相位控制型整流器課件

1、第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 第第4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.1 可控整流電路可控整流電路 4.2 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 4.3 DZ603系列通信用晶閘管整流器系列通信用晶閘管整流器 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.1 可控整流電路可控整流電路 4.1.1 單相半波可控整流電路 1. 電阻性負載 電阻負載單相半波可控整流電路如圖 4-1 所示。 圖中VT是晶閘管，u2是電源電壓瞬時值，i2是電流瞬時值，ud是負載電壓瞬時值，id是負載電流瞬時值，Ud是負載電壓平均值，Id是負載電流平均值，uVT是晶閘管壓降瞬時值。第第4 4章章 相位控

2、制型整流器相位控制型整流器 圖 4-1 電阻負載單相半波可控整流電路及工作波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1) 工作過程 在電源電壓u2正半周內(nèi)， 晶閘管承受正向陽極電壓， 但是,t時， 由于未加門極觸發(fā)信號， 所以， 晶閘管不能導通。 在t=處， 加入控制電壓ug， 晶閘管觸發(fā)導通， 電壓u2加在負載兩端(忽略uVT)， 電流流過負載， 如圖 4-1(d)所示。當u2過零變負時， 晶閘管因流過它的電流小于維持電流而關(guān)斷。 在u2負半周內(nèi)， 晶閘管承受反向陽極電壓， 不管門極有無觸發(fā)信號， 都不會導通， 負載Rd上的電壓、 電流均為零。 第第4 4章章 相位控制型整流器相

3、位控制型整流器 t=t2時， 加入觸發(fā)電壓ug， 晶閘管導通。 如果觸發(fā)信號周期地加到門極， 負載就可得到一連串單向脈動電壓ud和電流id， 波形如圖 4-1(d)所示。 如果忽略晶閘管的壓降， 則VT導通時uVT=0, VT截止時，uVT=u2，uVT的波形如圖 4-1(e)所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖中稱為控制角， 它是指晶閘管開始承受正向電壓到觸發(fā)脈沖加入之間的電角度。 稱為導通角， 它是指一個周期內(nèi)晶閘管導通的電角度。 改變加入觸發(fā)信號ug的時刻， 控制角便隨之改變， 這叫做觸發(fā)信號移相。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2) 輸出電壓電

4、流與控制角的關(guān)系 (1) 負載電壓平均值Ud、 負載電流平均值Id與的關(guān)系。 由波形圖可以看出， 負載電壓平均值Ud為： 2cos145. 0)(sin22122UttdUUad由于負載是電阻性的， 所以輸出電流平均值為： 2cos145. 02ddddRURUI第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-2 電壓比、 電流比和cos 與的關(guān)系第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 不難看出， Ud、 Id隨控制角而變， 越大， Ud、 Id越?。?反之， Ud、 Id增大； 當=0時， Ud=0.45U2， 當=時， Ud、 Id為零。不同時， 負載電壓平均值與電源電

5、壓有效值的比值Ud/U2如圖 4-2 中的曲線所示。 如果控制角已經(jīng)確定， 則可方便地從圖 4-2 找出Ud/U2； 若已知Ud， 便可求出U2； 若已知U2， 也可求出Ud。 若U2、 Ud都已知， 即可按下式求出：145. 02arctan2UUd第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 (2) 負載電壓有效值U、 負載電流有效值I與的關(guān)系。 負載電壓有效值為：22sin41sin221222UtdtUU負載電流有效值為：22sin412ddRURUII與Id的比值為： )cos1 (2)(22sindII第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3) 功率因數(shù)cos 與的

6、關(guān)系 電源供給的有功功率與電源的視在功率之比， 叫做功率因數(shù)， 用cos 表示。 電源的視在功率為： S=U2I2=U2I 電源供給的有功功率為： P=UI 因此，22sin41cos2IUUISP第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4) 晶閘管的選擇 由波形圖可以看出， 晶閘管正、 反向阻斷時， 承受的電壓最大值就是U2的峰值， 即 。 考慮安全系數(shù)， 晶閘管額定電壓應選為：2max2UUVT2max2) 32() 32(UUUVTN 晶閘管的額定電流應為=0時負載電流平均值Id0的 1.52倍， 即IN=(1.52)Id0。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 例

7、： 電源電壓為 220 V、 電阻性負載的單相半波可控整流電路， 要求輸出電壓平均值為 24 V， 最大輸出直流電流為 10 A。 試計算晶閘管的控制角、 電流有效值I、 功率因數(shù)cos ， 并選用合適的晶閘管。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 電感性負載 在有些應用中， 整流電路的負載既有電阻， 又有電感。 當負載的感抗L與電阻Rd相比不可忽略時， 負載即為電感性。 整流器輸出端接的平波電抗器、 電機的勵磁線圈等就是電感性負載。 電感負載單相半波可控整流電路如圖 4-3(a)所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 在電源電壓u2正半周t=處， 晶閘管觸

8、發(fā)導通， 忽略晶閘管的壓降， 輸出電壓的有效值Ud為：tURidtdiLUUUURLdsin222即 該方程的解為： tLRAetUi)/(2)sin(22第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 式中， 負載阻抗 ， 阻抗角 ，常數(shù)A可根據(jù)起始條件(t=時i=0)求出。22)( LRZRLarctan)/)(/(2)sin()sin(22tLRetUi當t=時， 負載電流i=0， 即： )/)(/(sinsintLRe可見， 給定、 、 R、 L時， 即為確定值。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 負載電流的波形如圖 4-3(d)所示， 該電流由兩個分量組成。 由于負載

9、電感的作用，晶閘管導通后， 電流id只能從零開始逐漸增大， 此時， 電源供給的能量， 一部分消耗在電阻R上， 一部分貯存在電感中。 當電源電壓u2下降過零變負時， 電流id逐漸減小， 電感上產(chǎn)生左“-”右“+”的感應電勢， 阻礙電流id減小。只要 eLu2， 晶閘管就仍然維持導通狀態(tài)， 這時， 電感釋放的能量， 一部分消耗在電阻上， 一部分送回電源， 負載電壓瞬時值ud出現(xiàn)負值， 如圖 4-3(e)所示。 t=時， u2與eL數(shù)值接近(方向相反)， 陽極電流Ia小于維持電流IH， 晶閘管關(guān)斷， 并立刻承受反向電壓， 如圖 4-3(f)所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖

10、4-3 電感負載單相半波可控 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 由波形圖可以看出， 由于負載電感的作用， 導通角增大了0導通角與負載阻抗角有密切的關(guān)系， 在負載電阻R一定的條件下， 值越大， 表示電感L越大， 電源電壓上升時， L貯存的能量越多， 因而， 電源電壓下降時， 維持晶閘管導通的時間越長， 即越大。 也受的影響， 一般來說， 越小， 越大。 由于負載電感的存在， 晶閘管的導通角增大， 負載電壓出現(xiàn)負值， 因而負載電壓平均值Ud降低。 為了防止輸出電壓出現(xiàn)負值， 可在負載兩端并聯(lián)一只二極管VD，如圖 4-4 所示。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖

11、4-4 帶續(xù)流二極管的單相半波整流電路及 工作波形可控整流電路及工作波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 加續(xù)流二極管后， 輸出電壓不再出現(xiàn)負值， 從而提高了平均電壓Ud。 輸出電壓ud的波形與電阻負載時相同， 負載電流的波形與電阻性負載時差別很大， 晶閘管導通時，負載電流ID由電源提供； 續(xù)流二極管導通時， id由自感電勢提供， 如圖 4-4(f)、 (g)所示。 若負載的感抗LdRd， id的脈動很小， 波形趨于一條直線。 在大電感負載整流電路中， 觸發(fā)信號要有一定的寬度， 以免晶閘管觸發(fā)后， 陽極電流尚未達到掣住電流， 觸發(fā)信號就消失， 使晶閘管又恢復阻斷狀態(tài)。第第4 4

12、章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 單相半波可控整流電路的優(yōu)點是電路簡單， 調(diào)整方便； 缺點是輸出電壓低， 脈動大， 輸入端不接電源變壓器時， 交流回路中有直流電流流過， 造成電網(wǎng)損耗增大。 使用電源變壓器時， 次級電流的直流分量使鐵芯磁化， 變壓器利用率降低。 所以， 這種電路只適用于小容量整流器。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.1.2 單相半控橋式整流電路 單相半控橋式整流電路如圖 4-5 所示， 它由兩個晶閘管、 兩個二極管和負載組成。VT1與VD2組成一個橋臂， VT2與VD1組成另一個橋臂。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-5 單相半

13、控橋式整流電路及工作波形VT2VT1u2VD1VD2Rdbacd(a)0udu2idu2udid0uVT10uVD1(b)(c)(d) t t t第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1. 電阻性負載 1) 工作過程 當電源電壓u2的a端為正、 b端為負時， 晶閘管VT1與二極管VD2承受正向電壓。 在t=時，VT1觸發(fā)導通， 電流id經(jīng)a點VT1RdVD2回到u2。 u2過零時，VT1因通過它的電流小于IH而關(guān)斷。 當u2的b端為正、 a端為負時，VT2與VD1承受正向電壓。 在t=+時，VT2觸發(fā)導通， 電流由b點VT2RdVD1回到u2， 當u2再次過零時，VT2因電流小于I

14、H而關(guān)斷。 ud、 id波形如圖 4-5(b)所示。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 晶閘管VT1兩端電壓uVT1的波形如圖 4-5(c)所示。 在0之間，VT1和VD2承受正向電壓，VD2導通， uVD2=0， 所以uVT1=u2; 在之間，VT1導通， uVT1=0; 在+之間， 輸出電壓ud=0， d點和c點同電位， 二極管VD1兩端電壓uVD1=0, a點與c點同電位， 因此a點與d點同電位， 即uVT1=0；在+到2之間，VT2導通， b點與d點同電位， 因此uVT1=u2。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2) 平均值、 有效值與控制角的關(guān)系(1)

15、 輸出電壓和電流的平均值與的關(guān)系：2cos19 . 02cos19 . 0)cos1 (2)(sin2122220dddddRURUIUUttdUU第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 (2) 輸出電壓和電流有效值與的關(guān)系：2sin212sin21)(sin2122220ddRURUIUtdtUU第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 (3) 通過晶閘管和二極管的電流有效值與的關(guān)系： IRUtdtRUIIddVDVT212sin212)(sin221222=0時， Ud=0.9U2， =時， Ud=0， 該電路的移相范圍為0180。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制

16、型整流器 (4) 功率因數(shù)cos 與的關(guān)系：2sin21cos22UUIUUISP第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 電感性負載 電感性負載單相半控橋式整流電路和波形， 如 圖 4-6 所示。 假定 LdRd， 輸出電流id的波形為一條直線， 還假定電路工作已穩(wěn)定。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-6 電感負載單相半控橋式整流電路及工作波形 VT1(a)(b)u2i2VT2VD1VD2udRdidLdu20(c)ud0 (d)id0Id(e)i VT10Id(f)i VD20Id(g)i VT20Id(h)i VD10Id ti 20Id(i) t

17、t t t t t t第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 在u2正半周內(nèi)， 晶閘管VT1與二極管VD2承受正向電壓。 當t=時，VT1導通。 當u2過零變負時， 電感產(chǎn)生的自感電動勢使VT1繼續(xù)導通， 但是， 這時，VD2截止，VD1導通， 電流流過Ld、 Rd、VD1、VT1。VT1與VD1起續(xù)流作用， 輸出電壓等于VT1與VD1兩管的通態(tài)壓降， 近似為零。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 在u2負半周內(nèi)，VT2與VD1承受正向電壓。 在t=+時， VT2觸發(fā)導通，VT1因承受反向電壓而關(guān)斷。 電流流經(jīng)VT2、 負載、VD1。 當u2過零變?yōu)檎龝r，VD2導通，V

18、D1截止，VT2、VD2續(xù)流， 輸出電壓近似為零。 輸出電壓波形與電阻性負載時完全相同， 所以， 可用同一公式計算。 移相范圍也是0180。 輸出電流是穩(wěn)定直流， iVT1、 iVT2、 iVD1、 iVD2的波形都是寬度相等的方波， 晶閘管和二極管承受的最高電壓仍為 U2。2第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 為了避免出現(xiàn)失控現(xiàn)象， 通常在輸出端并聯(lián)一個續(xù)流二極管VD3， 如圖 4-7(a)所示。 續(xù)流期間， 負載電流流過VD3， 晶閘管因陽極電流小于維持電流而關(guān)斷， 輸出電壓、 電流波形如圖 4-7(b)所示。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-7 帶

19、續(xù)流二極管的橋式整流電路及工作波形 VT1(a)(b)u2i2VT2VD1VD2udRdidLdu20(c)ud0(d)id0Id(e)i VT10Id(f)i VT20Id(g)i VDS0Idi 20Id(h)VDSi VD2i VD1Id t t t t t t t第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3. 反電勢負載 蓄電池和直流電動機為整流電路的反電勢負載。 負載為蓄電池時， 整流電路及其輸出電壓電流波形如圖 4-8 所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-8 反電勢負載單相半控橋式整流電路及工作波形VT2VT1u2VD1R(a)0ud0(b)VD

20、212EududidIduVT10E t t tE第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 如果電源電壓u2和反電勢E已定， u2小于E時， 晶閘管不導通， 停止導電角可由下式求出：22arctanUE當時， 輸出電壓平均值為： )()sin2(12tdEtUEUd第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 當時， 因為u2E， 在t=處加入觸發(fā)脈沖， 晶閘管不能立刻導通。 為了保證觸發(fā)， 觸發(fā)脈沖要有較大的寬度， 此時， 輸出電壓平均值為：dddIEUI第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.1.3 三相半波可控整流電路 三相半波可控整流電路如圖 4-9(a)所示

21、， 它由晶閘管VT1、VT2、VT3、 負載和電源變壓器組成。 三個晶閘管的陰極接在一起， 這種接法叫做共陰極接法(三個晶閘管的陽極接在一起時， 叫共陽極接法)。 圖 4-9(b)中， 1、 2、 3點是相鄰兩相電壓的交點， 是不可控整流電路的換相點， 稱為自然換相點。 對三相可控整流電路來說， 自然換相點就是控制角的零點。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1. 工作過程 1) =0時 觸發(fā)信號在自然換相點加入， 三個晶閘管按VT1、VT2、VT3的順序依次導通、 關(guān)斷。 在t1t2期間， a相電壓最高，VT1觸發(fā)導通，VT3因承受反壓而關(guān)斷， 負載得到a相電壓。 在t2t3期

22、間， b相電壓最高，VT2觸發(fā)導通，VT1關(guān)斷， 負載得到b相電壓。在t3t4期間， c相電壓最高，VT3觸發(fā)導通，VT2關(guān)斷，負載得到c相電壓。 依此類推， 每個管子在一個周期內(nèi)導通 120， 負載電壓ud在一個周期內(nèi)脈動三次。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 電流id的波形與電壓波形相同， 如圖 4-9(d)所示。晶閘管VT1兩端電壓uVT1的波形如圖 4-9(f)所示，VT1導通期間， uVT1=0，VT2導通期間， uVT1=uab，VT3導通期間， uVT1=uac。 流過VT1的電流iVT1的波形如圖 4-9(e)所示， 顯然IVT1=Id/3。第第4 4章章 相

23、位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-9 三相半波可控整流電路及=0時的波形(a)RdB0dudid(b)u20(c)ug0(d)ud0(e)iVT10(f)uVT10uabuac 0abca123t1t2t3t4cbaVT1VT2VT3 t t t t t第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2) 030時 每個晶閘管仍然導通 120， 負載電壓波形連續(xù)。 圖 4-10是=30時整流電路的波形。 從圖中可以看出， 在t0點，VT1雖承受正向電壓， 但因沒有觸發(fā)信號而不能導通。 在t1點，VT1觸發(fā)導通，VT3因承受反向電壓而關(guān)斷。 同理， 在t2點，VT2觸發(fā)導通，VT1關(guān)斷。

24、 在t3點，VT3觸發(fā)導通，VT2關(guān)斷。 如此循環(huán)， 在負載上可得到連續(xù)脈動的直流電壓ud， 如圖 4-10(c)所示。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3) 30150時 30時， 電壓ud波形間斷。 =30是輸出電壓ud連續(xù)與斷續(xù)的臨界角。圖 4-11 是=60時整流電路的波形。 在t0點后， a相電壓雖然最高， 但無發(fā)觸發(fā)信號，VT1不能導通， ud為零。 在t1時，VT1觸發(fā)導通， 到t2時，VT1自行關(guān)斷。 t3時，VT2導通， 依此類推， 負載上得到斷續(xù)的電壓波形， 如圖 4-11(c)所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 晶閘管VT1兩端電壓u

25、VT1的波形如圖 4-11(e)所示。VT1導通期間， uVT1=0；VT2導通期間， uVT1=uab；VT3導通期間， uVT1=uac； 三只晶閘管均不導通時， ud=0， 在電路圖中， d點與 0 點同電位， 因此， uVT1=ua。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-10 =30時的波形 (a)u20(b)0(c)ud0(d)iVT10(e)uVT10uabuac 30abcat0t2t3t1(ia)t1uac t t t t t第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-11 =60時的波形 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2.

26、 輸出電壓和電流的平均值與的關(guān)系 由于每個晶閘管的導電情況完全相同， 所以整流電壓平均值可通過計算某一相電壓在一個脈動期的平均值求得。 30時，cos17. 1cos3223)(sin22322656UttdUUd第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 30時， 6cos1675. 06cos1223)(sin223226UttdUUd第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 由該式可以看出， =5/6 時， Ud=0， 因此， 的移相范圍為 150。 當為不同數(shù)值時， 根據(jù)負載電壓平均值， 即可求出相應的負載電流平均值Id：dddRUI 第第4 4章章 相位控制型整流器相位

27、控制型整流器 在每個周期中， 三只晶閘管交替工作， 因此， 流過每只晶閘管的電流應為負載電流的三分之一， 即： ddddVTRUII3131 三個晶閘管都不導通時， 每個管子上承受的電壓是相電壓； 某個管子導通時， 另外兩個管子承受的最高電壓為峰值線電壓 U2。 晶閘管的額定值應為： 6dVTNNIIUU)25 . 1 (6) 32(2第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 當很大時， 流過晶閘管的電流有效值IVT遠遠大于電流平均值IdVT， 因此， 選擇元件時， 應首先計算電流有效值， 然后再換算為=0時的電流平均值， 即：57. 1)25 . 1 (VTNII第第4 4章章 相位

28、控制型整流器相位控制型整流器 4.1.4 三相半控橋式整流電路 為了提高輸出電壓， 改善輸出電壓波形， 并保證三相電網(wǎng)平衡， 大功率整流裝置一般都采用圖 4-12(a)所示的三相半控橋式整流電路。 它實際上由三相半波可控整流電路和三相半波不控整流電路串聯(lián)而成。 對共陽極組的VD4、 VD6、 VD2來說， 陽極電位相同， 陰極電位最低的二極管導通； 對共陰極組的VT1、 VT3、 VT5來說， 陰極電位相同， 陽極電位最高且加有觸發(fā)信號的晶閘管導通。 負載電流總是通過一個晶閘管和一個二極管。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-12 三相半控橋式整流電路及=0時的波形VT3

29、VT1aVD2Rd(a)0u2ud(b)VT5VD6VD4bcu2L(c)0uduVT1(1) (2) (3) (4) (5) (6)uabuacubcubaucaucbuabacbab t t第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1. 工作過程 1)=0時 為了討論方便， 我們把一個周期分成六段， 根據(jù)共陰極組晶閘管與共陽極組二極管的導通原則， 一個周期內(nèi)， 它們的導通順序和輸出電壓為： 區(qū) 間 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 導通的晶閘管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 導通的二極管 VD6 VD2 VD2 VD4 VD4 VD6 輸出電壓 ua

30、b uac ubc uba uca ucb 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2) 60時 當由0向60變化時， 輸出電壓ud的波形由六個完全對稱的波頭變成六個不對稱的波頭。 =60時， 變成三個對稱連續(xù)的波頭。 圖4-13 為=30時， 輸出電壓的波形。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-13 =30時的波形 VT3VT1aVD2Rd(a)0u2(b)VT5VD6VD4bcu2L(c)0uVT1uabuacubcubaucaucbiduddd20 t t t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8abcaa30第第4 4章章 相位控制型整流器相位控

31、制型整流器 3) 60時 當控制角60時， 整流電路輸出電壓波形間斷。 圖 4-14 是=90時的波形。 在t1，VT1觸發(fā)導通， 負載電壓為uac。 在t2， 線電壓uac過零，VT1關(guān)斷，VT3因沒有觸發(fā)信號而不能導通。 輸出電壓為零， 在t3，VT3觸發(fā)導通， 輸出電壓為uba。VT3一直導通到uba過零， 其余類推。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-14 =90時的波形 0 t90ud2 t0uduacubcucbabct0t1t3t5t2t4uVT1 t0uacuabuabuac第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 輸出電壓、 電流的平均值

32、與的關(guān)系 為了計算輸出電壓平均值， 我們將輸出電壓波形向右移動/6，VT1導通時， 輸出電壓波形如圖 4-15 所示， ， 。tUuabsin62) 3/sin(62tUuac第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-15 VT1導通時輸出電壓波形 t0uduabuac43323第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 經(jīng)過簡單的積分運算， 可得出： 2cos178. 0312cos134. 218002cos134. 2222dddVDdVTdddddRUIIIRURUIUU第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.1.5 三相全控橋式整流電路 三相全控橋

33、式整流電路， 如圖 4-16 所示。 VT1、 VT3、 VT5為共陰極組， VT4、 VT6、 VT2為共陽極組。 共陰極中相電壓最高、 共陽極組中相電壓最低、 且加有觸發(fā)信號的兩個晶閘管導通。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-16 三相全控整流電路及=0時的波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1. 工作過程 1) =0時 =0時電路的波形如圖 4-16 所示。 在 t1t2期間， a相電壓最高， b相電壓最低， 晶閘管VT1、VT6承受正向電壓， 在t1點， 觸發(fā)VT1、VT6， 輸出電壓為uab。 在t2t3期間， a相電壓最高， c相電壓最低。

34、 在t2時，VT1、VT2觸發(fā)導通， VT6因承受反向電壓而關(guān)斷， 負載電壓為uac。 t3t4期間，VT3、VT2導通， ud為ubc。 t4t5期間， ud為uba。 t5t6期間， ud為uca。 t6t7期間， ud為uab。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 由以上分析可知， 在全控橋電路中， 要構(gòu)成負載電流通路， 必須同時有兩只晶閘管導通， 因此， 必須給承受正向電壓的兩只晶閘管同時加入觸發(fā)信號。 為此， 可以采用雙脈沖觸發(fā)信號， 如圖 4-17 所示。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-17 脈沖觸發(fā)信號第第4 4章章 相位控制型整流器相位控

35、制型整流器 2) =60時 =60時，輸出電壓波形如圖 4-18 所示。 應當注意， 在三相全控橋整流電路中，任意瞬間， 哪兩只晶閘管導通， 不僅決定于那兩只管子承受正向電壓， 還決定于那兩只管子得到觸發(fā)脈沖。 3) =90時 =90時， 輸出電壓ud的波形如圖 4-19 所示。 在t1， 給VT1、VT6加入觸發(fā)脈沖，VT1和VT6導通， 輸出電壓ud=uab， 在t1處， uab=0，VT1和VT6自然關(guān)斷， ud=0。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-18 =60時三相全控整流電路工作波形 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-18 =60時

36、三相全控整流電路工作波形 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-19 =90時三相全控整流電路工作波形 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 輸出電壓、 電流的平均值與的關(guān)系60時， 根據(jù)圖 4-20 所示的波形可知：cos3 . 2cos63)(sin626222323UUttdUUd60時， 根據(jù)圖 4-21 所示的波形可知：3cos134. 23cos163)(sin6262223UUttdUUd第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 輸出平均電流 dddRUI 圖 4-20 60時輸出電壓波形 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整

37、流器 圖 4-21 60 時輸出電壓波形 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.2 觸觸 發(fā)發(fā) 電電 路路 4.2.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 1. 單結(jié)晶體管 1) 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu) 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)如圖 4-22 所示。 圖中N型硅片與P型硅片之間形成PN結(jié)， N型硅片上焊有兩塊陶瓷片， 在N型硅片與陶瓷片之間引出第一基極b1和第二基極b2， 在P型硅片上引出發(fā)射極e。 由于這種器件只有一個PN結(jié)， 所以通常稱為單結(jié)晶體管， 由于它有兩個基極， 所以也稱為雙基極二極管。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-22 單結(jié)管的結(jié)構(gòu)和符號第第4 4章章 相位控制型整

38、流器相位控制型整流器 2) 單結(jié)管的特性 單結(jié)管特性的實驗電路如圖 4-23(a)所示。 開關(guān)S打開時， b1 , b2兩端電壓Ubb為零， e與b1構(gòu)成普通二極管。Ue與Ie關(guān)系曲線與普通二極管的伏安特性曲線一樣。 合上S后，Ubb加到b1 , b2之間(Ue=0)， 經(jīng)Rb1與Rb2分壓，A點與b1之間的電壓為：bbbbbbbbbbAUURRRRRU1211第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-23 單結(jié)管特性實驗電路及特性曲線第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 單結(jié)管張弛振蕩器 1) 工作過程 單結(jié)管張弛振蕩器電路如圖 4-24(a)所示。 接通電

39、源后， 電源E經(jīng)電阻Re給電容C充電，C上電壓uC(=ue)按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。 充電時間常數(shù)充為ReC。uC小于峰點電壓UP時， 單結(jié)管截止； uC達到UP時， 單結(jié)管導通， 工作于負阻區(qū)， 電容C經(jīng)Rb1、R1迅速放電。 放電時間常數(shù)放為(Rb1+R1)C。 當uC降低到谷點電壓UV時， 發(fā)射極電流Ie小于谷點電流IV， 單結(jié)管迅速截止，uR1消失。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-24 單結(jié)管張弛振蕩器及其工作波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2) 振蕩頻率 由于電容C的充電時間常數(shù)充遠大于放電時間常數(shù)放， 計算振蕩周期時， 可忽略C的放電時

40、間， 因此， 振蕩周期T就等于電容兩端電壓uC從零上升到峰點電壓UP的時間。 已知:)1 ()(CRtCeeeEuu第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 因為單結(jié)管導通前， 內(nèi)阻較大， 故流過電阻Rbb、 R1和R2的電流很小， 可認為UbbE， 所以UP= Ubb+UVD=E+UVDE 當t=T時， uC=UP時， 即： 11ln)1 (CRTEeEeCRte故振蕩頻率f為： 11ln11CRTfe第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3) 輸出脈沖的寬度和幅度電容C放電時， uC從UP按指數(shù)規(guī)律下降， 即：CRtPCeUu1 當uC下降到谷點電壓UV時， 單結(jié)管截止

41、， 輸出脈沖消失， 因此電容C的放電時間t放(即輸出脈沖的寬度)等于uC從UP下降到UV所需的時間， 即：VPCRtPVUUCRteUUln11放放因此， 輸出脈沖寬度t放為： 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 單結(jié)管導通后， 等效二極管VD和電阻Rb1上的壓降相當小， 輸出脈沖電壓Ug的幅值為： Ug=UP第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4) 元件的作用與選擇 Re： Re是限流電阻。 當單結(jié)管發(fā)射極電壓Ue上升到峰點電壓UP時， 通過電阻Re的電流大于IP， 單結(jié)管才能導通。 因此， Re要滿足關(guān)系式：PPePePIUERIRUE即： 第第4 4章章 相位

42、控制型整流器相位控制型整流器 當Ue下降到谷點電壓UV時， Ie要小于IV， 單結(jié)管才能截止。 因此， Re還要滿足關(guān)系式：VVeVeVIUERIRUE即： 因此， Re應按下式選擇：PPeVVIUERIUE第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3. 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 單結(jié)管觸發(fā)電路由同步電壓形成電路、 移相控制電路、 脈沖形成和輸出電路三部分組成，如圖 4-25(a)所示。 1) 同步電壓形成電路 變壓器次級電壓經(jīng)不可控橋式整流電路整流后， 變?yōu)槊}動直流電壓， 再經(jīng)穩(wěn)壓管削波穩(wěn)壓， 得到梯形波同步電壓uT。 uT除了作同步電壓外， 還作單結(jié)管的電源電壓。第第4 4章章 相位控制

43、型整流器相位控制型整流器 圖 4-25 單結(jié)管觸發(fā)電路及其波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-25 單結(jié)管觸發(fā)電路及其波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2) 移相控制回路 移相電路由電阻Re和電容C組成。 改變Re的阻值， C的充電電流變化， uC上升到UP的時間改變， 因而觸發(fā)脈沖的相位改變。 3) 脈沖形成和輸出電路 脈沖形成由單結(jié)管張弛振蕩器完成。 在該電路中， 觸發(fā)脈沖直接由R1兩端輸出。 但是， 為了避免高壓主回路與低壓觸發(fā)電路直接相連， 通常用脈沖變壓器代替R1。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.2.2 晶體管觸發(fā)電

44、路 1. 正弦波電壓同步的晶體管觸發(fā)電路 最基本的正弦波同步晶體管觸發(fā)電路由同步電壓產(chǎn)生電路、 移相控制電路、 脈沖形成電路和輸出電路組成， 如圖 4-26 所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-26 正弦波電壓同步觸發(fā)電路及其波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1) 同步電壓產(chǎn)生電路 該電路由同步變壓器Tr、 電容器C1、 電阻R1、 R2組成。 2) 移相控制電路 正弦波同步電壓uT與數(shù)值可調(diào)的直流控制電壓Uy疊加后， 加到晶體管V1的發(fā)射結(jié)。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3) 脈沖信號形成和輸出電路 t1點后， uTUy，

45、V1的基極電位高于發(fā)射極電位，V1由導通變?yōu)榻刂梗?其集電極電位突跳到-E， 電源E通過V2的發(fā)射結(jié)和R3給電容C2充電。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 在實際應用中， 有時為了提高觸發(fā)電路輸出脈沖前沿的陡度， 脈沖形成和輸出電路常常采用單穩(wěn)態(tài)電路， 如圖 4-27 所示。 單穩(wěn)態(tài)電路在電子電路課程中已詳細分析， 這里不再介紹。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-27 帶阻容正反饋的正弦波同步觸發(fā)電路ug ET1R8R9R10R1R2R3R4R5R6R7VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7T2C1C2C3V1V2V3UyuTA第第4 4章章 相位

46、控制型整流器相位控制型整流器 正弦波同步觸發(fā)電路的主要優(yōu)點是整流器的輸出電壓Ud與控制電壓Uy保持線性關(guān)系， 因而， 輸出電壓的調(diào)整大為簡化。 但是， 在該電路中， 當電源電壓波動較大時， uT與Uy沒有交點， 因而觸發(fā)電路不產(chǎn)生脈沖， 造成整流工作混亂。 另外， 該電路受電網(wǎng)電壓波形畸變的影響較大， 因此， 同步電壓輸入端通常應加入RC濾波電路。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 鋸齒波電壓同步的晶體管觸發(fā)電路 鋸齒波電壓同步的觸發(fā)電路， 通常都由鋸齒波電壓產(chǎn)生電路、 移相控制電路、 脈沖形成和輸出電路等部分組成， 如圖 4-28 所示。 移相控制電路、 脈沖形成與輸出電

47、路同正弦波同步的觸發(fā)電路基本相同， 這里不再重復， 下面著重分析同步電壓產(chǎn)生電路。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-28 鋸齒波電壓同步的晶體管觸發(fā)電路 uCuALALCR2R1R3R4R5R6R7R8R9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7VD8VD9VD10VD11VD12Ug1Ug2UyV1V2C1C2N1N2N3 Eb EC第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-29 鋸齒波電壓發(fā)生器及其波形第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.2.3 集成觸發(fā)器TCA785 應用 1. 概述 TCA785能夠輸出兩路相位差 180的觸發(fā)

48、脈沖， 并且觸發(fā)脈沖可在 0180之間任意移動， 可用來觸發(fā)晶閘管、 雙向晶閘管和晶體管， 在各種整流設備中有極其廣泛的應用。該觸發(fā)器采用雙列直插C16 封裝， 管腳排列如圖 4-30 所示。 管腳功能如下：第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-30 TCA785管腳排列16198GNDQUQ1VSYNCIQZVrefVCCQ2Q1LC12VFC10R9Q2第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1 腳GND： 接地腳；2 腳Q2： 輸出 2 的反相端；3 腳Qu： 輸出U；4 腳Q1： 輸出 1 的反相端；5 腳VSYNC： 同步電壓輸入端；6 腳I： 封鎖端；

49、7 腳QZ： Z輸出端；8 腳Vref： 基準電壓； 9 腳R9： 外接鋸齒波斜率調(diào)整電阻；10 腳C10： 外接鋸齒波斜率調(diào)整電容；11 腳VF： 移相控制電壓；第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 12 腳C12： 外接脈寬調(diào)整電容；13 腳L： 寬脈沖控制端；14 腳Q1： 輸出 1；15 腳Q2： 輸出 2；16 腳VCC： 外接電源電壓。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 基本工作原理 TCA785內(nèi)部主要由過零檢測電路、 同步寄存器、 基準電壓、 鋸齒波產(chǎn)生電路、 放電監(jiān)控比較器、 移相比較器、 定時控制與脈寬控制電路、 邏輯運算電路等部分組成，

50、如圖 4-31 所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-31 TCA785內(nèi)部框圖過零檢測同步寄存定時控制與脈寬控制邏輯運算基準電源鋸齒波電壓產(chǎn)生VSRNCVCCVref地5168910111367321541412C12C10R9LIV11Q2Q1QUQ1Q2Q2移相比較第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 TCA785內(nèi)部的同步寄存器和邏輯運算電路均由基準電壓源供電。 基準電壓的穩(wěn)定性對整個電路的性能有很大影響。 該電路中， 基準電壓的典型值為 3.1 V， 通過第8腳可測量基準電壓是否正常。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 鋸齒波產(chǎn)生電

51、路主要由內(nèi)部的恒流源、 放電晶體管和外接的R9、 C10等組成， 恒流源的輸出電流由電阻R9決定， 該電流對電容C10充電。 由于充電電流恒定， 所以C10兩端可形成線性度極佳的鋸齒波電壓。 定時控制電路輸出脈沖加到放電晶體管的基極。 該輸出脈沖為低電平時， 放電管截止， 恒流源對C10充電。 定時電路輸出脈沖為高電平時， 放電管導通， C10通過放電管放電。 由于定時控制電路輸出脈沖的頻率為同步信號頻率的兩倍， 所以同步信號每經(jīng)過半個周期， C10兩端就產(chǎn)生一個鋸齒波電壓， 波形如圖 4-32 所示。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-32 TCA785各管腳的波形第

52、第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3. 實際應用電路 由TCA785、 J555 等組成的晶閘管厚膜觸發(fā)電路如圖 4-33 所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-33 TCA785組成的晶閘管厚膜觸發(fā)電路TCA7857832165551 1698VCC1 k12 k30 k10 k22 k100 k22 k22 k5005000.1 0.047 1200 p3271011121136852 V1V2相移封鎖同步地基準電源地調(diào)斜率鋸齒波調(diào)波寬正向輸出負向輸出24 V5600 p第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-34 觸發(fā)電路各點波形

53、第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 各點電壓波形如圖 4-34 所示。該電路的主要電參數(shù)如下：電源電壓VCC： +15 V5%電源電流ICC： 10 mA同步電壓： 任意同步輸入電流： 500 A移相范圍： 0180脈沖列頻率： 710 kHz第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 鋸齒波電壓幅度： 10 V輸出脈沖寬度： 550 s輸出脈沖幅度： 12 V輸出脈沖前沿上升時間： 1 s最大輸出電流： 800 mA允許工作溫度： -10+70第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.3 DZ603系列通信用晶閘管整流器系列通信用晶閘管整流器 4.3.1 主要

54、技術(shù)指標和主要組成部分 DZ603系列晶閘管整流器具有自動穩(wěn)壓和穩(wěn)流功能。 它對通信設備供電時， 可以自動穩(wěn)定輸出電壓， 對蓄電池組充電時， 可以自動穩(wěn)定充電電流。 一旦自動調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障， 它還可手動調(diào)整輸出電壓和電流。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1. 主要技術(shù)指標 當整流器由 380 V、 50 Hz三相正弦交流電供電時， 可滿足以下技術(shù)指標： 1) 穩(wěn)壓偏差值(穩(wěn)壓精度) 當電源電壓在額定值的 80%110%之間、 負載電流在額定值的 10%100%之間變化時， 整流器輸出電壓在穩(wěn)壓工作范圍內(nèi)(2428 V或 5871 V)任意數(shù)值上， 穩(wěn)壓偏差值不超過2%。第第

55、4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2) 穩(wěn)流偏差值(穩(wěn)流精度) 當電源電壓在額定值的 90%110%之間、 輸出電壓在穩(wěn)流工作電壓范圍內(nèi)變化時， 整流器在穩(wěn)流工作范圍內(nèi)的任意數(shù)值上， 穩(wěn)流偏差值不超過5%。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 3) 雜音電壓 當整流器工作于穩(wěn)壓狀態(tài)且輸入和輸出電壓均為額定值時， 用雜音計在電阻性負載兩端測得的雜音電壓應滿足以下要求： 24 V整流器 小于 24 mV 60 V整流器 小于 50 mV第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4) 過壓、 過流保護 當輸出電壓超過最高輸出電壓 10%或輸出電流超過額定電流 10%時

56、， 整流器能自動停機， 并發(fā)出告警信號。 5) 穩(wěn)壓限流 整流器工作于穩(wěn)壓狀態(tài)時， 一旦輸出電流超過額定值的5%， 該裝置能自動降低輸出電壓， 把輸出電流限制在額定值的105%以下。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 主要組成部分 DZ603系列整流器主要由三相電源變壓器、 三相半波橋式整流電路、 濾波電路、 自動調(diào)整回路、 手動調(diào)整回路、 移相脈沖發(fā)生器等部分組成， 如圖 4-35 所示。 第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-35 DZ603晶閘管整流器方框圖三相電源變壓器三相半控橋式整流電路濾波電路電流測量電路移相脈沖發(fā)生器自動一手動轉(zhuǎn)換開關(guān)誤差放

57、大器穩(wěn)壓穩(wěn)流轉(zhuǎn)換開關(guān)電壓測量電路標準量源手動調(diào)整回路輸入輸出自動調(diào)整回路主回路第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.3.2 主回路工作原理 DZ603晶閘管整流器的主回路由三相電源變壓器、 三相半控橋式整流器和T型濾波器等部分組成， 簡化電路如圖 4-36 所示。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 圖 4-36 DZ603晶閘管整流器主回路簡化電路C(4)RDZ1RDX11C(4)RDZ2RDX22C(4)RDZ3RDX3RDX443J1AVJ2BZVDz1VDz2VDz3VDz4VD91VD92VD93VD14VD15VD1VD1VD16VD18Rt10Rt11

58、Rt12BP4BP2BP3Jz3Jz4R43R42C25C26RDX7KL1KL2F去C接點電壓接RDX5HZ1HZ2電流取樣和保護移相脈沖發(fā)生器ABCD第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 1. 主回路的作用 主回路的作用是將 380 V、 50 Hz的三相交流電變成直流電。 主回路由三相電源變壓器、 三相半控橋式整流電路和濾波電路組成。端子板J1接用電裝置， J2接三相交流電源。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 2. 各元、 部件的作用 (1) 交流接觸器C(4)主接點： 三相交流電源開關(guān)， 其通斷由電磁鐵控制。 (2) 主熔斷器RDZ1(5)、 RDZ2(6)

59、、 RDZ3(7)： 交流側(cè)保護。 (3) 信號熔斷器RDX1(9)、 RDX2(10)、 RDX3(11)： 與主熔斷器并接， 隨主熔斷器熔斷而熔斷， 從而接通告警電路。 (4) 電源變壓器BZ(16)： 將 380 V電壓變?yōu)樗枰慕涣麟妷骸５诘? 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 (5) 三相半控橋式整流電路： 把交流電變成脈動直流電。 (6) T型濾波器： 由平波電抗器(扼流圈)KL1(24)、 KL2(25)和電解電容器C26(169)(若干個電容器并聯(lián))組成。 作用是濾除諧波成分， 抑制電流變化率， 使輸出電壓脈動減小。 整流器與蓄電池浮充供電時， 輸出雜音電壓大大降低。

60、 (7) 直流互感器HZ1(162)、 HZ2(163)： 作用是檢測輸出電流的變化， 為自動穩(wěn)流和過流保護電路提供信號。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 (8) 電壓表V(2)： 與整流器輸出端并接， 測量輸出電壓。 (9) 電流表A(1)： 與整流器輸出端串接， 測量輸出電流。 (10) 泄放電阻R42(168)： 停機后，C26經(jīng)R42放電， 釋放能量。第第4 4章章 相位控制型整流器相位控制型整流器 4.3.3 調(diào)整系統(tǒng)工作原理 調(diào)整系統(tǒng)的重要組成部分是移相脈沖發(fā)生器。 為了控制三只晶閘管， 必須有三組移相脈沖發(fā)生器。 它們的實際電路完全相同， 只是同步電壓的相位不同。