第3章7相控整流電路的驅(qū)動(dòng)

1、可控整流電路（可控整流電路（AC-DC）（八）（八）Controlled Rectifier主講：伍文俊自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-2相控電路相控電路 晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角a a的大小來(lái)控制的大小來(lái)控制輸出電壓大小。交流電力變換電路和交交變頻電路也采輸出電壓大小。交流電力變換電路和交交變頻電路也采用晶閘管相控方式。用晶閘管相控方式。相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角角a a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效

2、的觸的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖發(fā)脈沖-同步觸發(fā)電路同步觸發(fā)電路。3.8 相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 （Gate Drive Circuits）自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-3一、一、Thyristor Gate Drive Circuit Requirements1、觸發(fā)信號(hào)形式、觸發(fā)信號(hào)形式 交流、直流和脈沖。為減小門極損耗，一般為脈沖形式。2、觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠功率（電壓、電流）、觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠功率（電壓、電流）3、觸發(fā)脈沖寬度、觸發(fā)脈沖寬度 一般為 （m為整流器的相數(shù)），但為減小門極功耗，一般宜采用較窄脈沖。 觸發(fā)脈沖

3、最小寬度主要保證觸發(fā)脈沖作用期間，晶閘管陽(yáng)極電流能上升到擎住電流值上。綜合考慮陽(yáng)極電流斷續(xù)、開(kāi)通時(shí)間、串并聯(lián)保護(hù)等因素，觸發(fā)脈沖最小寬度約為：1015。m2自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-4寬脈沖：寬脈沖：特點(diǎn)：1）脈沖變壓器體積大； 2）脈沖前沿不陡； 3）較大時(shí)，晶閘管承受反壓時(shí)，門極仍有脈沖，反向漏電流增加，損耗大。窄脈沖：窄脈沖：特點(diǎn)：1）脈沖變壓器體積小； 2）多只晶閘管并聯(lián)，在窄脈沖作用時(shí)間內(nèi)可能某些管子不能開(kāi)通，引起其他元件過(guò)載，可靠性差； 3）較大時(shí)，負(fù)載電流很小時(shí)，陽(yáng)極電流易斷續(xù)，變流器可靠性差。 自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣

4、系-電力電子技術(shù)-54、強(qiáng)觸發(fā)、強(qiáng)觸發(fā)作用作用： 1）脈沖前沿越陡，導(dǎo)通面積擴(kuò)展速度越快； 2）晶閘管串并聯(lián)時(shí)，保證晶閘管同時(shí)開(kāi)通。 5、同步與移相、同步與移相6、觸發(fā)脈沖的對(duì)稱、觸發(fā)脈沖的對(duì)稱7、觸發(fā)脈沖的頻率可調(diào)、觸發(fā)脈沖的頻率可調(diào) 強(qiáng)觸發(fā)形式：強(qiáng)觸發(fā)形式：Ikm通常為Ik1的5倍。t1：脈沖前沿時(shí)間，上升速度0.5A/us;t2：強(qiáng)觸發(fā)脈沖寬度50us;t3：觸發(fā)脈沖持續(xù)時(shí)間550us(10)。 自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-6二、二、Drive Circuit Classification1 1、由分立元件構(gòu)成的觸發(fā)器、由分立元件構(gòu)成的觸發(fā)器1）同步電

5、壓為正弦波的觸發(fā)電路；2）同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路；3）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。2 2、由集成電路構(gòu)成的觸發(fā)器、由集成電路構(gòu)成的觸發(fā)器1）TC787-三相，TC785-單相；2）KC系列。3）數(shù)字觸發(fā)器等。3 3、由可編程邏輯器件、微處理器、微控制器等構(gòu)成的觸、由可編程邏輯器件、微處理器、微控制器等構(gòu)成的觸發(fā)器發(fā)器 如如DSPDSP、單片機(jī)、單片機(jī)、FPGAFPGA等等自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-7同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)鋸齒波形成鋸齒波形成脈沖形成脈沖形成雙窄脈沖雙窄脈沖放大放大控制信號(hào)控制信號(hào)三、三、Sawtooth

6、Wave Synchronous Trigger Circuit鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路輸出：輸出：窄脈沖（可以是雙窄脈沖）；主要環(huán)節(jié)：主要環(huán)節(jié)：同步，鋸齒波形成與移相， 脈沖形成與放大，雙窄脈沖，強(qiáng)觸發(fā)。觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-8同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié) 觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。 -同步變壓器（起隔離和同步作用）同步變壓器（起隔離和同步作用） u鋸齒波是由開(kāi)關(guān)鋸齒波是由開(kāi)關(guān)V2管來(lái)控制的：管來(lái)控制的

7、：鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電自舉式電路路、恒流源電路恒流源電路等，本電路采用恒流源電路。等，本電路采用恒流源電路。 恒流源電路方案由恒流源電路方案由V1、V2、V3和和C2等元件組等元件組成，其中成，其中V1、VS、RP2和和R3為一為一恒流源電路恒流源電路自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-9脈沖形成與放大環(huán)節(jié)脈沖形成與放大環(huán)節(jié) 由晶體管由晶體管V V4 4、V V5 5組成，組成，V V7 7、V V8 8起起脈

8、沖放大脈沖放大作用。作用。 控制電壓控制電壓u ucoco加在加在V V4 4基極基極上上 電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TPTP二次側(cè)輸出，二次側(cè)輸出，其一次繞組接在其一次繞組接在V V8 8集電極電路中。集電極電路中。 脈沖前沿由脈沖前沿由V V4 4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向?qū)〞r(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)充電回路時(shí)間常數(shù)R R1111C C3 3有關(guān)。有關(guān)。V2V2開(kāi)關(guān)的頻率就是開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率鋸齒波的頻率；V2V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波鋸齒波起點(diǎn)鋸齒波起點(diǎn)基本就基本就是同步電壓由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)。是同步電壓由正

9、變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)。V2V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度鋸齒波的寬度取決于充取決于充電時(shí)間常數(shù)電時(shí)間常數(shù)R R1 1C C1 1、RPRP2 2 、電源、電源1/41/4周期周期。鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-10n雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-11n強(qiáng)觸發(fā)強(qiáng)觸發(fā)V5、V6構(gòu)成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)“或或”門門 當(dāng)當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒(méi)有脈沖輸出。都

10、截止，沒(méi)有脈沖輸出。 只要只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。導(dǎo)通，有脈沖輸出。 第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元產(chǎn)生。隔第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元產(chǎn)生。隔60 的第二個(gè)脈沖是由滯的第二個(gè)脈沖是由滯后后60 的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過(guò)的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過(guò)V6）。）。在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)樵谌鄻蚴饺卣麟娐分?，器件的?dǎo)通次序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此間隔，彼此間隔60 ，相鄰器件，相鄰器件成雙接通成雙接通，所以某，所以某個(gè)器件導(dǎo)通的同時(shí)，觸發(fā)單元需要給前一個(gè)導(dǎo)通的器件補(bǔ)送一個(gè)個(gè)器件導(dǎo)通的同時(shí)，觸發(fā)單元需要給

11、前一個(gè)導(dǎo)通的器件補(bǔ)送一個(gè)脈沖。脈沖。 鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路雙脈沖電路雙脈沖電路：每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周：每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)間隔期內(nèi)輸出兩個(gè)間隔60 的脈沖的電路。的脈沖的電路。觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-12Key points：1）脈沖寬度：V5截止的時(shí)間-R11和C3；2）移相范圍： 鋸齒波寬度：RP2、R1、C1；3）控制角： Rp1、Rp2、uco；4）在一個(gè)正弦周期中只發(fā)一次脈沖，且主要在正弦波的負(fù)半周。鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路為什么需要三個(gè)？觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信

12、工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-13四、四、 Synchronization考慮：考慮：1）整流電路形式與整流變壓器接法；2）同步變壓器繞組的解法；3）觸發(fā)電路中同步電壓的相位與觸發(fā)脈沖的相位。 以單相全控橋式電路為例。主電路及整流變壓器、同步變壓器接法如下，采用本節(jié)的同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路，試設(shè)計(jì)各晶閘管的同步電壓；=30時(shí)，試畫出主電路、觸發(fā)電路與脈沖的相位關(guān)系圖。鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-14方案一：鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形VT1VT4VT2VT3自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣

13、系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-15。sabssbasabsuuuuu21;同步電壓：波形：鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-16方案二：鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形VT1VT4VT2VT3自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-17。sabssbasabsuuuuu21;同步電壓：波形：鋸齒波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路觸發(fā)電路波形觸發(fā)電路波形自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-18 思考題：思考題： 三相全控橋式整流電路。主電路整

14、流變壓器為Y/Y接法、控制電路同步變壓器為/Y接法，采用本節(jié)的同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路，試設(shè)計(jì)各晶閘管的同步電壓；=30時(shí)，試畫出主電路、觸發(fā)電路與脈沖的相位關(guān)系圖。自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-19同步變壓器：VT1VT2VT3VT4VT5VT6自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-20三相同步變壓器的接法與鐘點(diǎn)數(shù)三相同步變壓器的接法與鐘點(diǎn)數(shù)自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-213.9 3.9 集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R2

15、0RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous圖圖3-52 KJ004電路原理圖電路原理圖集成電路集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，已逐步取可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，已逐步取代代分立式電路分立式電路。 KJ004 與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路

16、相似與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為分為同步同步、鋸齒波形成鋸齒波形成、移相移相、脈沖形成脈沖形成、脈沖分選脈沖分選及及脈沖放大脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。幾個(gè)環(huán)節(jié)。自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系-電力電子技術(shù)-22usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6腳為6路單脈沖輸入)12345671110914131281615KJ041(1510腳為6路雙脈沖輸出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R1

17、4R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6完整的三相全控橋觸發(fā)電路完整的三相全控橋觸發(fā)電路 3個(gè)個(gè)KJ004集成塊集成塊和和1個(gè)個(gè)KJ041集成塊集成塊，可形成六路雙，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。沖放大即可。 KJ041內(nèi)部是由內(nèi)部是由12個(gè)二極個(gè)二極管構(gòu)成的管構(gòu)成的6個(gè)個(gè)或門或門，其作用是，其作用是將將6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為6路雙路雙脈沖輸出。脈沖輸出。模擬觸發(fā)電路與數(shù)字觸發(fā)電模擬觸發(fā)電路與數(shù)字觸發(fā)電路路 模擬觸發(fā)電路模擬觸發(fā)電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠;缺點(diǎn)是易受電缺點(diǎn)是易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較高，度較高， 可達(dá)可達(dá)3 4 ，精度低。，精度低。 數(shù)字觸發(fā)電路數(shù)字觸發(fā)電路的脈沖對(duì)稱的脈沖對(duì)稱度很好，如基于度很好，如基于8位單片機(jī)的位單片機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)0.7 1.5 。自動(dòng)化與信工程學(xué)院電氣系自動(dòng)化與信工程學(xué)