晶閘管觸發(fā)電路

晶閘管觸發(fā)電路第1頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1對觸發(fā)電路的要求

圖4-1晶閘管門極伏安特性

第2頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月1）

對觸發(fā)信號功率的要求

觸發(fā)信號應有足夠的功率（電壓與電流）。由晶閘管原理可知，門極與陰極之間可近似看成一個PN結，其典型伏安特性曲線如圖4-1所示。由于同一型號元件的門極伏安特性分散性很大，因此規(guī)定元件的門極阻值在某高阻（曲線OD）和低阻（曲線OG）之間，才可能算合格產(chǎn)品。

第3頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月元件出廠時，給出的觸發(fā)電流IGT和觸發(fā)電壓UGT不是元件的觸發(fā)容許值，而是指該型號的所有合格元件都能被觸發(fā)的最小門極電流、電壓值。因此，在接近坐標原點以IGT、UGT為界劃出OABCO區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)為不可靠觸發(fā)區(qū)。在元件門極極限電流、電壓和功率曲線包圍下，面積ABCDEFG（圖中剖面線部分）為允許可靠觸發(fā)區(qū)，所有合格的元件其觸發(fā)電流與觸發(fā)電壓均應落在這個區(qū)域。在正常使用時，觸發(fā)電路送至門極的觸發(fā)電流與觸發(fā)電壓均應處于這個區(qū)域。

第4頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月另外，即使是同一個元件，在溫度不同時，其觸發(fā)電流與觸發(fā)電壓也不同。通?？蛇@樣估算，在100℃高溫時，其觸發(fā)電流與觸發(fā)電壓值比約為室溫時的1/2～1/3；在-40℃低溫時，其觸發(fā)電流與觸發(fā)電壓比室溫時高2～3倍。因此，為使所有合格的元件在各種可能的工作條件下都能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路送出的觸發(fā)電流與觸發(fā)電壓必須大于元件門極規(guī)定觸發(fā)電流IGT與觸發(fā)電壓UGT的最大值，并留有足夠的裕量。當觸發(fā)電壓為脈沖形式時，只要觸發(fā)功率不超過規(guī)定值，則電壓、

電流的幅值短時間內(nèi)可大大超過額定值。

第5頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月２）對觸發(fā)信號波形的要求觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導通后陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通。對于大電感負載，由于電感的阻礙作用，電流上升較慢，當觸發(fā)脈沖寬度不夠而陽極電流還沒有上升到掣住電流時，脈沖就已經(jīng)消失，因此觸發(fā)脈沖通常要大于1ms，相當于工頻50Hz、18°電度角。即使是電阻性負載，因受元件動態(tài)參數(shù)上升時間的影響，脈寬也要大于20～50μs。為了快速而可靠地觸發(fā)大功率晶閘管，通常在窄脈沖的前沿疊加上一個強觸發(fā)脈沖，波形如圖4-2所示。強觸發(fā)脈沖前沿t1時間內(nèi)的電流上升率應大于0.5A/μs，強脈沖寬度t2應大于50μs，脈沖持續(xù)時間t3應大于550μs，以達到快速觸發(fā)與準時觸發(fā)的目的。對于三相全控橋電路，脈寬要大于60°或采用雙窄脈沖。第6頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-2理想觸發(fā)脈沖波形第7頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-3整流裝置圖

第8頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月3）觸發(fā)脈沖的同步及移相范圍為使晶閘管在每個周期都在相同的控制角α觸發(fā)導通，觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓（也就是電源）同步，且脈沖與電源波形保持固定的相位關系。移相觸發(fā)的結構如圖4-3所示，觸發(fā)電路同時受控制電壓Uc與同步電壓us（同步電壓與晶閘管的陽極電壓同頻率且有一定的相位關系）控制?？刂齐妷篣c使脈沖在要求范圍內(nèi)移相，同步電壓us使脈沖與電源電壓同步，保證每一個周期內(nèi)控制角恒定，以得到穩(wěn)定的直流電壓。為了使電路在給定范圍內(nèi)工作，必須保證觸發(fā)脈沖能在相應范圍內(nèi)進行移相。例如三相半波電路帶電阻性負載，要求移相范圍為0°~150°；帶大電感負載（電流連續(xù)）時若只要求整流，則要求移相范圍為0°~90°，若既要整流又要逆變，則移相范圍為0°~180°；三相全控橋式整流電路若帶電阻性負載，則移相范圍為0°~120°，若既要整流又要逆變，則移相范圍為0°~180°。為保證逆變工作可靠，對最小逆變角βmin應加以限制。第9頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-3整流裝置圖第10頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4）防止干擾與誤觸發(fā)晶閘管的誤導通往往是由于干擾信號進入門極電路而引起的，因此需要對觸發(fā)電路進行屏蔽、

隔離等抗干擾措施。

第11頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2單結晶體管觸發(fā)電路

4.2.1單結晶體管的結構與工作原理1．結構單結晶體管結構示意圖如圖4-4（a）所示。在一塊高電阻率的N型硅半導體基片上引出兩個電極：第一基極b1與第二基極b2。這兩個基極之間的電阻Rbb即是基片的電阻，約2～12kΩ。在兩基極之間，靠近b2極處設法摻入P型雜質(zhì)鋁，引出電極稱為發(fā)射極e。所以，它是一種特殊的半導體器件，有三個引出端，只有一個PN結，故稱單結晶體管，又稱雙基極二極管。其等效電路、符號與管腳如圖4-4（b）、（c）、（d）所示，Rb1、Rb2分別為e極與b1、b2之間的基片電阻。第12頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-4單結晶體管的構造與符號

第13頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．特性及工作原理將單結晶體管接成如圖4-5所示的實驗電路，稱Ubb為基極電壓，Ue隨發(fā)射極電流變化，稱為發(fā)射極電壓。

圖4-5單結晶體管試驗電路

第14頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)當S1斷開、S2閉合時，外加基極電壓Ubb由Rb1、Rb2分壓，則管子中A點對b1點之間的電壓UA為

（A點在管子內(nèi)部，無法直接測量）

（4-1）

式中η單結晶體管分壓比，由管子內(nèi)部結構決定，通常在0.3～0.9之間。

第15頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)當Ubb斷開，Ibb=0，S1閉合加上Ue時，二極管VD與Rb1組成串聯(lián)電路。發(fā)射極電壓與電流的伏安特性如圖4-6中最下邊一條曲線所示，與二極管正向特性接近。

(3)若管子加上一定的基極電壓Ubb(10V),Ue從零開始增大，當Ue<UA=ηUbb時，二極管VD反偏，只有很小的反向漏電流，Ie為負值。當Ue增大到與UA相等時，二極管VD零偏，Ie=0，對應于圖4-6中曲線①上b點。當Ue再增大，Ue<UA+UD（UD為二極管VD的導通壓降），通常為0.7V時,二極管VD開始正偏,但還未充分導通，大于零，不過數(shù)值很小。

第16頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-6單結晶體管伏安特性第17頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月當Ue繼續(xù)增大，達到UP值（UP=ηUbb+UD）時，則二極管VD充分導通,Ie顯著增大。由于發(fā)射極P區(qū)的空穴不斷注入N區(qū)，使N區(qū)Rb1段中的載流子大量增加，阻值迅速減小。Rb1阻值的減小導致UA值降低，使Ie進一步增大，而Ie的增大又進一步使Rb1阻值減小，因此，在元件內(nèi)部形成一個強烈的正反饋過程。當Rb1阻值的減小超過Ie的增大時，從元件e、b1極看進去，出現(xiàn)一個與常規(guī)相反的現(xiàn)象：Ue隨Ie的增大而減小，即動態(tài)電阻為負值。這就是單結晶體管所特有的負阻特性。在曲線上對應P、V兩點之間的一段，稱負阻區(qū)。P點電壓稱峰點電壓UP，V點電壓稱谷點電壓UV。當Ue>UP后，單結晶體管從截止區(qū)迅速經(jīng)過負阻區(qū)到達谷點V，在負阻區(qū)不能停留。第18頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月當Ie再繼續(xù)增大，空穴注入N區(qū)增大到一定程度時，部分空穴來不及與基區(qū)電子復合而出現(xiàn)空穴剩余，使空穴繼續(xù)注入遇到阻力，相當于Rb1變大。因此在谷點V之后，元件又恢復正阻特性，Ue隨Ie的增大而緩慢增大，工作由負阻區(qū)進入飽和區(qū)。顯然，UV是維持管子導通時的最小發(fā)射極電壓，一旦出現(xiàn)Ue<UV時，管子將重新截止。當Ubb改變時，UP也隨之改變，由此可以得到一組伏安特性。在觸發(fā)電路里，通常選用分壓比η較大、谷點電壓UV小一些以及IV大的管子，這樣可使輸出脈沖幅值大，調(diào)節(jié)電阻范圍寬。第19頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月表4-1單結晶體管參數(shù)表

第20頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2單結晶體管自激振蕩電路利用單結晶體管的負阻特性與RC電路的充放電特性可組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變的脈沖，其電路如圖4-7（a）所示。當加上直流電壓U后，一路經(jīng)R2、R1在單結晶體管兩個基極之間按分壓比η分壓；另一路經(jīng)Re對電容C充電。發(fā)射極電壓ue為電容兩端電壓uC，按指數(shù)曲線漸漸上升，如圖4-7（b）所示。當uC<Up時，管子e、b1之間處于截止狀態(tài)。隨著uC（ue）值的增大，電容電壓uC充到剛開始大于Up的瞬間，管子e、b1間的電阻突然變?。ń禐?0Ω左右）而開始導通，電容上的電荷通過e、b1迅速向電阻R1放電。由于放電回路電阻很小，放電時間很短，因此在R1上得到很窄的尖脈沖。當uC（ue）小于谷點電壓UV時，管子從導通又轉(zhuǎn)為截止，電容C又開始充電，電路不斷振蕩，在電容上形成鋸齒波電壓，在R1上輸出前沿很陡的尖脈沖。振蕩頻率為第21頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(4-2)

改變Re可方便地改變振蕩頻率，波形如圖4-7（b）所示。

第22頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-7單結晶體管振蕩電路與波形

第23頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3單結晶體管同步觸發(fā)電路觸發(fā)電路送出的觸發(fā)脈沖必須與晶閘管陽極電壓同步，保證管子在陽極電壓的每個正半周內(nèi)以相同的控制角α觸發(fā)，從而獲得穩(wěn)定的直流電壓。圖4-8（a）為單相半控橋式單結晶體管同步觸發(fā)電路。同步變壓器一次側與晶閘管整流橋路接在同一交流電源上，同步變壓器二次側正弦交流電壓經(jīng)橋式整流與穩(wěn)壓管削波，得到梯形波電壓uV，它與晶閘管陽極電壓過零點一致，作為觸發(fā)電路的電源，波形如圖4-8（b）所示。因此，每當電源波形半周過零時，uV=ubb=0，單結晶體管A點電壓UA=0，可使電容上的電荷很快放掉。在下一半周開始時，基本上從零開始充電，這樣才能保證每周期觸發(fā)電路送出第一個脈沖距離過零點的時刻(即α)一致，起到同步作用。

第24頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-8單相半控橋單結晶體管觸發(fā)電路及波形

第25頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月為了保證脈沖電壓的正確產(chǎn)生，需要合理地選擇電路參數(shù)。其中，滿足振蕩條件的關鍵是充電電阻Re的取值。由Re決定的負載線應該與單結晶體管的負阻特性相交，即Re的取值應滿足:(4-3)當Re增大時，單結晶體管充電到峰點電壓的時間t充增大，第一個脈沖出現(xiàn)的時刻推遲，即α增大，橋路輸出直流電壓Ud下降。所以，這個觸發(fā)電路既能保證同步，又能在一定范圍內(nèi)移相。為了簡化電路，單結晶體管輸出脈沖同時觸發(fā)晶閘管VT1、VT2，因只有陽極電壓為正的管子才能觸發(fā)導通，所以能保證橋式半控整流兩個晶體管輪流導通。為了擴大移相范圍，要求同步電壓梯形波uV的兩腰邊盡量接近垂直，這時可提高同步變壓器二次電壓U2，如穩(wěn)壓管V選用20V，U2電壓通常要大于60V。第26頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月觸發(fā)脈沖可直接由R1上取出，這種方式簡單、經(jīng)濟，但觸發(fā)電路與主電路的電源有直接電聯(lián)系，不安全，對于晶閘管串聯(lián)接法的半控橋電路，就無法工作。因此，很多場合采用脈沖變壓器輸出。從以上分析可知，單結晶體管觸發(fā)電路只能產(chǎn)生窄脈沖。對于電感較大的負載，由于晶閘管在觸發(fā)導通時陽極電流上升較慢，在陽極電流還未上升到掣住電流IL時，觸發(fā)脈沖已經(jīng)消失，使晶閘管在觸發(fā)期間導通后又重新關斷。所以，單結晶體管如不采取脈沖擴展措施，是不宜觸發(fā)感性負載的晶閘管整流電路的，而只能用于要求不太高的單相整流裝置場合。第27頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-9單結晶體管實用電路

第28頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3鋸齒波同步觸發(fā)電路

4.3.1疊加原理疊加原理的方法是，將同步電壓與一個或幾個直流控制電壓疊加，改變晶體管從截止到導通的時刻，達到觸發(fā)脈沖移相的目的。根據(jù)信號疊加的方式不同，可分為串聯(lián)疊加和并聯(lián)疊加。

下面以正弦波電壓作為同步電壓來介紹其工作原理。

第29頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)疊加是將同步電壓與各直流電壓通過串聯(lián)相加來控制晶體管的導通時刻。圖4-10（a）為串聯(lián)疊加控制原理圖。晶體管V1的基極由正弦波同步電壓uS與直流控制電壓Uc的不同交點來實現(xiàn)移相，當Uc=0時，近似可認為在ωt2時刻V1管正偏導通，其集電極輸出經(jīng)電容微分產(chǎn)生負脈沖，再由脈沖形成放大電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖；當Uc=+Uc1時（左“+”右“-”），V1管在ωt3時刻導通，輸出觸發(fā)脈沖；當Uc=-Uc2時（左“-”右“+”），V1管在ωt4時刻輸出觸發(fā)脈沖。如果Uc在±UsM范圍變化，則觸發(fā)脈沖將會在ωt1～ωt5區(qū)間內(nèi)移相，波形如圖4-10（b）所示。第30頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-10串聯(lián)疊加控制原理(a)原理圖；(b)波形

第31頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-11并聯(lián)疊加控制原理及轉(zhuǎn)換等效電路

第32頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.2鋸齒波同步觸發(fā)電路

圖4-12為鋸齒波同步觸發(fā)電路,具有強觸發(fā)、雙脈沖和脈沖封鎖等環(huán)節(jié)，可觸發(fā)200A的晶閘管。同步電壓采用鋸齒波時，不直接受電網(wǎng)波動與波形畸變的影響，移相范圍寬，在大、中容量中得到廣泛應用。鋸齒波同步觸發(fā)電路由鋸齒波形成、同步移相與脈沖形成放大兩個環(huán)節(jié)組成，下面分別敘述。第33頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-12同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路

第34頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

1．脈沖形成放大部分圖4-12中右下部為脈沖形成放大環(huán)節(jié)，受同步移相控制，當晶體管V4截止時，V5、V6分別經(jīng)R14、R13供給足夠的基極電流使之飽和導通，因此⑥點電位為-13.7V(二極管正向壓降以0.7V，晶體管飽和壓降以0.3V計算)，V7、V8處于截止狀態(tài)，無觸發(fā)脈沖輸出。此時，電容C3經(jīng)R11→C3→V5發(fā)射結→V6→VD4充電至接近30V，極性為左正右負。第35頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．鋸齒波形成、同步移相環(huán)節(jié)鋸齒波同步移相的原理是利用受正弦同步信號電壓控制的鋸齒波電壓作為同步電壓，再與直流控制電壓Uc和直流偏移電壓Ub組成并聯(lián)控制，進行電流疊加，去控制晶體管V4的截止與飽和導通來實現(xiàn)的。圖4-12左面即為鋸齒波形成、同步移相電路。電路中采用恒流源（V1、V9、R3、R4）對電容C2充電來形成鋸齒波電壓。當V2截止時，恒流源電流IC1對C2恒流充電，電容兩端電壓為第36頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月其充電斜率為，恒流充電電流。因此，調(diào)節(jié)電位器RP1即可調(diào)節(jié)鋸齒波斜率。

晶體管V2飽和導通時，由于R5阻值小，電容C2經(jīng)R5、V2管迅速放電，因此，只要V2管周期性關斷導通，電容C2兩端就能得到線性很好的鋸齒波電壓。為了減小鋸齒波電壓與控制電壓Uc、偏移電壓Ub之間的影響，鋸齒波電壓uC2經(jīng)射極輸出與Uc、Ub進行并聯(lián)疊加，分別通過R7、R8、R9與V4管基極相連。第37頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)電路基礎的疊加原理，在分析V4管基極電位時，可看成鋸齒波電壓ue3（③）、控制電壓Uc（正值）、偏移電壓Ub（負值）三者單獨作用的疊加。當V4基極b4斷開，只考慮鋸齒波電壓ue3時，其等效電路如圖4-13(a)所示。直接作用到b4點的電壓為

(4-4)第38頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-13移相控制的等效電路

第39頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可見，ue3′仍為鋸齒波，但斜率比ue3小。同理,只考慮Uc與Ub時，等效電路如圖4-13(b)所示，其數(shù)值為(4-5)(4-6)所以，V4基極電流有三個分量，即

第40頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：Rbe4——V4發(fā)射結正向電阻；

ub4——合成電壓，由時間函數(shù)的鋸齒波電壓與直流電壓

（Uc′-Ub′）疊加。

第41頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-14鋸齒波觸發(fā)電路各點電壓波形

第42頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．其它環(huán)節(jié)1）強觸發(fā)晶閘管采用強觸發(fā)時，可縮短開通時間，提高管子承受電流上升率的能力，有利于改善串、并聯(lián)元件的動態(tài)均壓與均流，增加觸發(fā)的可靠性。因此，在大、中容量系統(tǒng)的觸發(fā)電路中都帶有強觸發(fā)環(huán)節(jié)。圖4-12中，右上角的強觸發(fā)環(huán)節(jié)由單相橋式整流獲得近50V的直流電壓作電源，在V8導通前，50V直流電源經(jīng)R19對C6充電，N點電位為50V。當V8導通時，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側、R17與V8迅速放電，由于回路電阻很小，N點電位迅速下降，當N點電位下降到14.3V時,VD10導通,脈沖變壓器TP改由+15V穩(wěn)壓電源供電。這時，雖然50V電源也在向C6充電，使C6的電位回升，但由于充電回路時間常數(shù)很大，因此N點電位只能被15V電源箝制在14.3V。電容C5的作用是為了提高強觸發(fā)脈沖前沿。

第43頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2）雙脈沖形成雙脈沖觸發(fā)是三相全控橋式或帶平衡電抗器雙反星形電路的特殊要求，要求接連送出兩個間隔為60°的窄脈沖去觸發(fā)晶閘管。產(chǎn)生雙脈沖的方法有兩種。一種是每個觸發(fā)電路在每個周期內(nèi)只產(chǎn)生一個脈沖，而其輸出同時觸發(fā)兩個橋臂的晶閘管，這種方法稱為“外雙脈沖”法。每個觸發(fā)電路的負載是兩個橋臂的晶閘管門極，輸出功率與脈沖變壓器均要求增大。另一種是每個觸發(fā)電路在每個周期內(nèi)連續(xù)送出兩個間隔為60°的窄脈沖，只供給一個橋臂的晶閘管門極，稱為“內(nèi)雙脈沖”法，

此種方法應用較多。

第44頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月對于三相全控橋式整流主電路，電源a、b、c為正相序時，則元件觸發(fā)的次序為VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6，彼此相隔60°。為了得到內(nèi)雙脈沖，6塊觸發(fā)板的X、Y端可按圖4-15所示方式連接，使后相的X端與前相的Y端相連。這樣，當2CF觸發(fā)電路工作，對VT2管發(fā)出第一個脈沖Ug2的同時，由X端到1CF的Y端送出負跳變，使1CF對VT1補發(fā)一個滯后60°的附加脈沖。依此類推，每一塊觸發(fā)塊都能輸出相隔60°的兩只窄脈沖，保證三相橋式電路正常工作。第45頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-15觸發(fā)電路X、Y端的連接

第46頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月需要特別強調(diào)的是：使用這種觸發(fā)電路的晶閘管裝置，要求三相電源有確定的相序。在新裝置安裝使用時，必須先確定電源的相序，按照裝置要求正確連接后才能正常使用。如電源的相序接反了，雖然裝置的主電路與同步變壓器同時反相序，同步?jīng)]有破壞，但因主電路晶閘管的導通次序在管子下標不變時，改為VT6→VT5→VT4→VT3→VT2→VT1，與原來正好相反，即原來先導通的管子變成后導通。此時，6個觸發(fā)電路的X、Y端之間的連接關系未變。由于管子先后導通次序反了，使得原來由后相對前相補發(fā)附加脈沖變?yōu)榍跋鄬笙嘌a發(fā)附加脈沖，使補發(fā)的附加脈沖變?yōu)橛|發(fā)脈沖，導致原來調(diào)整好的脈沖移相范圍向左（前）移60°，因此出現(xiàn)控制電壓Uc減小時，Ud仍有較大數(shù)值，Uc增大時,Ud出現(xiàn)間隔為60°的兩次最大值，使裝置不能正常工作。第47頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月3）脈沖封鎖在事故情況下或在可逆邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中，要求一組晶閘管橋路工作，另一組橋路封鎖，這時可將脈沖封鎖引出端接零電位或負電位，則晶體管V7、V8就無法導通，觸發(fā)脈沖無法輸出。串接二極管VD5是為了防止封鎖引出端接地時，經(jīng)V5、V6和VD4到-15V端之間產(chǎn)生大電流通路。從以上分析可知，鋸齒波同步觸發(fā)脈沖不受電網(wǎng)電壓波動與波形畸變的直接影響，抗干擾能力強，而且移相范圍寬。它的缺點是：整流裝置的輸出電壓Ud與控制電壓Uc之間不是線性關系，

電路比較復雜。

第48頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4集成觸發(fā)電路的應用

4.4.1KC04集成移相觸發(fā)器圖4-16為KC04集成移相觸發(fā)器的內(nèi)部原理圖。

第49頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-16KC04集成移相觸發(fā)器電路圖

第50頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月它與分立元件組成的鋸齒波同步觸發(fā)電路一樣，由同步信號、鋸齒波產(chǎn)生、移相控制、脈沖形成和整形放大輸出等環(huán)節(jié)組成。管腳7、8通過R4接同步電壓us，在us過零點時，V1、V2、V3均截止，V4飽和導通使積分電容C1放電。同步電壓過零結束后V4恢復截止，積分電容C1接在V5的集電極與基極，組成密勒積分。這是一種電容負反饋的鋸齒波發(fā)生器，在V4截止瞬間，±15V電源經(jīng)R10、R6、RP1向電容C1充電，V5管集電極電位升高。V5管從飽和狀態(tài)過渡到放大狀態(tài)，基極電流減小，集電極電流也相應下降，使流經(jīng)C1、、R6、RP1的電流基本恒定，V5管集電極電位升高到得到鋸齒波電壓。RP1是調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的電位器。鋸齒波電壓uC5與偏移電壓Ub（-）、控制電壓UC（+）在V6基極并聯(lián)綜合，改變US值V6導通時刻隨之改變。V7截止時間即為輸出脈沖的寬度，由R8、C2值決定。第51頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月V7集電極每個周期輸出相隔180°的兩個脈沖，經(jīng)脈沖選擇環(huán)節(jié)，V8和V12分別截去負半周和正半周的脈沖，使1＃腳輸出正脈沖，15＃腳輸出負脈沖，13＃、14＃腳提供脈沖列調(diào)制和脈沖封鎖控制端。KC04的同步電壓可以是任意值，限流電阻R4按下式估算：

對于不同值的控制電壓Uc與偏移電壓Ub，只要改變電阻R1、R2的比例，則仍可工作。若此觸發(fā)電路的控制電壓Uc增加，則晶閘管輸出電壓Ud也增加。第52頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月KC04集成移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋式裝置。其主要技術數(shù)據(jù)如下：電源電壓：DC±15V，允許波動±5%電源電流：正電流≤15mA，負電流≤8mA移相范圍：≥170°（同步電壓=30V，R4=15kΩ）

脈沖寬度：400μs～2ms脈沖幅值：≥13V最大輸出能力：100mA正負半周脈沖相位不均衡范圍：±3°環(huán)境溫度：-15°～70°KC09是KC04的改進型，

二者可互換使用。KC04電路各點的電壓波形如圖4-17所示。

第53頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-17KC04電路各點的電壓波形

第54頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2KC41C六路雙脈沖形成器KC41C與3塊KC04（KC09）可組成三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電路，內(nèi)部電路如圖4-18所示。其1?！?＃腳接3塊KC04的6個脈沖輸出（Ai、-Ci、B、-Ai、Ci、-Bi）。每個脈沖由輸入二極管送到本相與前相形成雙脈沖，再由6個三極管放大，從10?！?5＃腳輸出。如外接3DK4作為功率放大器，則可得到800mA的觸發(fā)脈沖電流。本脈沖形成器還具有控制脈沖封鎖的功能，當7＃腳接地或處于低電位時，開關管V7截止，各路可正常輸出脈沖；當7＃腳接高電位或懸空時，V7飽和導通，封鎖脈沖輸出。KC41C的內(nèi)部電路結構及外部接線圖如圖4-19所示。第55頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-18三相全控橋集成觸發(fā)電路第56頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-19KC41C六路雙脈沖形成器(a)電路圖；(b)外部接線圖

第57頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.3TC787（788）集成移相觸發(fā)器1．TC787（788）集成移相觸發(fā)器的特點(1)電路單、雙電源均可工作，單電源8～18V，雙電源±4～±9V。(2)三相觸發(fā)脈沖調(diào)相角可在0°~80°之間連續(xù)同步改變。(3)識別零點可靠，可方便地用作過零開關。(4)器件內(nèi)部設計有交相鎖定電路，抗干擾能力強。(5)既可用于三相全控觸發(fā)，也可用于三相半控觸發(fā)。(6)電路具有輸出保護禁止端，可在過流過壓時保護系統(tǒng)安全。(7)TC787輸出為調(diào)制脈沖列，TC788輸出為方波。A型器件典型應用于同步信號為50Hz；B型器件典型應用于同步信號為400Hz。(8)調(diào)制脈沖或方波的寬度可通過改變外接電容Cx進行選擇。第58頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2．TC787的引腳排列及功能

圖4-20TC787(788)引腳排列圖

第59頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月各引腳的名稱、功能及用法如下所述：(1)同步電壓輸入端：引腳1（Vc）、引腳2（Vb）及引腳18（Va）分別為三相同步電壓連接端，應用中分別接經(jīng)輸入濾波后的三相同步電壓。同步電壓的峰值不應超過TC787（788）的工作電源電壓UDD。第60頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)脈沖輸出端：在半控單脈沖工作模式下，引腳8（C）、10（B）、12（A）分別為三相同步電壓正半周對應的同相觸發(fā)脈沖輸出端,而引腳7（-B）、9（-A）、11（-C）分別為三相同步電壓正半周對應的反相觸發(fā)脈沖輸出端。當TC787（788）被設置為全控雙窄脈沖工作方式時，引腳8為三相同步電壓中C相正半周和B相負半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳12為三相同步電壓中A相正半周和C相負半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳11為三相同步電壓中B相正半周和C相負半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳9為三相同步電壓中C相正半周和A相負半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳7為三相同步電壓中A相正半周和B相負半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳10為三相同步電壓中B相正半周和A相負半周對應的兩個脈沖輸出端。應用中，均接脈沖功率放大環(huán)節(jié)或脈沖變壓器驅(qū)動開關管的控制極。第61頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)控制端：引腳5（Pi）為輸出脈沖封鎖端。該端用于故障狀態(tài)下封鎖TC787（788）的輸出，高電平有效，應用中接保護電路的輸出。引腳14（Cb）、15（Cc）、16（Ca）分別為對應三相同步電壓的鋸齒波電容連接端。該端連接的電容值的大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值。應用中，分別通過一個相同容量的電容值接地。引腳6（Pc）為TC787（788）工作方式設置端。當該端接高電平時，TC787（788）輸出雙列脈沖列，而接低電平時，輸出單列脈沖列。第62頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月引腳4（Vr）為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低直接決定著TC787（788）輸出脈沖的移相范圍。應用中，接給定環(huán)節(jié)輸出，其電壓幅值最大為TC787（788）的工作電壓UDD。引腳13（Cx）端連接的電容C1的容量決定著TC787（788）輸出脈沖的寬度，C1的容量越大，則輸出的脈沖越寬。

第63頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)電源端：TC787（788）可單電源工作，也可雙電源工作。單電源工作時，引腳3（VCC）接地，而引腳17（VDD）推薦施加的電壓為8～18V。雙電源工作時，引腳3（VCC）接負電源，允許施加的電壓為-4~-9V；引腳17（VDD）接正電源，允許施加的電壓為4~9V。

第64頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．TC787（788）典型應用電路圖4-21給出了TC787單電源工作時的典型接線圖。這種使用方法需要加一些外部輔助元件。其中，圖中電容C2、C4及C6為隔直耦合電容；每路的2只R電阻為同步輸入端建立中點偏壓；C1、C3及C5與R1～R9構成濾波環(huán)節(jié)，用于濾除同步電壓中的毛刺。另外，調(diào)節(jié)RP1～RP3三個電位器，可實現(xiàn)0°～60°的移相，從而適應不同主變壓器接法的需要。第65頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-21TC787單電源工作時的典型接線圖

第66頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4．TC787（788）極限值和推薦工作條件TC787（788）極限值和推薦工作條件如表4-2所示。

表4-2極限值和推薦工作條件

第67頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：（1）在同步信號為50Hz時，電容Ca、Cb、Cc建議采用0.15μF電容，相對誤差小于5%，以鋸齒波線性好、幅度大、不平頂為宜。幅度小可減小電容值，產(chǎn)生平頂則增大電容值。（2）電容Cx決定調(diào)制脈沖或輸出方波的寬度，用0.01μF電容，脈沖寬度約為1ms。（3）在同步信號為50Hz的情況下，如希望輸出調(diào)制脈沖或方波在0°～80°范圍滿幅可調(diào)，則Cx的值應大于0.1μF。（4）實際使用時的PR1、PR2和PR3的均衡調(diào)節(jié)非常重要。一般情況下，只有通過細致的調(diào)整才能保證三相輸出的一致性。

第68頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5基于MCU的觸發(fā)電路及其應用

圖4-22所示是基于MCU的數(shù)字觸發(fā)器。它采用自帶轉(zhuǎn)換通道的MCS-96系列單片機，具有高速輸入口HSI和高速輸出口HSO，對于脈沖的檢測和生成極其方便。其中六路并行的高速輸出HSO可以按程序規(guī)定的時間去觸發(fā)某一事件。當HSO的觸發(fā)時刻在內(nèi)容定址存儲區(qū)CAM中確定以后，規(guī)定的時間一到，在HSO端口上即可產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，而且觸發(fā)脈沖的上升沿和下降沿產(chǎn)生的時刻可以同時設定。利用HSO的這一特點，能夠很方便地構成晶閘管整流器的觸發(fā)電路。

第69頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-22基于MCU的數(shù)字觸發(fā)器

第70頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5.1觸發(fā)器的硬件設計1．同步脈沖產(chǎn)生電路在各種晶閘管整流電路中，各晶閘管的觸發(fā)脈沖必須與加在晶閘管上的交流主電源電壓有相對固定的相位關系（即各管的觸發(fā)時刻與主電源電壓的某一個固定的相位點之間相差一個控制角α），對應這一觸發(fā)時刻的脈沖稱為同步脈沖，完成這一任務的電路就是同步脈沖產(chǎn)生電路。數(shù)字觸發(fā)器根據(jù)同步脈沖的不同觸發(fā)方式分為絕對觸發(fā)和相對觸發(fā)方式。所謂絕對觸發(fā)方式是指每一觸發(fā)脈沖的形成時刻均由同步基準決定，這在三相橋式電路中就需要有六個同步基準交流電壓；而相對觸發(fā)方式僅需一個同步基準。當?shù)谝粋€脈沖由同步基準產(chǎn)生后，再以第一個觸發(fā)脈沖作為下一個觸發(fā)脈沖的基準。在三相橋式電路中，兩相鄰觸發(fā)脈沖之間相差60°電角度，但由于電網(wǎng)頻率會在50Hz附近波動，因此必須進行電網(wǎng)周期的跟蹤測量。第71頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月同步脈沖電壓可以用相電壓Ua，也可以用線電壓Uac。當用線電壓Uac作為同步電壓時，同步基準在三相橋式電路中，它的上跳沿正好是α=0°的基準；而當用相電壓Ua作同步電壓時，就有-30°的相位差。在本裝置的同步脈沖電路中，以線電壓Uac作為同步電壓，電路如圖4-23所示。線電壓Uac經(jīng)降壓后加至LM339組成的電壓比較器，輸出高、低電平等寬的方波，經(jīng)光電隔離器TIL117及電容、電阻組成的微分電路，形成微分信號，這個微分信號就是同步相位脈沖，其周期為電網(wǎng)的周期。第72頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-23同步脈沖產(chǎn)生電路

第73頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．觸發(fā)脈沖隔離、驅(qū)動與輸出電路為了防止干擾和滿足晶閘管的門極對觸發(fā)脈沖功率的要求，由單片機發(fā)出的觸發(fā)脈沖必須經(jīng)隔離、驅(qū)動才能加至晶閘管的門極。此電路由緩沖器、光電隔離器、變壓器等器件組成，

如圖4-24所示。

當單片機8096的高速輸出口HSO無脈沖信號時，光電隔離器TIL117截止，三極管BG截止，變壓器無脈沖輸出；當HSO有脈沖信號時，光電隔離器TIL117導通，從而使相應的三極管BG導通，這樣觸發(fā)脈沖經(jīng)脈沖變壓器T輸出，促使晶閘管觸發(fā)導通。

第74頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-24脈沖隔離、

驅(qū)動輸出電路

第75頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月3．輸入信號預處理電路輸入信號預處理電路的主要作用是產(chǎn)生脈沖移相控制信號。由于8096具有四路10位A/D轉(zhuǎn)換通道，因此不需要再外接A/D轉(zhuǎn)換電路。但8096單片機A/D轉(zhuǎn)換器對外加控制電壓有一定要求，它只允許0～+5V的標準電壓進行轉(zhuǎn)換。而實際的輸入不僅有幅值的大小不同，而且有極性的不同，因此需設置輸入信號預處理電路。它的任務主要是判斷輸入信號的極性，提取輸入信號的幅值，將外加電壓信號轉(zhuǎn)換成0～5V的標準電壓信號。此外，在微機數(shù)字觸發(fā)器電路中，由于8096單片機具有64KB的尋址空間，除了256個內(nèi)部特殊存儲器外，其余空間均需擴展，因此硬件電路中還包括用來存放系統(tǒng)控制程序、實時采樣數(shù)據(jù)、各種中間結果等的存儲器擴展電路，以及復位電路、模擬基準高精度5V電源、12MHz晶振和用于顯示的單片機附屬電路。

第76頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5.2觸發(fā)器的軟件設計1．主程序主程序是系統(tǒng)程序，主要完成系統(tǒng)初始化、α角度的顯示及等待中斷等功能。主程序流程圖如圖4-25所示。

圖4-25主程序流程圖

第77頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．脈沖同步與移相

在此裝置中，當同步脈沖信號的上跳沿發(fā)生時，80C96的HSI.0中斷立即響應，獲取并計算α值，以實現(xiàn)脈沖的同步與移相。利用相鄰同步信號上升沿之間的時間差來計算電網(wǎng)周期。設前一個同步脈沖基準到來時定時器T1計數(shù)值為t1，當前同步基準到來時定時器T1計數(shù)值為t2，則電網(wǎng)周期T=t2-t1。單位電角度對應時間為T/360°；電角度對應的時間T1U=αT/360°，T1U即為在同步脈沖上升沿發(fā)生后第一個脈沖觸發(fā)時間。第一個脈沖產(chǎn)生時間的變化就意味著脈沖移相。脈沖同步與移相的子程序框圖如圖4-26所示。第78頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-26脈沖同步與移相的子程序框圖

第79頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．脈沖的形成與輸出利用8096軟件定時器、高速輸出通道HSO和高速輸入通道HSI的功能，采用軟件定時中斷方式，可在HSO口實現(xiàn)六路觸發(fā)脈沖的輸出。當同步信號的正跳沿發(fā)生時，立即引起HSI.0外中斷，由脈沖同步與移相的子程序計算每周期第一個脈沖上升沿對應的定時值T1U。脈沖下降沿定時值T1D由其脈寬決定，設脈寬對應的電角度為15°，則T1D=（α+15°）T/360°。將T1U、T1D值置入HSO的內(nèi)容定址存儲區(qū)CAM中，HSO通過與定時器T1比較，在T1U時刻輸出高電平，在T1D時刻輸出低電平，這樣就形成了1號觸發(fā)脈沖。第80頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月當1號脈沖上升沿到來時，HSO產(chǎn)生中斷，根據(jù)當前值，加上兩相鄰脈沖之間的相位差Δα（在三相橋電路中Δα=60°），則2號脈沖的定時值為：上升沿定時值T2U=（α+60°）T/360°，下降沿定時值T2D=(α+75°)T/360°。同理，當2號至5號脈沖的上升沿產(chǎn)生時，也分別引起HSO中斷，產(chǎn)生3號至6號觸發(fā)脈沖。中斷服務程序流程圖見圖4-27。

第81頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-27HSI.0中斷服務程序流程圖第82頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.6集成數(shù)字式觸發(fā)電路

4.6.1集成數(shù)字式移相觸發(fā)電路的工作原理集成數(shù)字式移相觸發(fā)電路的工作原理框圖如圖4-28所示。

圖4-28集成數(shù)字式移相觸發(fā)電路的工作原理框圖

第83頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中，A/D為模擬轉(zhuǎn)換器，它將控制電壓Uc轉(zhuǎn)換為與Uc成正比的脈沖。當Uc=0時，計數(shù)脈沖頻率f1=13～14kHz;Uc=10V時，f1=130～140kHz。將此頻率的脈沖分別送到三個分頻器f1/f2（7位二進制計數(shù)器），分頻器每輸入128個脈沖后輸出第一個正弦波同步電壓，經(jīng)濾波、相移器補償相移后削波限幅，形成梯形同步電壓UT。UT過零時對分頻計數(shù)器清零，同時使脈沖發(fā)生器接觸封鎖，使A/D輸入計算器的脈沖開始計數(shù)，在記至128個脈沖時，脈沖發(fā)生器輸出觸發(fā)脈沖。Uc電壓升高，脈沖頻率f1、f2增大，同時出現(xiàn)128個脈沖的時間縮短，使產(chǎn)生第一脈沖的時間提前即α減小。發(fā)生器每半周輸出脈沖經(jīng)脈沖選擇整形放大，正半周輸出脈沖觸發(fā)其陰極組晶閘管，負半周輸出脈沖觸發(fā)其陽極組管子，達到三相橋式高精度移相觸發(fā)控制的目的。第84頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.6.2集成數(shù)字觸發(fā)電路的應用1．三相全數(shù)字移相觸發(fā)集成芯片JH001JH001是對大、中型功率電機進行功率控制的全數(shù)字專用集成電路芯片，用一直流電平來控制兩路與輸入同步的正弦信號的正、負半周，分別對應調(diào)制脈沖平滑地由180°移動到0°，來控制晶閘管的導通角，達到調(diào)節(jié)功率輸出的目的。芯片采用先進的硅柵CMOS工藝。本產(chǎn)品質(zhì)量可靠，性能優(yōu)良，使用方便，在工業(yè)上有廣泛的用途，是控制盒中的核心芯片。

產(chǎn)品采用28腳SOP形式封裝，

如圖4-29所示。

第85頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-29JH001芯片引腳圖

第86頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月2．電路描述JH001的電路原理框圖如圖4-30所示。

圖4-30JH001原理框圖

第87頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月正弦同步信號通過過零比較器形成與正弦信號相位一致的矩形波。在矩形波的前沿時刻置過零比較器的輸出高電平至信號觸發(fā)器。直流控制信號通過A/D變換形成9位的數(shù)字量，為減數(shù)計數(shù)器提供初值。在信號觸發(fā)器過零脈沖的控制下，計數(shù)器對計數(shù)初值進行減數(shù)，當計數(shù)器減為零時，信號觸發(fā)器輸出翻轉(zhuǎn)，控制脈沖調(diào)制器產(chǎn)生觸發(fā)脈沖輸出，以達到控制相位的目的。

第88頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月3．性能特點

·JH001無相序要求的限制，由電路對輸入的47～63Hz三相同步信號進行識別，使輸出脈沖相序同主電源相序一致，保證主電路輸入端子可任意互換。

·相移由輸入直流電平連續(xù)調(diào)節(jié)，相移范圍不小于176°。

·輸出脈沖信號用100～125kHz方波調(diào)制，且有兩種脈沖工作模式：雙窄脈沖模式，脈寬27°，兩脈沖前沿間隔60°；單寬脈沖模式，脈寬87°。

·每路輸出可為負載提供25mA驅(qū)動電流。

第89頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

·帶有全通控制端及輸出禁止端。

·具有缺相保護功能，設有三路保護輸入端子。有相線斷開時切斷輸出，同時點亮相應的LED指示。電路加電后處于正常工作狀態(tài)，保護電路動作切斷輸出后，必須手動復位才能再次正常工作。

·工作溫度：-25～85℃。

第90頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4．

性能規(guī)范

表4-3性能規(guī)范

第91頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月5．管腳描述JH001的管腳功能如表4-4所示。

表4-4管

腳

功

能

表

第92頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月表4-4管

腳

功

能

表

第93頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.7觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步

4.7.1定相的概念由以上分析可知，觸發(fā)脈沖必須在管子陽極電壓為正時的某一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，晶閘管元件才能被觸發(fā)導通。而在常用的鋸齒波移相觸發(fā)電路中，送出脈沖的時刻是由接到觸發(fā)電路不同相位的同步電壓us來定位的，由控制電壓Uc與偏移電壓Ub的大小來決定移相。因此，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位，為各觸發(fā)電路提供特定相位的同步信號電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖，以確保整流電路正常工作。這種正確選擇同步信號電壓相位以及得到不同相位同步信號電壓的方法，稱為晶閘管裝置的同步或定相。

第94頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)以三相全控橋式電路來說明，圖4-31(a)為其主電路。電網(wǎng)電壓UA1、UB1、UC1經(jīng)整流變壓器TR供給整流橋，對應三相電壓為UA、UB、UC，波形如圖4-31（c）所示。假定控制角α=0，則ug1～ug6六個觸發(fā)脈沖出現(xiàn)在各自的自然換流點ωt1～ωt6，依次相隔60°。為了得到六個相位差均為60°的同步電壓，通常采用具有兩組二次側的三相變壓器，六個二次電壓分送到六個觸發(fā)電路，如圖4-31（b）所示。第95頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-31三相全控橋主電路與觸發(fā)電路的同步說明圖

第96頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.7.2定相的原理及確定方法

晶閘管整流裝置是通過三相同步變壓器的不同連接方式或配合阻容濾波產(chǎn)生的移相，得到所需相位的同步電壓。三相變壓器繞組可接成星形或三角形。由于同步變壓器二次繞組要分別接至六個觸發(fā)電路，有公共接地端，二次側不允許接成三角形，因此同步變壓器只有Dy（△/Y）與Yy（Y/Y）兩種接線型式。三相同步變壓器共有12種接法，可用終點數(shù)來表示。以變壓器一次側任一線電壓為參考矢量，垂直向上作為鐘面長針指在12點鐘位置，然后根據(jù)相位差畫出對應二次線電壓矢量作為短針，短針指在幾點鐘就稱幾點鐘接法。如短針指在3點鐘，從矢量逆時針旋轉(zhuǎn)來看，短針滯后長針90°，說明此種接法變壓器二次側線電壓滯后對應的一次側線電壓90°。三相同步變壓器12種接法與鐘點表示列于圖4-32。第97頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-32三相同步變壓器的接法與鐘點數(shù)

第98頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.7.3具體電路中的應用實現(xiàn)同步的具體步驟如下：(1)根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號電壓US與對應晶閘管陽極電壓之間的相位關系。(2)根據(jù)整流變壓器TR的接法與鐘點數(shù)，以電網(wǎng)某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側也就是晶閘管陽極電壓的矢量位置;再根據(jù)步驟(1)確定的US與對應晶閘管陽極電壓之間的相位關系，畫出對應的同步相電壓與線電壓矢量。第99頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)根據(jù)同步變壓器一次、二次線電壓位置，定出同步變壓器TS的鐘點數(shù)與接法;然后只需把同步變壓器二次電壓USA、USB、USC分別接晶閘管VT1、VT2、VT3的觸發(fā)電路：US（-A）、US（-B）、US（-C）。

第100頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月

例三相全控橋式整流電路，整流變壓器TR為Dy5（△/Y-5）接法，采用NPN鋸齒波移相的觸發(fā)電路，要求電路工作在整流與逆變狀態(tài)。同步變壓器TS二次電壓US經(jīng)阻容濾波后為Us′，再接到觸發(fā)電路，Us′滯后Us30°，電路如圖4-33（a）所示。試求：①同步信號線電壓USA與對應晶閘管陽極電壓UA的相位關系。②確定同步變壓器TS的終點數(shù)與接法。第101頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月解：①NPN鋸齒波移相電路要求同步電壓

滯后對應晶閘管陽極電壓UA180°，由于濾波已滯后30°，故同步信號電壓USA滯后UA150°。

②根據(jù)整流變壓器TR為Dy5（Δ/Y-5）接法，畫出一次電壓矢量圖，晶閘管VT1的陽極電壓UA與電網(wǎng)線電壓UA1B1反相，再在滯后UA150°的位置畫出USA，超前USA30°位置畫出USAB，即在10點鐘位置。US（-AB）在4點鐘位置如圖b所示，因變壓器終點數(shù)為雙數(shù)，因此，一、二次相同接法，所以同步變壓器兩組連接分別為Yy10（Y/Y-10）與Yy（Y/Y-4）連接如圖（c）所示。USA、USB、USC接VT1、VT3、VT5管觸發(fā)電路；US(-A)、US(-B)、US(-C)接VT4、VT6、VT2管觸發(fā)電路，電路即能正常工作。第102頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-33NPN管鋸齒波移相、

帶濾波觸發(fā)電路的同步

第103頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月4.7.4脈沖變壓器的選擇及注意事項1．脈沖變壓器觸發(fā)電路的輸出級中常采用脈沖變壓器，它的主要用途為：①起阻抗匹配作用，降低脈沖電壓幅值,增大輸出電流，以更好地觸發(fā)晶閘管；②可改變脈沖正負極性或同時送出兩組獨立脈沖；③將低電壓的觸發(fā)電路與高電壓的主電路在電氣上加以隔離，有利于防止干擾與保證安全，并且可使觸發(fā)器之間在電氣上隔離。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，若主電路電壓在500V以上，則脈沖變壓器的耐壓能力應不低于3kV。由于脈沖變壓器要求體積小,結構緊湊，漏感盡量小，一次與二次側之間的耐壓高，因此在設計上要有專門要求。

第104頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖變壓器與一般變壓器的主要區(qū)別在于：一般變壓器傳遞的是交流正弦電壓，而脈沖變壓器傳遞的是前沿陡峭的單方向脈沖電壓。若要求傳遞脈沖信號不失真，則與脈沖變壓器的鐵心材料和制造工藝有重要關系，現(xiàn)分析如下。

1）一般變壓器傳遞的是交流正弦電壓：其鐵芯在交流激磁電流作用下，如圖4-38中沿著磁滯回線①工作，最大磁密變化為△B=+Bm-（-Bm）=2Bm。而單向脈沖的磁滯回線為曲線②所示（Br為剩磁密），△B=+Bm-Br，要小得多。故脈沖變壓器的鐵芯未能充分利用。為了提高鐵心利用率，要求剩磁密Br低、最大磁密Bm和導磁率μ要求高。因此脈沖變壓器的鐵心截面要選得大一些，材料要好一些，如冷軋硅鋼片或坡莫合金、鐵淦氧，在要求不高的場合，也可用熱軋硅鋼片。在設計脈沖變壓器時，不能使最大工作磁密Bm達到鐵心的飽和磁密BS，因為這時的激磁電流極大，通常取Bm≤（0.8~0.85）BS。為了減小剩磁密Br，甚至故意使變壓器有一點氣隙。

第105頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-34鐵心的磁化曲線第106頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)脈沖變壓器傳遞的波形是前沿陡峭、頂部平坦的脈沖波形。前沿電壓（電流）變化大，在諧波展開中相當于高次諧波分量；平頂電壓變化小，相當于低頻和直流分量。它們對變壓器的要求不高，現(xiàn)分述如下。①變壓器的漏抗對脈沖前沿的影響。分析方法與普通變壓器一樣，脈沖變壓器的等效電路如圖4-35（a）所示。

第107頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-35脈沖變壓器的等效電路第108頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中R1、LB1為一次繞組電阻與漏感；R2、LB2為折算到一次側的二次側電阻與漏感；R0為鐵損等效電阻，因脈沖變壓器的鐵損小，分析時可略去；L0為變壓器勵磁電感；Rg為變壓器二次負載電阻，近似為晶閘管的門極電阻折算到初級的值。對于脈沖前言，L0產(chǎn)生的感抗很大可看成開路，電路簡化為圖4-39（b），圖中R=R1+R2=LB1+LB2。列出圖4-39（b）的電壓方程，得第109頁，課件共123頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出電壓

（4-7）

式中，

，

為脈沖前沿時間常數(shù)。

由式（4-7）可見，脈沖變壓器要傳遞前沿很陡的信號，除了觸發(fā)電路輸出極晶體管采用開關管、設法提高輸入脈沖Usr的前沿外