第3章整流电路+同步信号为锯齿波的触发电路

1、wwu2ud1ud2u2Luduabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOta = 03.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻

2、负载a a=0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1图图3-19 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路带电阻负载路带电阻负载a a=0 时的波形时的波形3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabua

3、cubcubaucaucbuabuacuVT1图图3-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=30 时的波形时的波形a a=30 时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每一段线的每一段线电压因此推迟电压因此推迟30 ，ud平均值降低。平均值降低。3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1图图3-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=60

4、时的波形时的波形a a=60 时，时，ud波形中每段线电压的波形继续向后移，波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均值继平均值继续降低。续降低。a a=60 时时ud出现了出现了为零的点为零的点3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1图图3-22 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a=90 时的波形时的波形 当当a a60 时时 因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降至零，晶闸

5、管也降至零，晶闸管关断，输出整流电压关断，输出整流电压ud为零为零，ud波形不能出现负值。波形不能出现负值。3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1图图3-23 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电路带阻感负载路带阻感负载a a=0 时的波形时的波形3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc图图3-24 三相桥式

6、全控整流电路三相桥式全控整流电路带阻感负载带阻感负载a a=30 时的波形时的波形3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点三相桥式全控整流电路的一些特点 每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负载供电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，且不能为同一相的晶闸管。的晶闸管。 对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差60 。 共阴极组共阴极组VT1、VT3

7、、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极，共阳极组组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 。3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，每次脉动的波形都一样，故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸

8、管均有脉冲个晶闸管均有脉冲 宽脉冲宽脉冲触发触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差前沿相差60 ，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。大正、反向电压的关系也一样。3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况 电路分析电路分析 当当a

9、a60 时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。管承受的电压波形等都一样。 区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的的波形在导通段都可近似为一条水平线。波形在导通段都可近似为一条水平线。 a a=0 时的波形见时的波形见图图3-23，a a=30 时的波形见时的波形见图图3-24。 当当a a60 时时 由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分负

10、的部分。 a a=90 时的波形见时的波形见图图3-25。 3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1图图3-25 三相桥式整流电路带阻感负载，三相桥式整流电路带阻感负载，a a=90 时的波形时的波形3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路a a角的移相范围是角的移相范围是120 ，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的，带阻感负载时，三相桥式全控

11、整流电路的a a角移相角移相范围为范围为90 。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，带阻感负载时，或带电阻负载或带电阻负载a a60 时时 带电阻负载且带电阻负载且a a60 时时 awwaacos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232awwaUttdUUd(3-26)(3-27)3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R。当整流变压器为图当整流变压器为图3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负载，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图时，变压器二次侧电

12、流波形如图3-24中所示，为正负半周中所示，为正负半周各宽各宽120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值为：的矩形波，其有效值为： 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载反电势阻感负载时的时的Id为：为： 式中式中R和和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 2221222()0.8162333ddddIIIII REUIdd(3-28)(3-29)P95 12P95 12在三相桥式全控整流电路中，电阻负载，在三相桥式全控整流电路中，电

13、阻负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压压u ud d波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，波形如何？如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？其他晶闸管受什么影响？答：假设答：假设VTVT1 1不能导通，整流电压不能导通，整流电压u ud d波形如下：波形如下：假设假设VTVT1 1被击穿而短路，则当晶闸管被击穿而短路，则当晶闸管VTVT3 3或或VTVT5 5导通时，导通时，将发生电源相间短路，使得将发生电源相间短路，使得VTVT3 3、VTVT5 5也可能分别被击穿。也可能分别被击穿。3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对

14、整流电路的影响udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaw wt1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形相半波可控整流电路及波形 +-+-3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响基本数量关系基本数量关系 换相过程中，整流输出电压瞬时值为换相过程中，整流输出电压瞬时值为 换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低平均值降低的多少，即的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()

15、2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Ita ga gaaa gawwww (3-30)(3-31)3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角换相重叠角g g 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikw2Bd65sin ()d26kiUttXww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwawwaw65gawtdIik)cos(cos26B2dgaaXUI2d

16、B62)cos(cosUIXgaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 g g随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律： Id越大则越大则g g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 当当a a90 时，时，a a越小越小g g越大。越大。其它整流电路的分析结果其它整流电路的分析结果 电路形式电路形式单相全波单相全波单相全控桥单相全控桥三相半波三相半波三相全控桥三相全控桥m脉波整流电路脉波整流电路 dU)cos(cosgaadBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX2Bd2UXI2Bd22UX

17、I2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd注：单相全控桥电路中，注：单相全控桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为在一周期的两次换相中都起作用，等效为m=4；本表所列通用公；本表所列通用公式不起作用式不起作用 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 的的6脉波整流电路，故其脉波整流电路，故其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。23U23U表表3-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论: 出

18、现换相重叠角出现换相重叠角g g，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值Ud降低。降低。 整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。 晶闸管的晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通，有减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能，可能使晶闸管误导通，为此必须加使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为换相使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的

19、影响例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求，求Ud、Id、IdVD、I2和和g g的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路a a0时的情况。时的情况。 Ud2.34U2cosa aUd Ud3XBId IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud2.34U2cosa a（13XB/ R）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠角换流重叠角g

20、g26.93 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IdVD1Id397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。acos)cos(gaBdXI6gcos323.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响u2udiVD1wtOwtOwtOwtOuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaci2aIdId图图3-27 ud、iVD1和和i2a的波形的波形 3.8整流电路的相位控制的实现整流电路的相位控制的实现 3.8.1 同步信号为锯齿波

21、的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 3.8.2 集成触发器集成触发器 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相3.8 整流电路的相位控制的实现整流电路的相位控制的实现引言引言相控电路相控电路 晶闸管可控整流电路，通过控制晶闸管可控整流电路，通过控制触发角触发角a a的大小即控制的大小即控制触发脉冲起始触发脉冲起始相位相位来控制输出电压大小。来控制输出电压大小。 采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路（第电路（第4章）。章）。相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按为保证相控电路正常工作，很重

22、要的是应保证按触发角触发角a a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。脉冲。 晶闸管相控电路，习惯称为晶闸管相控电路，习惯称为触发电路触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路晶体管触发电路，其中，其中以以同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。应用最多。一、晶闸管触发电路的基本要求一、晶闸管触发电路的基本要求（1）形式：）形式：脉冲脉冲（2）功率和脉宽）功率和脉宽 U UGTGT， I IGTGT（3）强触发）强触发（4）同步及移相范围）同步及移相范围（5）隔离输出

23、脉冲方式及抗干扰能力）隔离输出脉冲方式及抗干扰能力脉冲变压器脉冲变压器3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路图图3-50 同步信号为同步信号为锯齿波的触发电路锯齿波的触发电路构成：构成： 同步检测同步检测 锯齿波形成锯齿波形成 移相控制移相控制 脉冲形成和放大脉冲形成和放大 双脉冲形成双脉冲形成 强触发强触发 （1） 同步检测和锯齿波形成环节同步检测和锯齿波形成环节 同步检测同步检测 锯齿波形成锯齿波形成 uTSu uTSTS由由“+”+”变为变为“-”-”V V2 2截止，截止，C C2 2充电，锯齿波形成（宽度为充电，锯齿波形成（宽度为V V2 2的截止时间）的截

24、止时间）uTSV V2 2V V2 21）同步检测）同步检测uTS由由“+”变为变为“-”V2截止，截止，C2充电，锯齿波形成充电，锯齿波形成(宽度为宽度为VT2的截止时间的截止时间)负半周下降段：负半周下降段：VD1通，通，C1充电，上充电，上(-)下下(+)，O接地，接地，R负，负，Q也为负电位，也为负电位，V2反偏截止，反偏截止，C1不能经不能经VD1放电。放电。负半周上升段：负半周上升段：+15V经经R1给给C1充电，充电，uQ为为C1反向充电波形，上升速度反向充电波形，上升速度 比比R点同步电压慢，故点同步电压慢，故VD1截止，截止，Q点电位点电位1.4V时，时， V2 通，通，uQ

25、钳制在钳制在1.4VuTS相位与主电路相位一致，故可实现同步。相位与主电路相位一致，故可实现同步。uTSV V2 2V V2 2-+tIC1dtIC1idtC1u1C21C22CuC=ub3 为锯齿波上升段，调为锯齿波上升段，调RP2IC1变化变化锯齿波斜率变化锯齿波斜率变化, V3的的ue3与与ub3差一差一PN结电压结电压 R4较小，较小，C2通过通过R4、V2很快放电，形成很快放电，形成锯齿波下降段锯齿波下降段 2）锯齿波形）锯齿波形成成 由由VS、RP2、R3、V1、V2、V3、C2等组成。等组成。V2截止时：截止时：恒流恒流I1C对对C2充电，充电，uC线性增长线性增长 V2饱和导通

26、：饱和导通：（2）移相控制环节）移相控制环节利用叠加原理，考虑三个电压作用：利用叠加原理，考虑三个电压作用：uh锯齿波电压锯齿波电压uco控制电压控制电压 uP初始调整电压初始调整电压(负电压负电压) Uh(e3)Uco78678TTRRuuRRR并并68768KKRRuuRRR并并67867PPRRuuRRR并并444444bTKPbbebebebeuuuuIRRRRuP的作用：的作用： uCO=0时，改变时，改变uP的大小，的大小， V4开始导通的时刻也随之改变。开始导通的时刻也随之改变。Uco的作用：的作用： uP调好后固定不动，改变调好后固定不动，改变uCO即可改变输出脉冲相位。即可改

27、变输出脉冲相位。COCOuh uco uh= uh uh uhuhCO 由由V4、V5、C3等组成脉冲形成环节，由等组成脉冲形成环节，由V8、V7等组成放大环节。等组成放大环节。（3）脉冲形成和放大环节）脉冲形成和放大环节 ub40V时，时，VT4截止：截止： +15V+15V通过通过R R1111向向VTVT5 5提供足够大的基极电流，提供足够大的基极电流，VTVT5 5饱和饱和导通导通(V(V6 6也饱和导通也饱和导通) )，故，故u uC5C5为为-15V-15V，VT7VT7、VT8VT8截止，截止，无输出，无输出，C C3 3经经R R9 9、V5V5、V6V6充电至充电至30V30

28、V，左，左(+)(+)右右(-)(-)-15Vub4=0.7V时，时，V4导通：导通： “A”点电位为点电位为1V，uC3不突变，不突变，ub5由由-15V降至降至-30V，V5截止，截止，uC5由由-15V升升至至 2.1V(VD6、V7、V8压降压降)，V7、V8导通，导通，输出脉冲输出脉冲V4导通时，导通时，C3经经+15V、R11、VD4、V4反向充电，使：反向充电，使：Ub5(-30V大于大于-15V) V5重新导通重新导通 uC5(2.1V-15V) V7、V8截止截止,无脉冲无脉冲V4导通时刻为脉冲发出时刻导通时刻为脉冲发出时刻V5持续截止时间为脉冲宽度持续截止时间为脉冲宽度(与

29、与C3反向充电时间常数反向充电时间常数R11、C3有关有关) 由由V4、V5、C3等组成脉冲形成环节，由等组成脉冲形成环节，由V8、V7等组成放大环节。等组成放大环节。（3）脉冲形成和放大环节）脉冲形成和放大环节 （4）强触发环节）强触发环节 V8导通前，导通前，+50V电源通电源通过过R15向向C6充电至充电至+50V。 V8导通，导通，C6经经TP、R16 (并并) C5迅速放电，迅速放电，R小，放电很快，小，放电很快，当当uB+15V时，时，VD15导通，将导通，将B点电位钳制在点电位钳制在+15V左右。左右。 V8（5）双窄脉冲形成电路）双窄脉冲形成电路 V5、V6组成组成“或或”门电

30、门电路，无论那个截止都会使路，无论那个截止都会使V7、V8导通。导通。 V4通，送下降沿信号通，送下降沿信号V5截止截止V7、V8导通输出第导通输出第1个脉冲。个脉冲。 60后，由后，由2号送出本身号送出本身第第1个脉冲，同时给个脉冲，同时给1号补上号补上第第2个脉冲。个脉冲。 V8 V7V5V63.8.2 集成触发器集成触发器1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V

31、12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous图图3-52 KJ004电路原理图电路原理图集成电路集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代已逐步取代分立式电路分立式电路。 KJ004 与分立元件的锯齿波移相触发电路相似与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为分为同步同步、锯齿波锯齿波形成形成、移相移相、脉冲形成脉冲形成、脉冲分选脉冲分选及及脉冲放大脉冲放大几个环节。几个环节。3.8.2 集成触

32、发器集成触发器usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6脚为6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ041(1510脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6图图3-53 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成触发电路完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KJ004集成块集成块和和1个个KJ041集成块集成块，可形成六路双，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。冲放大即可。 KJ041内部是由内部是由12个二极个二极管构成的管构成的6个个或门或门，其作用是，其作用是将将6路单脉冲