电子电力技术课件-5

3.8

整流电路相位控制的实现相控电路：晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。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触发角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脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。相控触发电路的作用：保证触发脉冲与主电路同步，必须每周期同步一次，且a有足够的调节范围。晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。13.8整流电路相位控制的实现相控电路：相控电路的驱3.8.1

同步信号为锯齿波的触发电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。图3-50同步信号为锯齿波的触发电路23.8.1同步信号为锯齿波的触发电路输出可为双窄脉冲（适3.8.1

同步信号为锯齿波的触发电路1)脉冲形成与放大环节V4、V5—脉冲形成V7、V8—脉冲放大电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。（1）当V4的基极电压uco=0时，V4截止。+E1电源通过R11提供给V5一个足够大的基极电流，使V5饱和导通。所以V5集电极电压接近于-E1，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电源+E1经R9、V5的发射极到-E1对电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1（30V），极性左正右负。33.8.1同步信号为锯齿波的触发电路1)脉冲形成与放图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-4图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-4（2）当uco≥0.7V时，V4导通。A点电位从+E1突降到1V，由于电容C3两端电压不能突变，所以V5基极电位也突降到-2E1，V5基射极反偏置，V5立即截止。它的集电极电压由-E1迅速上升到钳位电压3.1V时，使得V7、V8导通，输出触发脉冲。同时电容C3由+E1经R11、VD4、V4放电并反向充电，使V5基极电位逐渐上升。直到V5基极电位ub5>-E1，V5又重新导通。这时V5集电极电压又立即降到-E1，使V7、V8截止，输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度由反向充电时间常数R11C3决定。5（2）当uco≥0.7V时，V4导通。A点电位从+E1突

V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者叠加所定,它们分别通过电阻R6、R7、R8与V4基极连接。产生触发脉冲。改变uco便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。以直流可逆系统为例，当uco=0时，调节up的大小使产生脉冲的M点对应α=90º的位置，此时输出电压为0；如果uco为正值，M点就向前移，控制角α<90º，处于整流工作状态；如uco为负值，M点就向后移，控制角α>90º，处于逆变状态。3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路2)锯齿波的形成和脉冲移相环节6V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-7图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-7881点2点3点4点5点91点2点3点4点5点9锯齿波电压形成采用恒流源电路。恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成

V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路

当V2截止时，恒流源电流I1C对电容C2充电，所以C2两端的电压uC按线性增长,即ub3按线性增长。调节电位器RP2，可以改变C2的恒定充电电流I1C。当V2导通时，因R4很小所以C2迅速放电，使得ub3电位迅速降到零伏附近。当V2周期性地导通和关断时，ub3便形成一锯齿波。射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。10锯齿波电压形成采用恒流源电路。恒流源电路方案，由V1、V2、图3-50

同步信号为锯齿波的触发电路11图3-50同步信号为锯齿波的触发电路111212锯齿波是由开关V2管来控制的。V2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交流电压决定。V2截止期间产生锯齿波；V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时间常数R1C1。13锯齿波是由开关V2管来控制的。133.8.1

同步信号为锯齿波的触发电路3)同步环节同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。同步环节是由同步变压器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶体管V2组成。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。143.8.1同步信号为锯齿波的触发电路3)同步环节同步同步电压uTS经二极管VD1加在V2的基极上。当电压波形在负半周的下降段时，R点为负电位，VD1导通，电容C1被迅速充电。Q点电位与R点相近，故在这一阶段V2基极为反向偏置，V2截止。15同步电压uTS经二极管VD1加在V2的基极上。

在负半周的上升段，+E1电源通过R1给电容C1充电，其上升速度比uTS波形慢，uQ为电容反向充电波形。当Q点电位达1.4V时，V2导通，Q点电位被钳位在1.4V。直到TS二次电压的下一个负半周到来，VD1重新导通，C1放电后又被充电，V2截止。锯齿波总是对应于同步信号的负半周产生。如此循环往复，在一个正弦波周期内，包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的。16在负半周的上升段，+E1电源通过R1给电容C17174)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，所以只要用适当的信号来控制V5和V6的截止（前后间隔60°）就可以产生符合要求的双窄脉冲只要将后一只管子触发单元的X接到前一个触发单元的Y即可。在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按下图接线。六个触发器的连接顺序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。184)双窄脉冲形成环节V5、V6构成“或”门1819192020212122222.9.3

触发电路的定相触发电路的定相——触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。图2-58

三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图Ott1t2uaubucu2ua-232.9.3触发电路的定相触发电路的定相——触发电采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为240º，上升段起始的30º和终了段30º线性度不好，舍去不用，使用中间的180º。所以取同步波-ua。三相桥整流电路大量用于直流电机调速系统，且通常要求可实现再生制动，使Ud=0时的触发角α为90º。当α<90º时为整流工作，α>90º时为逆变工作。将α=90º确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90º的移相范围。α=0º对应于ua的30º的位置，说明VT1的同步电压应滞后于ua180º。对于其他5个晶闸管，也存在同样的关系，即同步电压滞后于主电路电压180º。因此一旦确定了整流变压器和同步变压器的接法，即可选定每一个晶闸管的同步电压信号。24采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点对应2.9.3

触发电路的定相变压器接法：主电路整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为D,y-11,5联结。图2-59

同步变压器和整流变压器的接法及矢量图252.9.3触发电路的定相变压器接法：主电路整流变压2.9.3

触发电路的定相表2-4三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图2-59变压器接法时）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压-usa+usc-usb+usa-usc+usb为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行R-C滤波，当R-C滤波器滞后角为60时，同步电压选取结果如表2-5所示。表2-5三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后60）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压+usb-usa+usc-usb+usa-usc262.9.3触发电路的定相表2-4三相全控桥各晶本章小结可控整流电路，重点掌握：电力电子电路分析的基本思想、单相整流电路和三相整流电路的原理、波形分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其电路形式和工作特点及其波形情况；与整流电路相关的一些问题，包括：(1)变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流电路工作情况的影响。(2)整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析，功率因数分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。27本章小结可控整流电本章小结大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的概念。可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产生有源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状态时系统的特性，包括变流器的特性和电机的机械特性等，理解可逆电力拖动系统的工作情况，重点掌握电机四象限运行情况。用于晶闸管的触发电路。重点熟悉锯齿波移相的触发电路的原理，了解集成触发芯片及其组成的三相桥式全控整流电路的触发电路，建立同步的概念，了解同步电压信号的选取方法。28本章小结大功率可控整流3.8

整流电路相位控制的实现相控电路：晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。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触发角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脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。相控触发电路的作用：保证触发脉冲与主电路同步，必须每周期同步一次，且a有足够的调节范围。晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。293.8整流电路相位控制的实现相控电路：相控电路的驱3.8.1

同步信号为锯齿波的触发电路输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。图3-50同步信号为锯齿波的触发电路303.8.1同步信号为锯齿波的触发电路输出可为双窄脉冲（适3.8.1

同步信号为锯齿波的触发电路1)脉冲形成与放大环节V4、V5—脉冲形成V7、V8—脉冲放大电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。（1）当V4的基极电压uco=0时，V4截止。+E1电源通过R11提供给V5一个足够大的基极电流，使V5饱和导通。所以V5集电极电压接近于-E1，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电源+E1经R9、V5的发射极到-E1对电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1（30V），极性左正右负。313.8.1同步信号为锯齿波的触发电路1)脉冲形成与放图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-32图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-4（2）当uco≥0.7V时，V4导通。A点电位从+E1突降到1V，由于电容C3两端电压不能突变，所以V5基极电位也突降到-2E1，V5基射极反偏置，V5立即截止。它的集电极电压由-E1迅速上升到钳位电压3.1V时，使得V7、V8导通，输出触发脉冲。同时电容C3由+E1经R11、VD4、V4放电并反向充电，使V5基极电位逐渐上升。直到V5基极电位ub5>-E1，V5又重新导通。这时V5集电极电压又立即降到-E1，使V7、V8截止，输出脉冲终止。可见，脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度由反向充电时间常数R11C3决定。33（2）当uco≥0.7V时，V4导通。A点电位从+E1突

V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者叠加所定,它们分别通过电阻R6、R7、R8与V4基极连接。产生触发脉冲。改变uco便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。以直流可逆系统为例，当uco=0时，调节up的大小使产生脉冲的M点对应α=90º的位置，此时输出电压为0；如果uco为正值，M点就向前移，控制角α<90º，处于整流工作状态；如uco为负值，M点就向后移，控制角α>90º，处于逆变状态。3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路2)锯齿波的形成和脉冲移相环节34V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-35图3-50同步信号为锯齿波的触发电路+-73681点2点3点4点5点371点2点3点4点5点9锯齿波电压形成采用恒流源电路。恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成

V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路

当V2截止时，恒流源电流I1C对电容C2充电，所以C2两端的电压uC按线性增长,即ub3按线性增长。调节电位器RP2，可以改变C2的恒定充电电流I1C。当V2导通时，因R4很小所以C2迅速放电，使得ub3电位迅速降到零伏附近。当V2周期性地导通和关断时，ub3便形成一锯齿波。射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。38锯齿波电压形成采用恒流源电路。恒流源电路方案，由V1、V2、图3-50

同步信号为锯齿波的触发电路39图3-50同步信号为锯齿波的触发电路114012锯齿波是由开关V2管来控制的。V2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交流电压决定。V2截止期间产生锯齿波；V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时间常数R1C1。41锯齿波是由开关V2管来控制的。133.8.1

同步信号为锯齿波的触发电路3)同步环节同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。同步环节是由同步变压器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶体管V2组成。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。423.8.1同步信号为锯齿波的触发电路3)同步环节同步同步电压uTS经二极管VD1加在V2的基极上。当电压波形在负半周的下降段时，R点为负电位，VD1导通，电容C1被迅速充电。Q点电位与R点相近，故在这一阶段V2基极为反向偏置，V2截止。43同步电压uTS经二极管VD1加在V2的基极上。

在负半周的上升段，+E1电源通过R1给电容C1充电，其上升速度比uTS波形慢，uQ为电容反向充电波形。当Q点电位达1.4V时，V2导通，Q点电位被钳位在1.4V。直到TS二次电压的下一个负半周到来，VD1重新导通，C1放电后又被充电，V2截止。锯齿波总是对应于同步信号的负半周产生。如此循环往复，在一个正弦波周期内，包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的。44在负半周的上升段，+E1电源通过R1给电容C45174)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，所以只要用适当的信号来控制V5和V6的截止（前后间隔60°）就可以产生符合要求的双窄脉冲只要将后一只管子触发单元的X接到前一个触发单元的Y即可。在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按下图接线。六个触发器的连接顺序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。464)双窄脉冲形成环节V5、V6构成“或”门1847194820492150222.9.3

触发电路的定相触发电路的定相——触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。图2-58

三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图Ott1t2uaubucu2ua-512.9.3触发电路的定相触发电路的定相——触发电采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为240º，上升段起始的30º和终了段30º线性度不好，舍去不用，使用中间的180º。所以取同步波-ua。三相桥整流电路大量用于直流电机调速系统，且通常要求可实现再生制动，使Ud=0时的触发角α为90º。当α<90º时为整流工作，α>90º时为逆变工作。将α=90º确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90º的移相范围。α=0º对应于ua的30º的位置，说明VT1的同步电压应滞后于ua180º。对于其他5个晶闸管，也存在同样的关系，即同步电压滞后于主电路电压180º。因此一旦确定了整流变压器和同步变压器的接法，即可选定每一个晶闸管的同步电压信号。52采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点对应2.9.3

触发电路的定相变压器接法：主电路整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为D,y-11,5联结。图2-59

同步变压器和整流变压器的接法及矢量图532.9.3触发电路的定相变压器接法：主电路整流变压2.9.3

触发电路的定相表2-4三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图2-59变压器接法时）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5