用 3個中斷源，INT。為外部同步信號中斷，定時器T0、T1為計時中斷。其中T0僅完成對第一對脈沖的計時，其他各對脈沖計時由T1完成。二、微機觸發(fā)系統(tǒng)的硬件設置系統(tǒng)硬件配置框圖如圖 3-18所示。圖3-18系統(tǒng)硬件配置框圖第五節(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(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

14、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(guān)系稱為同步或定 相。同步或定相問題是三相變流電路的重要組成部分。一、實現(xiàn)同步的方法1. 由同一電網(wǎng)供電，保證電源頻率一致2. 選擇合適的觸發(fā)電路3. 依據(jù)整流變壓器的聯(lián)結(jié)組標號、主電路 線路型式、負載性質(zhì)確定觸發(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)。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, y1聯(lián)結(jié)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 30。150°。試按簡化相量 圖的方法來確定同步變壓器的聯(lián)結(jié)組標號及變壓器繞組聯(lián)結(jié)方法。（如以VT管），其余五管可根據(jù)相位關(guān)系依次確解 選擇以某一只晶閘管的同步定相為例 定。具體步驟如下：1.確定VTi管的同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系2 確定同步變壓器的聯(lián)結(jié)組標號3確定同步電壓與各觸發(fā)電路的連線本章小結(jié)晶閘管的導通控