晶闸管相控触发电路1.ppt

1、3.逆变产生的条件,逆变的概念,单相全波电路的整流,单相全波电路的逆变,逆变产生的条件,从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件,外部条件：变流器直流侧应有直流电动势，其极性和晶 闸管导通方向一致，其值大于变流器直流平 均电压。 内部条件：控制角 使变流器输出电压Ud0,半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变只能采用全控电路,3.6.3 逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败（逆变颠覆,变流器为逆变工作状态时，若发生换相失控，就会导致外接电动势通过晶闸管形成短路，或者发生输出平均电压和外接电动势顺向串联形成短路

2、，这种情况称为逆变失败或称为逆变颠覆,1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲， 如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。 （2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 （3）交流电源缺相或突然消失。 （4）换相的裕量角不足，引起换相失败,逆变失败的原因,3.8 晶闸管相控触发电路,3.8.1 对相控触发电路的基本要求,3.8.2 控制角a 的移相控制方法,3.8.3 相控触发电路的同步方式及输出,3.8.4 单结晶体管移相触发电路,3.8.5 垂直移相相控触发电路举例,晶闸管相控触发电路,晶闸管门极驱动电路也称为触发电路； 晶闸管通常采用相位控制方式,一般晶闸管

3、变流电路的控制框图,晶闸管相控触发电路,控制电路：综合系统信息进行处理，产生和负载所需电压相适应的相位控制信号,同步电路：获得与交流源同步的正弦交流信号,确定各元件自然换相点和移相范围,驱动电路：移相脉冲信号进行整形处理,产生所需的触发脉冲信号,移相控制电路：由相位控制信号和同步信号结合，产生移相 脉冲信号,同时有隔离电路：通常采用脉冲变压器，光电耦合器和光导纤维,3.8.1 对相控触发电路的基本要求,一.晶闸管的门极伏安特性,晶闸管门极伏安特性,图(a)为门极伏安特性区域，0D为低阻特性，0G为高阻特性。图(b)为图(a)中0ABC0的放大图形,0HIJ0区域为不触发区：当晶闸管门极施加的触

4、发电压，电流在该范围内时，任何合格的晶闸管元件都不会被触发，从而确定了晶闸管的抗干扰性能,ABCJIHA区域为不可靠触发区：当晶闸管门极施加的触发电压，电流在该区域时，有的晶闸管可以触发开通，有的则不能触发开通。因此，触发电路产生的触发信号也不应该落在该区域中,对相控触发电路的基本要求,晶闸管门极伏安特性,ADEFGCBA区域为可靠触发区：当晶闸管门极施加的触发电压，电流在该范围时，所有合格元件均能可靠触发开通，则可以保证合格元件的通用性,二.对相控触发电路的基本要求,1)触发电路的触发信号必须在晶闸管门极伏安特性的可靠触发区。 同时要求脉冲功率不超过允许瞬时最大功率限制线和平均功率限制线,2

5、)触发脉冲应具有一定的宽度和幅度，触发脉冲消失前，阳极电流应能上升至擎住电流，保证晶闸管可靠开通,3)触发脉冲应满足晶闸管电路的工作要求,常见的触发脉冲电压波形,晶闸管相控触发电路,对于并联晶闸管的大电流变流装置及串联晶闸管的高电压装置，应采用强触发脉冲,正弦波,尖脉冲,方波,强触发脉冲,脉冲列,对相控触发电路的基本要求,采用强触发脉冲的目的是： 缩小晶闸管管间开通时间的差异，有利于动态 均流和均压,4)触发脉冲与主电路电源电压必须同步，并保持与工作状态相适应的相 位关系,5)触发电路应保证变流电路各元件触发脉冲的对称性,6)相控触发电路应采有良好的抗干扰性能和温度稳定性以及主电路的电气隔离。

6、采取电磁兼容技术措施和冷却措施,一般晶闸管变流电路的控制框图,晶闸管相控触发电路中，实现触发脉冲随控制信号变化作相位移动的控制为移相控制。 移相控制方法一般分为延时移相控制和垂直移相控制,3.8.2 控制角a 的移相控制方法,3.8.2 控制角a 的移相控制方法,一.延时移相控制方法,延时移相控制方法由同步环节提供自然换相点，再由自然换相点开始计时，以控制角对应的延时时间确定触发脉冲产生的时刻。 RC积分电路延时原理可以用于延时移向控制,控制角a 的移相控制方法,二.垂直移相控制方法,垂直移相控制电路,控制角a 的移相控制方法,二.垂直移相控制方法,垂直移相控制电路,根据usy周期信号的性质不

7、同，分为线性垂直移相方法和余弦交点移相方法,3.8.3 相控触发电路的同步方式及输出,一.同步方式（同步环节,同步信号：与电网电压严格同步的基准信号,阻容移相滤波电路及 电压相位关系,主电路电源电压经同步变压器降压，再经阻容移相，便可获得符合要求的同步信号。尽管利用同步变压器可以获得适宜相位的电压信号，为了滤除电网电压中有影响的干扰信号，提供抗干扰性能，同步变压器输出端通常设有如图所示的阻容滞后移相滤波电路,同步方式的分类,单相同步,利用各晶闸管自然换相点间有固定的相位关系特点，用一个元件的同步电路准确提供各元件的自然换相点,按相同步,独立同步,每个晶闸管都有相对独立的相控触发电路,为使各晶闸

8、管具有相同的控制角，各相触发电路采用同一控制电压进行移相控制,为实现三相主电路工作的对称性，要求三相移相控制的一致性，故三相触发电路由同一个控制电压控制,相控触发电路的同步方式及输出,二.触发脉冲的功率放大和输出（驱动环节,触发电路一般是由相对独立的低压直流电源供电的单元,为保证触发电路工作安全,应使其与主电路隔离,这样可减少主电路对触发电路及控制电路的干扰，提高可靠性,1.隔离措施,光导纤维,传递能量小，高压，价格高,光电耦合器,脉冲变压器,应用最多,传递能量小,触发脉冲的功率放大和输出,脉冲变压器输出的典型电路,脉冲变压器电路和磁路,相控触发电路的同步方式及输出,脉冲变压器输出的典型电路,

9、脉冲变压器电路和磁路,3.8.4 单结晶体管移相触发电路,单结晶体管移相触发电路是一种较简单的触发电路，采用延时移相方法，主要用于小功率单相或三相半波晶闸管整流装置,一.单结晶体管,单结晶体管图形符号和 等效电路,1.结构,2.单结晶管工作原理伏安特性,a)单结晶体管测试电路 b)单结晶体管测试等效电路,c)单结晶体管伏安特性,开通时大于UP 关断时Ie小于IV,二.单结晶体管弛张振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路及波形,1.电路结构,2.工作原理,1,2,二.单结晶体管弛张振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路及波形,2.工作原理,3,单结晶体管弛张振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路及波形,单结晶体管

10、张驰振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路及波形,组成和特点,单结晶体管触发电路及波形,由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用,由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成,组成,特点,三、单结晶体管触发电路,2、同步电源,单结晶体管触发电路及波形,工作原理,同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压与主电压同相位、同频率,同步电压经桥式整流、稳压管DZ削波为梯形波uDZ，而削波后的最大值UDZ既是同步信号，又是触发电路电源,2、同步电源,单结晶体管触发电路及波形,工作原理,当uDZ

11、过零时，电容C经e-b1、R1迅速放电到零电压。这就是说，每半周开始，电容C都从零开始充电。进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻（即控制角）一致，实现了同步,三、单结晶体管触发电路,单结晶体管触发电路及波形,当Re增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压Up的时间增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即控制角增大，实现了移相,工作原理,3、移相控制,实际应用中，常用晶体管V代替可调电阻器Re，以便实现自动移相，同时脉冲的输出一般通过脉冲变压器TP，以实现触发电路与主电路的电气隔离，如图所示。 带输出脉冲变压器的单结晶体管触发电路,三、单结晶体管触发电路,3.8.5 垂直移相相控触发电路举

12、例,输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路）， 也可为单窄脉冲。 五个基本环节：同步环节、锯齿波的形成和脉冲移相、脉冲的形成与放大 。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节,锯齿波垂直移相相控触发电路,由同步变压器等到，其主电路电源的频率相同且相位关系确定,T,R1,C1,VD1,VD2和V2组成,3.8.3.8.1同步电路,1.同步信号,2.电路组成,3.工作过程,1) 在us负半周下降段时，VD1导通，C1端uc1电压us随变化，V2晶闸管基极为反向偏置,V2截止,3.8.3.8.1 同步电路,3.工作过程,2) us进入负半周上升段时，VD1截止，E1电源经过R1为C1反向充电，

13、因选取的时间常数较大，uc1上升较缓慢，当上升到约1.4V时，V2从截止转为导通状态，uc1钳位。直至再次过零变负，重复上述过程,3.8.3.8.2 锯齿波形成电路,1.组成电路,2.工作过程,V2导通时，电容C2经R4迅速放电， uc2近于零。在V2转为截止时，恒流源以电流I1c给电容uc2充电，则uc2两端电压为 uc2线性增长，直到V2再次饱和导通， C2放电为止,由V1、V2、V3、R3、R4、R5、C2、RP1、RW1组成；其中： V1、 RP1、R3 、RW1组成恒流源；V3、R5为射级输出器,3.8.3.8.2 锯齿波形成电路,2.工作过程,同步开关V2周期性变化时，C2端形成一

14、锯齿波。锯齿波是由开关V2管控制,3.8.3.8.2 锯齿波形成电路,3.锯齿波特性,锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。V2管的开关频率,锯齿波起点 V2截止期间产生锯齿波，起点基本就是同步电压由正变负的过零点。斜率由RP1调节,锯齿波宽度 V2截止状态持续的时间，取决于充电时间常数R1C1,3.8.3.8.3 移相控制电路,1.组成电路,由V3、V4组成,移相控制有三个信号：偏移电压up，锯齿波uh,控制电压uk。三个信号叠加控制V4。通过调节up使形成的usy在控制角为90度时过零,2.工作原理,3.8.3.8.3 移相控制电路,3.工作波形,3.8.3.8.4.脉冲形成电路,1

15、)up+uh+uk 0时,1.组成电路,2.工作原理,V4、V5组成脉冲形成环节， V7、V8组成脉冲放大环节。uk加在V4基极上,V4截止、V5饱和导通，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出，电容C3充电，充满电后电容两端电压接近2E（30V）,3.8.3.8.4.脉冲形成电路,2.工作原理,V4导通、A点电位由+E(15V)下降到1V左右，V5基极电位下降到-2E， V5立即截止。，V5集电极电位由-E上升到2.1V，V7、V8导通输出脉冲,2)up+uh+uk 0时,3.电路特点,脉冲前沿由V4导通时刻决定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11和C3有关系,3.8.3.8.4.脉冲形成电路

16、,4.各点波形,3.8.3.8.5 双窄脉冲形成环节,V5、V6构成“或”门 当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。 只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。 第一个脉冲由本相触发单元的uk对应的控制角 产生。 隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生,1.组成电路和原理,对于三相全控桥电路，电源三相U、V、W为正相序时，6只晶闸管的触发顺序为VT1 VT2VT3VT4VT5VT6彼此间隔60，为了得到双脉冲，6块触发板的X、Y可按图3-9所示方式连接，即后相的X端与前相的Y端相连,实现双脉冲连接的示意图,3.8.3.8.5 双窄脉冲形成环节,2.双脉冲的连接实现,3.8.3.8.6 强触发脉冲形成环节,当V8截止时，C6充电。 当V8导通时，C6放电。 VD8导通时，B点钳位,1.工作原理,垂直移向晶体管触发电路各点波形,垂直移向晶体管触发电路各点波形,补充. 单结晶体管应用举例,1) 电瓶充电机电路,该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，具有过充电保