电子课件《电力电子变流技术》B029691第三章

1、如图所示就是一款采用单相半波晶闸管调光控制的台灯，其调光控制的电路图如图所示。从调光灯电路可知，调光电路由主电路和触发电路两部分组成。一个完整的电力电子装置基本上都是由两个部分组成，即主电路及触发电路。主电路实现电力电子装置的电能变换的功能，触发电路为主电路晶闸管的导通提供触发信号。由晶闸管构成的主电路形式很多，有整流、有源逆变、交流调压、变频器和削波器等；电路的负载有电阻负载、电感负载、反电动势负载等。常用的触发电路有单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成触发电路、计算机控制数字触发电路等。本章将介绍几种常用的晶闸管控制极触发电路。3-1 晶闸管对触发信号的要求3-2 单结晶体管触发电路3

2、-3 同步电压为锯齿波的触发电路 3-4 集成触发电路 3-5 触发电路与主电路的同步与调试3-6 晶闸管的保护与防止误触发的措施3-1 晶闸管对触发信号的要求学习目标 1.了解常见的触发信号波形。2.理解晶闸管对触发信号的基本要求。一、常见的触发信号波形正弦波 尖脉冲 方脉冲 强触发脉冲 脉冲列二、晶闸管对触发信号的基本要求1.触发信号应有足够的功率（电压、电流）在触发信号为脉冲形式时，只要触发信号功率不超过规定值，触发脉冲的电压、电流的幅值在短时间内可以大大超过额定值。不该触发时，触发电路的漏电压应小于0.2 V，防止误触发。2.触发脉冲信号前沿要陡,同时触发脉冲应有一定的宽度一般晶闸管的

3、导通时间为6s，所以触发脉冲的宽度至少应在6s以上，最好为2050s。3.触发脉冲信号要有一定的移向范围为了使电路能在给定范围内工作，必须保证触发脉冲能在相应范围内进行移相。4.触发脉冲信号必须与电源同步触发信号必须与电源同步，即触发信号的同步电压与电源电压必须保持固定的相位关系。3-2 单结晶体管触发电路学习目标 1.了解单结晶体管的结构和等效电路。2.会用万用表测试单结晶体管的好坏。3.理解单结晶体管的伏安特性曲线的意义。4.掌握单结晶体管的自激振荡电路和带同步环节的触发电路。1.单结晶体管的结构及等效电路单结晶体管共有三个电极，分别为第一基极b1、第二基极b2和发射极e。单结晶体管因有两

4、个基极，故也称为双基极晶体管。一、单结晶体管2. 单结晶体管的简单测试方法3. 单结晶体管的伏安特性曲线和工作原理（1）截止区AP段 （2）负阻区PV段（3）饱和区VN段二、单结晶体管触发电路1.单结晶体管自激振荡电路利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路，产生频率可变的尖脉冲，如图所示。原理分析：直流电源E通过电阻Re对电容C充电，充电时间常数为ReC。发射极电压Ue即为电容两端电压UC，按指数规律上升。当UC小于峰点电压UP时，单结晶体管e、b1之间处于截止状态。随着电容电压UC的增大，UC达到峰点电压瞬间，单结晶体管导通，电阻Rb1的电压迅速变小，

5、管子导通，电容上的电荷通过e、b1迅速向R1放电，在电阻R1上得到很窄的尖脉冲。当UC电压下降到谷点电压UV时，单结晶体管由导通又变为截止，电容C又开始充电，电路不断充放电振荡，在电容上形成锯齿波电压。注意：电路中R1上的脉冲电压的宽度取决于电容放电时间常数，电容C的容量不能太小，一般C约在0.1 1.0F。R1上脉冲的幅值取决于R1的阻值大小，R1阻值越大输出脉冲的幅值越高，但是R1阻值不能太大，否则会导致晶闸管误触发，一般R1的阻值取50 100为宜。 2.具有同步环节的单节晶体管振荡电路单结晶体管同步触发电路同步环节分析：单结晶体管振荡电路的电源与所触发的晶闸管的主电路电源为同一电源。在

6、梯形波过零点时，单结晶体管的电压Ubb也降为零，电容C上的电荷经单结晶体管放电到零，这样就保证了电容C能在主电路晶闸管开始承受正向电压时从零开始充电，每个周期产生的第一个触发脉冲相对于过零点的时间都是一样的（即移相角一样），触发电路与主电路取得了同步，这样主电路输出的波形Ud就有规则。单节晶体管触发电路特点：结构简单，易于调试。由于它的参数差异较大，对于多相触发时不易一致。其输出功率较小，脉冲较窄，控制线性度差，可用移相范围一般小于150。不加放大环节可触发50A以下的晶闸管。适用：多用于控制精度要求不高的单相晶闸管控制系统中。3-3 同步电压为锯齿波的触发电路学习目标 1.了解同步电压为锯齿

7、波的触发电路。2.理解同步锯齿波触发电路的工作原理。3.会分析同步锯齿波触发电路中各点的波形。同步电压为锯齿波的触发电路,由五个基本环节组成：同步环节，锯齿波形成及脉冲移相环节，脉冲形成、放大和输出环节，强触发环节和双窄脉冲形成环节。同步电压为锯齿波的触发电路同步要求锯齿波的频率与主回路电源的频率相同。锯齿波是由起开关作用的V2控制。V2开关的频率就是锯齿波的频率。一、同步环节同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器二次侧电压来控制V2的通断，这就保证了触发脉冲与主回路电源的同步。在一个正弦波周期内，V2包括截止和导通两个状态，对应锯齿波恰好是一个周期，与主电路电源完全一致，从而达到

8、同步的目的。二、锯齿波形成及脉冲移相环节锯齿波电压形成的方案较多，本电路采用恒流源电路。恒流源电路方案：电路中由晶体管V1和V9、RP3和R4组成恒流源向电容C2充电，晶体管V2作为同步开关控制恒流源对C2的充放电过程。三、脉冲形成、放大和输出环节锯齿波触发电路各点电压波形图脉冲形成环节由晶体管V4V6组成；放大和输出环节由V7、V8组成；同步移相电压加在晶体管V4的基极，触发脉冲由脉冲变压器二次侧输出。输出脉冲产生的时刻是V4管导通的瞬间，也就是V5管截止的瞬间。V5截止的时间即为输出脉冲的宽度，因此脉冲的宽度由C3反向充电的时间常数3=C3R14来决定。四、强触发环节在晶闸管串、并联使用或

9、全控桥式等大、中容量系统中，为了缩短晶闸管开通的时间，保证被触发的晶闸管同时导通,提高系统的可靠性，常采用输出幅值高、前沿陡的强脉冲触发电路。五、双窄脉冲形成及脉冲封锁及环节 内双脉冲电路：V5、V6管构成一个“或”门电路。V5、V6都导通时，V7、V8都截止，电路没有脉冲输出。当V5、V6有一个截止，就会使V7、V8导通，电路就有触发脉冲输出。第一个脉冲在本相触发电路输出；隔60的第二个脉冲是由滞后60的后一相触发电路输出。双窄脉冲形成：6只晶闸管的触发顺序为VT1VT2VT3VT4VT5VT6，彼此间隔60，输出双窄脉冲。1CF2CFXYXY3CF4CFXYXY5CF6CFXYXYUg1U

10、g2Ug3Ug4Ug5Ug6实现双脉冲连接的示意图和脉冲序列 脉冲封锁：脉冲封锁信号为零电位或负电位，是通过VD5加到V5集电极的。当封锁信号接入时，晶体管V7、V8就不能导通，触发脉冲无法输出。触发脉冲信号封锁，一般用于事故情况或者是无环流的可逆系统中要求一组晶闸管工作另一组晶闸管封锁。二极管VD5的作用是防止封锁信号接地时，经V5、V6和VD4到-15V之间产生大电流通路。同步电压为锯齿波的触发电路抗干扰能力强，不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，移相范围宽。缺点是整流装置的输出电压Ud与控制电压Uc之间不成线性关系，且电路较复杂。六、同步电压为锯齿波的触发电路的特点3-4 集成触发电路

11、 学习目标 1.了解集成触发电路的特点。2.了解KC04、KC41C集成芯片原理与应用。3.会简要分析由KC04、KC41C集成芯片组成的集成触发电路的工作原理。 一、KC04移相触发器KC04移相触发器的外形图 KC04外部接线图KC04有关管脚的电压波形 KC04各管脚功能表KC04主要技术参数二、KC41C六路双脉冲形成器 KC41外形图 脚为外电路送来的脉冲信号； 脚为脉冲封锁信号，当脚输入信号为高电位或悬空时，封锁 脚的各路脉冲信号，当脚输入为低电平或接地时，脉冲信号经 脚输出； 脚接电压+15V；脚接地；脚悬空。KC41C可外接3DK4或者3DG27作为功放管使脉冲信号进一步放大输

12、出。KC41C内部原理电路和外部接线图 三、三相全控桥集成触发电路下图所示是由三块KC04和一块KC41C组成的三相全控桥双脉冲触发电路。把三块KC04移相触发器的脚与 脚产生的6个脉冲分别接到KC41C的脚，经KC41C内部二极管“或”功能，形成双窄脉冲，再经内部六个集成三极管放大后从 脚输出并外接到V1V6三极管的基极进一步放大，供触发大功率的晶闸管。三相全控桥双窄脉冲集成触发电路3-5 触发电路与主电路的同步与调试学习目标 1.了解同步的概念和同步的意义。2.掌握晶体管主电路与触发电路同步的方法。3.能使用示波器对三相可控整流电路主电路与触发电路进行调试及波形测量。一、触发电路与主电路电

13、压的同步 所谓同步，是指把一个与主电路晶闸管所受电源电压保持合适相位关系的电压提供给触发电路，使得触发脉冲的相位出现在被触发晶闸管承受正向电压的区间，确保主电路各晶闸管在每一个周期中按相同的顺序和触发控制角被触发导通。同步的概念有两层含义：一是触发脉冲与主电路电压频率必须一致。二是输出触发脉冲的相位应满足主电路相位的要求。 人们将提供给触发电路合适相位的电压称为同步信号电压，正确选择同步信号电压与晶闸管主电压的相位关系称为同步或定相。二、同步电压的相位选择常用三相同步变压器的接法常用三相同步变压器的接法【例3-1】三相桥式全控电路如图所示，直流电动机负载，要求可逆运行，整流变压器 Tr为Dy1

14、联结组标号，采用锯齿波同步触发电路。锯齿波的齿宽为240，考虑锯齿波起始段的非线性，故留出60余量。电路要求的移相范围是30150。用简化相量图的方法来确定同步变压器的联结组标号及变压器绕组联结方法。 三相桥式全控电路同步定相例题图解三、触发电路的调试 1.确定电源相序W相U相V相U相用双踪示波器测相序的波形2.单独调试触发电路（1）断开主电路的电源，接通触发电路的+15V直流电源，接通同步电源。（2）调整各触发器的锯齿波斜率电位器RP1，用双踪示波器依次测量两相邻触发器的锯齿波电压波形，间隔应为60，使斜率要基本一致。（3）用示波器测量各个触发器的输出脉冲,各输出双窄脉冲波形应如图所示。锯齿

15、波与触发脉冲的波形示意图锯齿波触发脉冲显示波形3-6 晶闸管的保护与防止误触发的措施学习目标 1.了解晶闸管的常用保护电路及其作用。2.了解防止晶闸管误触发的常用措施及常见电路。一、晶闸管的过流保护 1.对于第一类过流，即整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，可以采用第一种保护措施，最常见的就是接入快速熔断器的方式。快速熔断器的接入方法2.对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。 晶闸管过流电子保护原理框图二、晶闸管的过压保护 过电压保护的第一种方法：并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。 用阻容吸收电路、压敏电阻或硅堆的过压保护电路过电压保护的第二种方法：采用电子电路进行保护。 晶闸管过电压电子保护原理框图三、电流上升率、电压上升率的抑制保护 1.电流上升率的抑制 2.电压上升率的抑制 串联电感器抑制电流突变回路图并联R-C阻容吸收回路四、防止误触发的措施 1.控制极回路导线用金属屏蔽线，且屏蔽层接地。2.控制极回路导线单独敷线，远离主电路或大电流的导线，同时避免电感元件靠近控制极回路。3.触