晶閘管地觸發(fā)電路

1、第三章 晶閘管的觸發(fā)電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 能根據(jù)晶閘管主電路的特點(diǎn)選擇合適的觸發(fā)電路，并能進(jìn)行正確地連接與調(diào)試。2. 熟悉幾種常用觸發(fā)電路的組成和工作原理。3. 能用示波器測(cè)試觸發(fā)電路關(guān)鍵點(diǎn)的波形，根據(jù)現(xiàn)象能夠排除觸發(fā)電路的故障?？刂凭чl管導(dǎo)通的電路稱為觸發(fā)電路。觸發(fā)電路通常以組成的主要器件名稱分類，可分為：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、計(jì)算機(jī)控制數(shù)字觸發(fā) 電路等。第一節(jié)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一、觸發(fā)電路簡(jiǎn)介1 觸發(fā)電路分類：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成觸發(fā)電路、計(jì)算機(jī)控 制數(shù)字觸發(fā)電路等。2常見的觸發(fā)脈沖電壓波形圖3-1 常見的觸發(fā)脈沖電壓波形e）脈沖列a）正弦波b）

2、尖脈沖c）方脈沖d）強(qiáng)觸發(fā)脈沖3.要求多數(shù)晶閘管電路要求觸發(fā)脈沖前沿要陡，以實(shí)現(xiàn)精確的觸發(fā)導(dǎo)通控制。 當(dāng)負(fù)載為電感性時(shí)，觸發(fā)脈沖必須具有一定的寬度， 以保證晶閘管的電流上升到擎住電流以上，使之可靠導(dǎo)通。二、單結(jié)晶體管1 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)單結(jié)晶體管是在一塊高電阻率的 N型硅片兩端，用歐姆接觸方式引出第一基極b1和第二基極b2, b1與b2之間的電阻為 N型硅片的體電阻，約為 312k Q,在硅片靠近 b2極摻 入P型雜質(zhì)，形成PN結(jié)，由P區(qū)引出發(fā)射極e。圖3-2單結(jié)晶體管a）結(jié)構(gòu)示意b）等效電路c）圖形符號(hào)d）外形及管腳2單結(jié)晶體管型號(hào)：有 BT33和BT35兩種，其中B表示半導(dǎo)體，T表示特種管

3、，第一 個(gè)數(shù)字3表示有3個(gè)電極，第二個(gè)數(shù)字 3（或5）表示耗散功率300mW或 500mW）3判斷管腳：用萬用表來判別單結(jié)晶體管的好壞比較容易，可選擇RX 1k電阻擋進(jìn)行測(cè)量，若某個(gè)電極與另外兩個(gè)電極的正向電阻小于反向電阻，則該電極為發(fā)射極e,接著測(cè)量另外兩個(gè)電極的正反向電阻值應(yīng)該相等。4工作原理町0圖3-3 單結(jié)晶體管伏安特性a）單結(jié)晶體管實(shí)驗(yàn)電路 b）單結(jié)晶體管伏安特性 c）特性曲線族單結(jié)晶體管可分為以下三個(gè)區(qū)：截止區(qū)、負(fù)阻區(qū)、飽和區(qū)導(dǎo)通條件：發(fā)射極電壓達(dá)到、單結(jié)晶體管自激振蕩電路利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和RC電路的充放電特性，可以組成單結(jié)晶體管自激振蕩電路。1.電源接通后，E通過電阻Re

4、對(duì)電容C充電，充 電時(shí)間常數(shù)為ReC;2當(dāng)電容電壓達(dá)到單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓 Up時(shí), 單結(jié)晶體管進(jìn)入負(fù)阻區(qū)，并很快飽和導(dǎo)通，電容C通過eb1結(jié)向電阻Ri放電，在Ri上產(chǎn)生脈沖電壓Uri。3.此后C又開始下一次充電，重復(fù)上述過程。由 于放電時(shí)間常數(shù) （R+bJC遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充電時(shí)間常數(shù) ReC,故在電容兩端得到的是鋸齒波電壓，在電阻R1上得到的是尖脈沖電壓。三、具有同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1 梯形波同步電壓形成：同步變壓器2阻容移相：改變 Re的大小，可改變電容充電速度，也就改變了第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的角 度，達(dá)到調(diào)節(jié)a角的目的。3脈沖輸出：直接輸出和脈沖變壓器輸出，以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電路與主電路的電氣隔離。

5、圖3-5單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路第二節(jié) 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路、同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)由同步變壓器 T、晶體管V2、二極管VD、VD、R及Ci等組成。在鋸齒波觸發(fā) 電路中，同步就是要求鋸齒波的頻率與主回路電源的頻率相同。鋸齒波是由起開關(guān)作用的V2控制的，V2截止期間產(chǎn)生鋸齒波，V2截止持續(xù)時(shí)間就是鋸齒波的寬度， V2開關(guān)作用的晶閘 管的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主回路電源同步，必須使V2開關(guān)的頻率與主回路電源頻率達(dá)到同步。 同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上， 用同步變壓器二次側(cè)電 壓來控制V2的通斷，這就保證了觸發(fā)脈沖與主回路電源的同步。二、鋸齒波形成及脈沖移相環(huán)節(jié)電路中由晶體管 V

6、i組成恒流源向電容 C2充電，晶體管 V2作為同步開關(guān)控制恒流源對(duì)C2的充放電過程。晶體管 “為射極跟隨器，起阻抗變換和前后級(jí)隔離作用，以減小后級(jí)對(duì) 鋸齒波線性的影響。工作過程分析：圖3-8鋸齒波觸發(fā)電路各點(diǎn)電壓波形三、脈沖形成、放大和輸出環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由晶體管 V4、V5、V6組成；放大和輸出環(huán)節(jié)由V7、8組成；同步移相電壓加在晶體管V4的基極，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器二次側(cè)輸出。四、雙脈沖形成環(huán)節(jié)三相全控橋式電路要求觸發(fā)脈沖為雙脈沖，相鄰兩個(gè)脈沖間隔為60。，該電路可以實(shí)現(xiàn)雙脈沖輸出。對(duì)于三相全控橋電路，電源三相 U、V、W為正相序時(shí)，6只晶閘管的觸發(fā)順序?yàn)?VTi t VT2VT3TVT4

7、TVT5TVT6彼此間隔60°,為了得到雙脈沖，6塊觸發(fā)板的X、Y可按 圖3-9所示方式連接，即后相的 X端與前相的Y端相連。巴 他 網(wǎng) 地 % 嚴(yán)ICF2CF3CF4CF |5CF6CF¥tx和V!xJx 1Y圖3-9 實(shí)現(xiàn)雙脈沖連接的示意圖應(yīng)當(dāng)注意的是，使用這種觸發(fā)電路的晶閘管裝置，三相電源的相序是確定的。在安裝使用時(shí)，應(yīng)該先測(cè)定電源的相序，進(jìn)行正確的連接。五、強(qiáng)觸發(fā)及脈沖圭寸鎖環(huán)節(jié)在晶閘管串、并聯(lián)使用或全控橋式電路中，為了保證被觸發(fā)的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通?？刹捎?輸出幅值高、前沿陡的強(qiáng)脈沖觸發(fā)電路。電路中的脈沖封鎖信號(hào)為零電位或負(fù)電位，是通過VD5加到V5集電極的。當(dāng)封鎖信

8、號(hào)接入時(shí)，晶體管 V7、V8就不能導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖無法輸出。進(jìn)行脈沖封鎖，一般用于事故情 況或者是無環(huán)流的可逆系統(tǒng)。二極管VD5的作用是防止封鎖信號(hào)接地時(shí)，經(jīng)V5、V6和VD4到一15V之間產(chǎn)生大電流通路。六、特點(diǎn)：同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路抗干擾能力強(qiáng)，不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)與波形畸變的直接影響，移相范圍寬。缺點(diǎn)是整流裝置的輸出電壓Ud與控制電壓Uc之間不成線性關(guān)系，且電路較復(fù)雜。第三節(jié)集成觸發(fā)電路一、KC04 KC41C組成的三相集成觸發(fā)電路如圖3-10所示，由三塊KC04與一塊KC41C外加少量分立元器件， 可以組成三相全控橋 的集成觸發(fā)電路，它比分立元器件電路要簡(jiǎn)單得多。1. KC04移相觸發(fā)

9、器KC04與分立元器件的鋸齒波觸發(fā)電路相似，也是由同步、鋸齒波形成、移相控制、脈 沖形成及放大輸出等環(huán)節(jié)組成。該器件適用于單相、三相全控橋式裝置中作晶閘管雙路脈沖相控觸發(fā)。2. KC41C六路雙脈沖形成器圖3-12為KC41C內(nèi)部電路及外部接線圖。使用時(shí)，KC4lC與三塊KC04可組成三相全控橋的雙脈沖觸發(fā)電路。&（控制電壓）-9甘令廿 _ * ”U IMFH-I5VO-丄H -nT-mF kQ如10kQU相寸CONhu莒UH Q 七匚匸仁匚匚丄工Eh115V產(chǎn)臥企3-Fl4 24 Vi脈沖封鎖蘇屬圖 3-10匸匚匸匸LJIZIrnMMT£4 1W.WCV2立百號(hào)三相全控橋雙

10、窄脈沖集成觸發(fā)電路2號(hào)3號(hào)4號(hào)VT,二、集成電路 MC787和MC788集成電路MC787和MC788與KC系列相比較，具有功能強(qiáng)、外接元器件少、不需要雙電 源供電、功耗少等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于電力電子產(chǎn)品的小型化和方便設(shè)計(jì)具有重要意義。集成塊由同步過零電路和極性檢測(cè)電路、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路組成。電路采用單電源供電，同步電壓的零點(diǎn)設(shè)計(jì)在1/2電源電壓處。三相同步電壓信號(hào)經(jīng)T形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入過零檢測(cè)和極性判別電路，檢測(cè)出零點(diǎn)和極性后， 在鋸齒波形成電路的 Cu、Cv、Cw三個(gè)電容上積分形成鋸齒波。 鋸齒波形成電路由于采用集中式恒流源，相

11、對(duì)誤差很小，具有良好的線性度和一致性。因此要求選取的積分電容的相對(duì)誤差也應(yīng)較小。第四節(jié)數(shù)字觸發(fā)電路圖3-15為微機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)組成框圖。圖中觸發(fā)延遲角a設(shè)定值以數(shù)字形式通過接口送給微機(jī)，微機(jī)以基準(zhǔn)點(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與觸發(fā)延遲角對(duì)應(yīng)的數(shù)值一致時(shí)，微機(jī)就發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)輸出脈沖放大，由隔離電路送至晶閘管。同步電壓基準(zhǔn)點(diǎn)接口電路觸發(fā)脈沖輸岀圖3-15 微機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)框圖一、系統(tǒng)工作原理1. 介紹定時(shí)器計(jì)數(shù)器T。、Ti的原理2. 由前面講過的三相全控橋電路工作原理可知，該電路在一個(gè)工頻周期內(nèi)，6只晶閘管的組合觸發(fā)順序?yàn)椋?、I ； l、2；2、3； 3、4；4、5； 5、

12、6。若系統(tǒng)采用雙脈沖觸發(fā)方式，則每工頻周期要發(fā)出 6對(duì)脈沖，為了使微機(jī)輸出的脈沖與晶閘管承受的電源電壓同步，必須設(shè)法在交流電源的每一周期產(chǎn)生一個(gè)同步基準(zhǔn)信號(hào)，本系統(tǒng)采用線電壓過零點(diǎn)作為同步參考點(diǎn)。電路工作時(shí)，設(shè) a為觸發(fā)延遲角，即第一對(duì)脈沖距離同步參考點(diǎn)的電角度，后面每隔 60°發(fā)一對(duì)脈沖，共發(fā) 6對(duì)。各脈沖位置與時(shí)間關(guān)系如圖3-16b所示，設(shè)tl = ta1tn=t 01+(n-1) t60式中 t1 a對(duì)應(yīng)的時(shí)間；n 觸發(fā)脈沖序號(hào)，n =1、2、3、4、5、6tn第n個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)間； t60 60°所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。這種用前一個(gè)脈沖為基準(zhǔn)來確定后一個(gè)脈沖形成時(shí)刻的方法，稱

13、為相對(duì)觸發(fā)方式。本系統(tǒng)采用每一工頻周期取一次同步信號(hào)作為參考點(diǎn)，每一對(duì)觸發(fā)脈沖調(diào)整一次觸發(fā)延遲角的方法，按輸出脈沖工作順序編寫的程序流程圖如圖3-17所示。本系統(tǒng)共使用 3個(gè)中斷源，INT。為外部同步信號(hào)中斷，定時(shí)器T0、T1為計(jì)時(shí)中斷。其中T0僅完成對(duì)第一對(duì)脈沖的計(jì)時(shí)，其他各對(duì)脈沖計(jì)時(shí)由T1完成。二、微機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的硬件設(shè)置系統(tǒng)硬件配置框圖如圖 3-18所示。圖3-18系統(tǒng)硬件配置框圖第五節(jié)觸發(fā)電路與主電路電壓的同步所謂同步，是指把一個(gè)與主電路晶閘管所受電源電壓保持合適相位關(guān)系的電壓提供給觸 發(fā)電路，使得觸發(fā)脈沖的相位出現(xiàn)在被觸發(fā)晶閘管承受正向電壓的區(qū)間，確保主電路各晶閘管在每一個(gè)周期中按相同

14、的順序和觸發(fā)延遲角被觸發(fā)導(dǎo)通。我們將提供給觸發(fā)電路合適相位的電壓稱為同步信號(hào)電壓，正確選擇同步信號(hào)電壓與晶閘管主電壓的相位關(guān)系稱為同步或定 相。同步或定相問題是三相變流電路的重要組成部分。一、實(shí)現(xiàn)同步的方法1. 由同一電網(wǎng)供電，保證電源頻率一致2. 選擇合適的觸發(fā)電路3. 依據(jù)整流變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)、主電路 線路型式、負(fù)載性質(zhì)確定觸發(fā)電路的同步電壓，并通過同步變壓器的正確連接加以實(shí)現(xiàn)。二、定相舉例例 三相橋式全控電路如圖 3-19a所示，直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆運(yùn)行，整流變壓器 TR 為D, y1聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)，采用圖 3-7所示鋸齒波觸發(fā)電路。鋸齒波的齒寬為 240。，考慮鋸齒 波起始段的非線性， 故留出60°余量。電路要求的移相范圍是 30。150°。試按簡(jiǎn)化相量 圖的方法來確定同步變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)及變壓器繞組聯(lián)結(jié)方法。（如以VT管），其余五管可根據(jù)相位關(guān)系依次確解 選擇以某一只晶閘管的同步定相為例 定。具體步驟如下：1.確定VTi管的同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系2 確定同步變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)3確定同步電壓與各觸發(fā)電路的連線本章小結(jié)晶閘管的導(dǎo)通控