實(shí)驗(yàn)五西門子集成觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五西門子集成觸發(fā)電路實(shí)驗(yàn)第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深理解鋸齒波集成同步移相觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用。(2)掌握西門子的TCA785集成鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試方法。第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型號備注1TKDD-1電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DK05晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“單相集成觸發(fā)電路”等模塊。3雙蹤示波器YB4328第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、注意事項(xiàng)(1)雙蹤示波器有兩個(gè)探頭，可同時(shí)觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個(gè)探頭的地線不能同時(shí)接在同一電路的不同電位的兩個(gè)點(diǎn)上，否則這兩點(diǎn)會(huì)通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進(jìn)行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個(gè)問題。當(dāng)需要同時(shí)觀察兩個(gè)信號時(shí)，必須在被測電路上找到這兩個(gè)信號的公共點(diǎn)，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時(shí)觀察到兩個(gè)信號，而不發(fā)生意外。第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、注意事項(xiàng)(2)由于脈沖“G”、“K”輸出端有電容影響，故觀察輸出脈沖電壓波形時(shí)，需將輸出端“G”和“K”分別接到晶閘管的門極和陰極（或者也可用約100Ω左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來模擬晶閘管門極與陰極的阻值），否則，無法觀察到正確的脈沖波形。第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、注意事項(xiàng)(3)外接220V輸入端該掛件的電源及同步信號都是由外接220V輸入端提供的，注意的是輸入的電壓范圍為220V±10%，如超過此范圍會(huì)造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。電源控制屏必須打到直流調(diào)速側(cè)第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、實(shí)驗(yàn)線路及原理單相集成鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的內(nèi)部框圖如圖3-3所示。TCA785集成塊內(nèi)部主要由“同步寄存器”、“基準(zhǔn)電源”、“鋸齒波形成電路”、“移相電壓”和“鋸齒波比較電路”和“邏輯控制功率放大”等功能塊組成。第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2三、實(shí)驗(yàn)線路及原理工業(yè)現(xiàn)場正在使用的新型晶閘管集成觸發(fā)電路，主要有西門子的TCA785，與KC04等相比它對零點(diǎn)的識別更加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，而移相范圍更寬，且由于它輸出脈沖的寬度可人為自由調(diào)節(jié)。第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2TCA785內(nèi)部框圖第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日TCA785內(nèi)部框圖同步信號從TCA785的第5腳輸入，“過零檢測”部分對同步電壓信號進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到同步信號過零時(shí)，信號送“同步寄存器”?！巴郊拇嫫鳌陛敵隹刂其忼X波發(fā)生電路，鋸齒波的斜率大小由第9腳外接電阻和10腳外接電容決定；輸出脈沖寬度由12腳外接電容的大小決定；14、15腳輸出對應(yīng)負(fù)半周和正半周的觸發(fā)脈沖，移相控制電壓從11腳輸入。第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2西門子TCA785外圍電路如圖1-15所示。第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日鋸齒波斜率由電位器RP1調(diào)節(jié)，RP2電位器調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角。電位器RP1、RP2已安裝在掛箱的面板上，所有的測試信號都在面板上引出。第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2典型應(yīng)用電路如上圖所示：第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容電位器RP1主要調(diào)節(jié)鋸齒波的斜率，電位器RP2則調(diào)節(jié)輸入的移相控制電壓，脈沖從14、15腳輸出，輸出的脈沖恰好互差180O，可供單相整流及逆變實(shí)驗(yàn)用，各點(diǎn)波形請參考下圖。第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單相集成鋸齒波觸發(fā)電路的各點(diǎn)電壓波形(α=900)電位器RP1、RP2均已安裝在掛箱的面板上，同步變壓器副邊已在掛箱內(nèi)部接好，所有的測試信號都在面板上引出。第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)TCA785集成移相觸發(fā)電路的調(diào)試。(2)TCA785集成移相觸發(fā)電路各點(diǎn)波形的觀察和分析。第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2五、預(yù)習(xí)要求閱讀有關(guān)TCA785觸發(fā)電路的內(nèi)容，弄清觸發(fā)電路的工作原理。第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2六、思考題(1)TCA785觸發(fā)電路有哪些特點(diǎn)?(2)TCA785觸發(fā)電路的移相范圍和脈沖寬度與哪些參數(shù)有關(guān)?第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實(shí)驗(yàn)方法(1)將TKDD-1電源控制屏的電源選擇開關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè),使輸出線電壓為200V（不能打到“交流調(diào)速”側(cè)工作，因?yàn)镈K05的正常工作電源電壓為220V10%，而“交流調(diào)速”側(cè)輸出的線電壓為240V。如果輸入電壓超出其標(biāo)準(zhǔn)工作范圍，掛件的使用壽命將減少，甚至?xí)?dǎo)致掛件的損壞。第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實(shí)驗(yàn)方法按下“啟動(dòng)”按鈕，打開DK05電源開關(guān)，這時(shí)掛件中所有的觸發(fā)電路都開始工作；用雙蹤示波器一路探頭觀測15V的同步電壓信號，另一路探頭觀察TCA785觸發(fā)電路，同步信號“1”點(diǎn)的波形，“2”點(diǎn)鋸齒波，調(diào)節(jié)斜率電位器RP1，觀察“2”點(diǎn)鋸齒波的斜率變化，“3”、“4”互差1800的觸發(fā)脈沖；最后觀測輸出的四路觸發(fā)電壓波形，其能否在30°～170°范圍內(nèi)移相?第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實(shí)驗(yàn)方法①同時(shí)觀察同步電壓和“1”點(diǎn)的電壓波形，了解“1”點(diǎn)波形形成的原因。②觀察“2”點(diǎn)的鋸齒波波形，調(diào)節(jié)電位器RP1，觀測“2”點(diǎn)鋸齒波斜率的變化。③觀察“3”、“4”兩點(diǎn)輸出脈沖的波形，記下各波形的幅值與寬度。第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實(shí)驗(yàn)方法(2)調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的移相范圍調(diào)節(jié)RP2電位器，用示波器觀察同步電壓信號和“3”點(diǎn)U3的波形，觀察和記錄觸發(fā)脈沖的移相范圍。第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實(shí)驗(yàn)方法(3)調(diào)節(jié)電位器RP2使α=60°，觀察并記錄U1～U4及輸出“G、K”脈沖電壓的波形，標(biāo)出其幅值與寬度，并記錄在下表中(可在示波器上直接讀出，讀數(shù)時(shí)應(yīng)將示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微調(diào)旋鈕旋到校準(zhǔn)位置)。第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實(shí)驗(yàn)方法(α=60o)

測量項(xiàng)目測量數(shù)據(jù)正弦波梯形波鋸齒波脈沖矩形波脈沖矩形波脈沖矩形波脈沖矩形波

U1TP1TP2TP3G1K1TP4G2K2幅值(V)寬度(ms)第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2七、實(shí)驗(yàn)方法(α=60o)

測量項(xiàng)目測量數(shù)據(jù)正弦波梯形波鋸齒波方波方波方波方波

U1TP1TP2TP3G1K1TP4G2K2幅值(V)421.2140.810.81寬度(ms)10105.60.40.40.40.4第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理、描繪實(shí)驗(yàn)中記錄的各點(diǎn)波形，并標(biāo)出其幅值和寬度。(2)討論、分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2結(jié)束,謝謝!!!第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6

電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)1.6.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路1.6.3典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)：按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。驅(qū)動(dòng)電路——主電路與控制電路之間的接口第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述

驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述按照驅(qū)動(dòng)信號的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動(dòng)電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。分類第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.2晶閘管的觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。tIIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時(shí)間（<1s）t1~t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.6.2晶閘管的觸發(fā)電路V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。

V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。圖1-27常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(1)GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似。GTO關(guān)斷控制需施加負(fù)門極電流。圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1)

電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路正的門極電流5V的負(fù)偏壓GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路直接耦合式驅(qū)動(dòng)電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路開通驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷GTR時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。tOib

圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形(2)GTR第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。圖1-31

GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)GTR的集成驅(qū)動(dòng)電路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般15~20V。關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2)電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(1)電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路專為驅(qū)動(dòng)電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動(dòng)電壓+15V和-10V。

第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(2)IGBT的驅(qū)動(dòng)圖1-33

M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。

多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7電力電子器件器件的保護(hù)1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)1.7.2過電流保護(hù)1.7.3緩沖電路第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)措施圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.2過電流保護(hù)過電流——過載和短路兩種情況保護(hù)措施負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作。圖1-37過電流保護(hù)措施及配置位置第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.7.2過電流保護(hù)全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快?？烊蹖ζ骷谋Ｗo(hù)方式：全保護(hù)和短路保護(hù)兩種第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

緩沖電路關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復(fù)合緩沖電路——關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路(SnubberCircuit)

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又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2b)tuCEiCOdidt抑制電路無時(shí)didt抑制電路有時(shí)有緩沖電路時(shí)無緩沖電路時(shí)uCEiC

緩沖電路緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO

圖1-39關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/2

緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖1-40另外兩種常用的緩沖電路RC吸收電路放電阻止型RCD吸收電路第五十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2023/2/21.8電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用1.8.1晶閘管的串聯(lián)1.8.2晶閘管的并聯(lián)1.8.3電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)第五十一頁，共五