電力電子技術(shù)-第3章觸發(fā)電路

電力電子技術(shù)POWERELECTRONICS揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)汽車與電氣工程系

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目錄

緒論

第1章電力電子器件

第2章晶閘管可控整流電路

第3章相控電路驅(qū)動(dòng)控制及保護(hù)電路

第4章有源逆變電路

第5章無(wú)源逆變電路

第6章交流調(diào)壓電路

第7章直流變換電路

第8章電力電子技術(shù)的應(yīng)用

第9章電力電子裝置的計(jì)算

2/4/20232第三章相控電路驅(qū)動(dòng)控制及保護(hù)電路32/4/2023123對(duì)觸發(fā)電路的要求單結(jié)晶管觸發(fā)電路同步鋸齒波觸發(fā)電路45集成觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的同步及誤觸發(fā)67晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)晶閘管的過(guò)電流保護(hù)

要保證用于電力系統(tǒng)或電力設(shè)備主電路中的各種開關(guān)器件在工作過(guò)程中的安全和可靠，必須針對(duì)器件的不同性能和容量設(shè)計(jì)相應(yīng)的輔助電路。包括：驅(qū)動(dòng)電路、緩沖電路和保護(hù)電路。性能優(yōu)良設(shè)計(jì)合理的輔助電路能使開關(guān)器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，減少開關(guān)損耗，提高器件工作可靠性。2/4/202343.1對(duì)觸發(fā)電路的要求

SCR導(dǎo)通必須的外界條件：

陽(yáng)極加正向電壓，門極加正觸發(fā)信號(hào)。

當(dāng)SCR導(dǎo)通后，門極控制信號(hào)不再起作用，直到陽(yáng)極電壓減小或反向后，陽(yáng)極電流小于維持電流，晶閘管才自行關(guān)斷。因此，晶閘管的門極驅(qū)動(dòng)電路又稱為觸發(fā)電路。觸發(fā)電路的作用：為晶閘管提供適當(dāng)?shù)拈T極觸發(fā)電壓與觸發(fā)電流。2/4/20235晶閘管通常采用相位控制方式。一般晶閘管變流電路的控制框圖2/4/20236

晶閘管的型號(hào)很多，其應(yīng)用電路種類也很多，不同的晶閘管型號(hào)、不同的晶閘管應(yīng)用電路對(duì)觸發(fā)信號(hào)都會(huì)有不同的具體要求。歸納起來(lái)，晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過(guò)零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。不管是哪種觸發(fā)電路，對(duì)它產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖都有如下要求：

1.觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。由于晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，門極觸發(fā)信號(hào)即失去控制作用，為了減小門極的損耗，一般不采用直流或交流信號(hào)觸發(fā)晶閘管，而廣泛采用脈沖觸發(fā)信號(hào)。2/4/20237

2.觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率。觸發(fā)脈沖的電壓和電流應(yīng)大于晶閘管要求的數(shù)值，并留有一定的裕量。觸發(fā)功率的大小是決定晶閘管元件能否可靠觸發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。由于晶閘管元件門極參數(shù)的分散性很大，隨溫度的變化也大，為使所有合格的元件均能可靠觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄來(lái)設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的輸出電壓和電流值。2/4/20238ADEFGCBA區(qū)域?yàn)榭煽坑|發(fā)區(qū)：當(dāng)晶閘管門極施加的觸發(fā)電壓，電流在該范圍時(shí)，所有合格元件均能可靠觸發(fā)開通，則可以保證合格元件的通用性。晶閘管門極伏安特性圖(a)為門極伏安特性區(qū)域，0D為低阻特性，0G為高阻特性。圖(b)為圖(a)中0ABC0的放大圖形。2/4/202390HIJ0區(qū)域?yàn)椴挥|發(fā)區(qū)：當(dāng)晶閘管門極施加的觸發(fā)電壓，電流在該范圍內(nèi)時(shí)，任何合格的晶閘管元件都不會(huì)被觸發(fā)，從而確定了晶閘管的抗干擾性能。ABCJIHA區(qū)域?yàn)椴豢煽坑|發(fā)區(qū)：當(dāng)晶閘管門極施加的觸發(fā)電壓，電流在該區(qū)域時(shí)，有的晶閘管可以觸發(fā)開通，有的則不能觸發(fā)開通。因此，觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)也不應(yīng)該落在該區(qū)域中。晶閘管門極伏安特性2/4/202310觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)必須在晶閘管門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)。同時(shí)要求脈沖功率不超過(guò)允許瞬時(shí)最大功率限制線和平均功率限制線。(2)觸發(fā)脈沖應(yīng)具有一定的寬度，觸發(fā)脈沖消失前，陽(yáng)極電流應(yīng)能上升至擎住電流，保證晶閘管可靠開通。2/4/202311

3.觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。普通晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間約為6μs，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)有6μs以上。對(duì)于電感性負(fù)載，由于電感會(huì)抵制電流上升，因而觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)更大一些，通常為0.5～1ms。此外，某些具體的電路對(duì)觸發(fā)脈沖的寬度會(huì)有一定的要求，如三相全控橋等電路的觸發(fā)脈沖寬度要求大于60°或采用雙窄脈沖。2/4/202312

4.觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。為保證控制的規(guī)律性，要求晶閘管在每個(gè)陽(yáng)極電壓周期都必須在相同的控制角觸發(fā)導(dǎo)通，這就要求觸發(fā)脈沖的頻率與陽(yáng)極電壓的頻率一致，且觸發(fā)脈沖的前沿與陽(yáng)極電壓應(yīng)保持固定的相位關(guān)系，這叫做觸發(fā)脈沖與陽(yáng)極電壓同步。不同的電路或者相同的電路在不同負(fù)載、不同用途時(shí)，要求α的變化范圍（移相范圍）亦即觸發(fā)脈沖前沿與陽(yáng)極電壓的相位變化范圍不同，所用觸發(fā)電路的脈沖移相范圍必須能滿足實(shí)際的需要。2/4/202313觸發(fā)信號(hào)要有足夠大的觸發(fā)功率。觸發(fā)脈沖的前沿要陡，寬度要足夠。一般要求：脈沖前沿t1<10μs，寬度電阻性負(fù)載tW=30μs左右

大電感負(fù)載tW=0.5~1ms觸發(fā)脈沖應(yīng)與主電路電壓同步。即觸發(fā)脈沖與主電壓保持某種固定的相位關(guān)系，保證晶閘管在每周期都以相同的控制角α觸發(fā)導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的移相范圍。2/4/202314脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過(guò)門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。IIMt1t2t3t4圖3-1理想觸發(fā)脈沖波形t1~t2脈沖前沿上升時(shí)間（<1s）t1~t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）2/4/202315圖3-2常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電壓波形

（a）為正弦波觸發(fā)脈沖信號(hào)。前沿不陡，觸發(fā)準(zhǔn)確性差，僅用在觸發(fā)要求不高的場(chǎng)合；（b）尖脈沖。生成較容易，電路簡(jiǎn)單，用于觸發(fā)要求不高的場(chǎng)合；2/4/202316（c）矩形脈沖；（d）強(qiáng)觸發(fā)脈沖。前沿陡，寬度可變，有強(qiáng)觸發(fā)功能，適用于大功率場(chǎng)合；（e）雙窄脈沖。有強(qiáng)觸發(fā)功能，變壓器耦合效率高，用于控制精度較高，感性負(fù)載的裝置；（f）脈沖列。具有雙窄脈沖的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。2/4/202317觸發(fā)電路的種類分立元件觸發(fā)電路：簡(jiǎn)單觸發(fā)電路單結(jié)管觸發(fā)電路正弦波觸發(fā)電路鋸齒波觸發(fā)電路集成觸發(fā)器：KC04移相觸發(fā)器

TC787移相觸發(fā)器計(jì)算機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)電路2/4/2023183.2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路是一種較簡(jiǎn)單的觸發(fā)電路，采用延時(shí)移相方法，主要用于小功率單相或三相半波晶閘管整流裝置。發(fā)射極e第一基極b1第二基極b22/4/202319NPPN結(jié)b1基極基極b2發(fā)射極e結(jié)構(gòu)示意圖eb2b1符號(hào)eb2b1rb1rb2VD等效電路低參雜高參雜3.2.1單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)

發(fā)射極e、

第一基極b1、第二基極b2，

單結(jié)晶體管或雙基極二極管。

2/4/202320

VD等效e和b1間的PN結(jié)，其正向壓降VD=0.7V。

Rb1表示e與b1

間電阻，它隨發(fā)射極電流而變，即：

IE

上升，Rb1下降。

Rb2

表示e與b2

間的電阻，數(shù)值與IE

無(wú)關(guān)。

Rbb

兩基極間電阻，

Rbb=Rb1+Rb2。

稱為分壓比，一般在

0.3~0.8之間。單結(jié)晶體管圖形符號(hào)和等效電路2/4/2023212.單結(jié)晶體管工作原理①當(dāng)Q1斷開，Q2閉合時(shí)

外加基極電壓Ubb由Rb1、Rb1分壓，A點(diǎn)對(duì)b極電壓為：

2/4/202322②當(dāng)Q1閉合，Q2斷開時(shí)（外加基極電壓Ubb=0）2/4/202323eb2b1rb1rb2DReVEEVBBb1+UEIE測(cè)試電路A③當(dāng)Q1、Q2均閉合時(shí)

當(dāng)UE為零時(shí)，二極管承受反向電壓IE為二極管的反向電流當(dāng)UE=UA時(shí)，IE=

0若UE繼續(xù)增大使PN結(jié)正向偏置，則IE變?yōu)檎螂娏?/4/202324eb2b1rb1rb2DReVEEVBBb1+UEIE測(cè)試電路A當(dāng)UE增大到UP，單結(jié)晶體管進(jìn)入負(fù)阻工作區(qū)IE的增加只受輸入回路外部電阻的限制截止條件：輸入回路開路或

IE很小2/4/202325

指發(fā)射極電壓Ue與發(fā)射極電流Ie之間的關(guān)系曲線。即Ie=f（Ue）三個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、負(fù)阻區(qū)、飽和區(qū)

單結(jié)管的導(dǎo)通條件：Ue≥UP（峰點(diǎn)電壓）單結(jié)管的關(guān)斷條件：Ue<UV單結(jié)管具有負(fù)阻特性，即ΔUe

/ΔIe<0+-UeIeUbb3.伏安特性2/4/202326(1)截止區(qū)，當(dāng)UE<UA+UD

Eb1b2DRb2Rb1AREUEUBBEEIEUA=Rb1UBBRb1Rb2+=

UBBPN結(jié)反偏，IE很小當(dāng)UE增加到PN結(jié)導(dǎo)通的峰點(diǎn)電壓

UP，單結(jié)晶體管將進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。UVUEUpVIEIV截止區(qū)負(fù)阻區(qū)飽和區(qū)PIP2/4/202327UVUEUpVIEIV截止區(qū)負(fù)阻區(qū)飽和區(qū)PIP(2)負(fù)阻區(qū)，當(dāng)UE

UP

PN結(jié)導(dǎo)通，IE顯著增加，同時(shí)UE下降。由于RB1隨著PN結(jié)導(dǎo)通急劇下降，故分壓比也下降，又引起維持PN結(jié)導(dǎo)通的UE進(jìn)一步下降。形成正反饋，一直達(dá)到谷點(diǎn)V。這段曲線表現(xiàn)出負(fù)阻特性。2/4/202328Eb1b2DRb2Rb1AREUEUBBEEIEVA=Rb1UBBRb1Rb2+=

UBBUVUEUpVIEIV截止區(qū)負(fù)阻區(qū)飽和區(qū)PIP(3)飽合區(qū)當(dāng)IE

IV后RB1不再下降，隨IE增加UE緩慢上升。動(dòng)態(tài)電阻為正值。2/4/202329

單結(jié)晶體管的伏安特性（1）當(dāng)UE<UP時(shí)，單結(jié)晶體管截止，P點(diǎn)稱為峰點(diǎn)，UP為峰點(diǎn)電壓，IP為峰點(diǎn)電流。（2）當(dāng)UE>UP時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，IE迅速增大，UE減小，進(jìn)入負(fù)阻區(qū)。（3）當(dāng)UE<UV時(shí)，單結(jié)晶體管由導(dǎo)通恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)，V點(diǎn)稱為谷點(diǎn)，UV為谷點(diǎn)電壓，IV為谷點(diǎn)電流。

峰點(diǎn)P和谷點(diǎn)V是單結(jié)晶體管的特殊點(diǎn)，UE>UP

時(shí)導(dǎo)通，UE<UV時(shí)截止。2/4/202330EDRB2RB1AREUEUBBEEUEUpUVVIEIV截止區(qū)負(fù)阻區(qū)飽和區(qū)PIPIE2.當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓UE≥UP時(shí),單結(jié)晶體管導(dǎo)通；若管子導(dǎo)通后UE<UV時(shí),單結(jié)晶體管截止。1.

在點(diǎn)P、V之間,單結(jié)晶體管呈現(xiàn)負(fù)阻特性。結(jié)論B1B22/4/2023313.2.2自激振蕩電路1.電路組成E的作用

2.工作原理接通電源后，C先充電。使uc↑。當(dāng)uc↑=UP時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通，C放電，使uc↓當(dāng)uc↓=UV時(shí)，單結(jié)管截止，C再充電。重復(fù)以上過(guò)程。充電放電設(shè)uc(0)=02/4/2023322/4/202333單結(jié)晶體管弛張振蕩電路及波形2/4/202334RR2R1CuGUBB電阻R2的作用是溫度補(bǔ)償。無(wú)R2時(shí)，若溫度升高，則二極管的正向電壓降降低，單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓Up也就隨之下降，導(dǎo)致振蕩頻率f不穩(wěn)定。有R2時(shí)，若溫度升高，則RBB增加，進(jìn)而使UBB增加。峰點(diǎn)電壓Up基本維持不變，保證振蕩頻率f基本穩(wěn)定。通常R2取200～600Ω。2/4/202335充電RR2R1C放電

uGuGUBBuGuCUPUV0tt當(dāng)電容放電至uc<UV時(shí)單結(jié)晶體管截止,電容重新充電。振蕩原理當(dāng)電容充電到uc≥Up時(shí),單結(jié)晶體管導(dǎo)通,經(jīng)R1放電;循環(huán)往復(fù),在電阻R1上形成觸發(fā)脈沖uG

。02/4/202336

τ充=ReCτ放=（R1+Rb1）C

振蕩周期

T=t充+t放≈t充=ReCln(τ充

>>τ放

)

振蕩頻率

f=調(diào)節(jié)Re即可改變振蕩頻率。當(dāng)Re↓時(shí)，f↑，脈沖密度↑；反之，減小。當(dāng)Re阻值必須合適2/4/202337Re的選?。孩賀e必須保證當(dāng)ue=UP時(shí)，充電電流>IP②Re必須保證當(dāng)ue<UV時(shí)，Ie<IV2/4/202338例3-1

單結(jié)晶體管自激振蕩電路，管子型號(hào)：BT-35B，

IP=4μA，分壓比η=0.6，UV=3.5A，IV=2mA，U=20V。

求：⑴Re的范圍；⑵C取0.22μF時(shí)的振蕩頻率f的調(diào)節(jié)范圍。

解：⑴2/4/202339⑵2/4/2023403.2.3單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路主電路控制電路＋

uo－~＋u21－VD1VD2VT1VT2RL＋u22－＋uG－＋

uz－＋uC－RR2R1CRP2/4/2023412）同步電路觸發(fā)信號(hào)和電源電壓在頻率和相位上相互協(xié)調(diào)—同步。同步電路由同步變壓器、橋式整流電路VD1～VD4、電阻R1及穩(wěn)壓管組成。

1）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，是由同步電路和脈沖移相與形成兩部分組成的。2/4/2023422/4/2023432/4/202344

觸發(fā)電路主電路同步電源單結(jié)管振蕩電路ubb＋－主電路與觸發(fā)電路必須接在同一電源上電源u2→同步變壓器TS→二極管整流→穩(wěn)壓管削波→梯形波電壓→

同步電源ubb。ubbuωt0uAπ2πubb與u2過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻一致1.同步電源ubb的獲得2/4/2023452.同步原理

主電壓u2過(guò)零時(shí)，正好ubb=0，使每半個(gè)周期電容C總是從0開始充電。只要UP及τ充一定，則C充電達(dá)到UP的時(shí)間也就一定，即：每半個(gè)周期發(fā)出的第一個(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)間t充一定，保證了每周期控制角α相等，即晶閘管的導(dǎo)通角相等，從而實(shí)現(xiàn)了同步。

觸發(fā)電路主電路ubb＋－主電路與觸發(fā)電路必須接在同一電源上同步電源單結(jié)管振蕩電路2/4/2023462.同步原理

觸發(fā)電路主電路ubb＋－主電路與觸發(fā)電路必須接在同一電源上ubbuωt0uAπ2πuPuCugωt0α3α2α1α1=α2=α3=…

=α同步電源單結(jié)管振蕩電路UV2/4/2023473.移相方法

觸發(fā)電路主電路ubb＋－主電路與觸發(fā)電路必須接在同一電源上Re↑→τ充↑→t充↑→α↑→Ud↓t充為uC從0充電到UP所需的時(shí)間。τ充為電容C的充電時(shí)間常數(shù)；改變可調(diào)電阻Re：實(shí)際移相范圍只有140o左右。同步電源單結(jié)管振蕩電路當(dāng)調(diào)節(jié)電阻Re增大時(shí)，充電時(shí)間增大，第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻后移，即控制角α增大，實(shí)現(xiàn)了移相。2/4/202348

觸發(fā)電路主電路ubb＋－主電路與觸發(fā)電路必須接在同一電源上同步電源單結(jié)管振蕩電路4．脈沖輸出觸發(fā)脈沖由R1直接取出，這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全?？梢圆捎妹}沖變壓器輸出來(lái)改進(jìn)這一觸發(fā)電路。2/4/202349

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的特點(diǎn)：

電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，且功率損耗小，但輸出脈沖窄、輸出功率小。一般只適合于單相且?guī)щ娮柝?fù)載的可控整流電路，觸發(fā)50A以下的小功率晶閘管。2/4/202350

單相交流調(diào)壓電路（調(diào)光、調(diào)溫）2/4/2023512.電瓶充電機(jī)電路R1~AVR2R4R3RPDDZTC+_待充電瓶T1

該電瓶充電機(jī)電路使用元件較少，線路簡(jiǎn)單，具有過(guò)充電保護(hù)、短路保護(hù)和電瓶短接保護(hù)。2/4/202352工作原理

R2、RP、C、T1、R3、R4構(gòu)成了單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。

當(dāng)待充電電瓶接入電路后，觸發(fā)電路獲得所需電源電壓開始工作。R1~AVR2R4R3RPDDZTC+_待充電瓶T12/4/202353

當(dāng)電瓶電壓充到一定數(shù)值時(shí)，使得單結(jié)晶體管的峰點(diǎn)電壓UP大于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓，單結(jié)晶體管不能導(dǎo)通，觸發(fā)電路不再產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，充電機(jī)停止充電。

R1~AVR2R4R3RPDDZTC+_待充電瓶T12/4/202354R1~AVR2R4R3RPDDZTC+_待充電瓶T1觸發(fā)電路和整流電路的同步由二極管D和電阻R1來(lái)完成的。

①交流電壓過(guò)零變負(fù)后，電容通過(guò)D和R1迅速放電。

②交流電壓過(guò)零變正后D截止，電瓶電壓通過(guò)R2

、RP向C

充電。改變RP之值，可設(shè)定電瓶的初始充電電流。2/4/2023553.3同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路相控電路：晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角a的大小，即

控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小。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a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)電路。大、中功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。2/4/2023562/4/202357

電路組成鋸齒波觸發(fā)電路，由鋸齒波形成、同步移相環(huán)節(jié)與脈沖放大兩部分組成，具有強(qiáng)觸發(fā)、雙脈沖和脈沖封鎖功能，由于采用鋸齒波作為同步電壓，不直接受電網(wǎng)波動(dòng)影響，在中大容量晶閘管系統(tǒng)中廣泛使用?！鲭娐份敵隹蔀殡p窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。2/4/202358（1）脈沖形成和放大環(huán)節(jié)2/4/202359脈沖形成環(huán)節(jié)由V4、V5、V6構(gòu)成；放大環(huán)節(jié)由V7、V8組成。控制電壓uc加在V4

基極上，觸發(fā)脈沖由

脈沖變壓器TP二次輸出。

3.3.1脈沖形成放大環(huán)節(jié)

（1）脈沖形成和放大環(huán)節(jié)V4V5V6——脈沖形成環(huán)節(jié)V7V8——脈沖放大2/4/202360當(dāng)V4的基極電壓uco=0時(shí)，V4截止。電源+15V經(jīng)R14、R15供給V5、V6基極電流，使其飽和導(dǎo)通。V5集電極電壓=-15V，

V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。電源+15V經(jīng)R11、C3、V5發(fā)射極、V6、VD4對(duì)電容C3充電，充滿后電容端電壓接近30V。（1）脈沖形成和放大環(huán)節(jié)

電容C3充電過(guò)程2/4/202361uco≥0.7V時(shí)，V4導(dǎo)通。④

點(diǎn)電位從+15V突降到

1V，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位也突降到-30V，V5立即截止。

V5的集電極電壓⑥由

-15V迅速上升到2.1V時(shí)，使得V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。（1）脈沖形成和放大環(huán)節(jié)

電容C3放電過(guò)程2/4/202362同時(shí)電容C3由+15V經(jīng)

R14、VD3、V4放電并

反向充電，使V5基極電位⑤逐漸上升。直到V5基極電位大于

-15V，V5又重新導(dǎo)通。這時(shí)V5集電極電壓立即降到-15V，使V7、V8

截止，輸出脈沖終止。

脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度由反向充電時(shí)間常數(shù)R14C3決定。

（1）脈沖形成和放大環(huán)節(jié)

電容C3放電過(guò)程2/4/202363（1）當(dāng)uc=0,→V4截止，→V5、V6飽和導(dǎo)通，→V7、

V8截止，無(wú)脈沖輸出，同時(shí)C3被充電為30V；（2）當(dāng)uc≈0.7V，V4通,→u5b=-30V，→V5止，→V7、V8通，→輸出觸發(fā)脈沖。

工作過(guò)程同時(shí)C3經(jīng)電源、R14、VD3、V4放電和反

充電，→u5b↑→u5b＞-15V,→V5重新導(dǎo)

通，→

V7V8止，輸出脈沖終止。2/4/2023643.3.2鋸齒波形成、同步移相環(huán)節(jié)

原理：利用受正弦同步信號(hào)電壓控制的鋸齒波電壓作為同步電壓，再與直流控制電壓uc與直流偏移電壓ub組成并聯(lián)控制，進(jìn)行電流疊加，控制V4實(shí)現(xiàn)的。2/4/202365電路由V1、V2、V3

和C2等元件組成，其中V1、VZ、R3和

R4為一恒流源電路。

2/4/202366

工作過(guò)程當(dāng)V2截止時(shí)，恒流源V1電流IC1對(duì)電容C2充電，所以C2兩端的電壓uC為uC按線性增長(zhǎng)，即ub3按線性增長(zhǎng)。調(diào)節(jié)電位器RP1，可以改變C2的恒定充電電流IC1。

1.充電過(guò)程2/4/2023672.放電過(guò)程當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，因R5很小，所以C2經(jīng)R5、V2迅速放電，使得uC2電位迅速降到零伏附近。當(dāng)V2周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，uC2便形成一鋸齒波。射極跟隨器V3的作用：

減小控制回路電流對(duì)鋸齒波電壓uC2的影響。V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uc、直流偏移電壓

ub三者疊加所定，它們分別通過(guò)電阻R7、R8、R9與V4基極連接。2/4/202368根據(jù)疊加原理，分析V4基極電位時(shí)，可分別看成鋸齒波

ue3（③）、控制電壓uc（+）、偏移電壓ub（—）單獨(dú)作用的疊加。⑴V4基極斷開時(shí)，鋸齒波電壓ue3單獨(dú)作用在V4基極時(shí)：可見(jiàn)，仍為鋸齒波，但斜率比ue3

低。2/4/202369同理，直流偏移電壓ub

單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓為：

控制電壓uc

單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓為：

所以，V4基極電流：2/4/202370當(dāng)V4不導(dǎo)通時(shí)，V4的基極b4的波形由確定。當(dāng)b4點(diǎn)電壓等于0.7V后，V4導(dǎo)通。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。改變便可以改變脈沖產(chǎn)生時(shí)刻，脈沖被移相。加ub

的目的是為了確定控制電壓uc=0時(shí)脈沖的初始相位。以三相全控橋?yàn)槔寒?dāng)接反電勢(shì)電感負(fù)載時(shí)，脈沖初始相位應(yīng)定在α=90°；當(dāng)uc=0時(shí)，調(diào)節(jié)ub的大小使產(chǎn)生脈沖的Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)α=90°。當(dāng)uc=0時(shí)，α=90°，則輸出電壓為0；若uc為正，Q點(diǎn)就向前移，控制角α<90度，處于整流工作狀態(tài)；若uc為負(fù)，Q點(diǎn)就向后移，控制角α>90度，處于逆變狀態(tài)。

2/4/202371同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形

2/4/202372同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器

TS、VD1、VD2、C1、R1

和晶體管V2組成。同步變壓器TS和整流變壓器接在同一電源上，用TS的二次電壓來(lái)控制V2的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。3.3.3同步環(huán)節(jié)

2/4/202373鋸齒波是由開關(guān)管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。同步電壓uTS經(jīng)二極管VD1加在V2的基極上。當(dāng)電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí)，因Q點(diǎn)為零電位，VD1

導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。同步——要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。2/4/202374在負(fù)半周的上升段，+15V電源通過(guò)R1給電容C1充電，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ為電容反向充電波形。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，V2導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)，VD1重新導(dǎo)通，

C1放電后又被充電，V2截止。如此循環(huán)往復(fù)，在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，包括截止與導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的?？梢钥闯鲣忼X波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)R1C1決定的。

2/4/202375鋸齒波是由開關(guān)V2管來(lái)控制的。V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。2/4/202376雙窄脈沖形成觸發(fā)電路自身在一個(gè)周期內(nèi)可輸出兩個(gè)間隔60度的脈沖，稱內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過(guò)脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8截止，沒(méi)有脈沖輸出。只要V5、V6有一個(gè)截止，就會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。因此本電路可產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。2/4/202377

內(nèi)雙脈沖電路：

V5、V6構(gòu)成一個(gè)“或”門

?當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒(méi)有脈沖輸出。

?只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。

?第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uc對(duì)應(yīng)的控制角產(chǎn)生。隔60的第二個(gè)脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過(guò)V6）。2/4/202378在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按下圖接線。六個(gè)觸發(fā)器的連接順序是：

1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。

2/4/202379圖中的X和Y為雙脈沖產(chǎn)生作用所設(shè)。在三相橋式全控電路、交流調(diào)壓電路等應(yīng)用場(chǎng)合，都需要雙脈沖觸發(fā)，即在觸發(fā)當(dāng)前晶閘管的同時(shí)要向前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖。晶閘管電路在采用鋸齒波觸發(fā)器時(shí)，每一個(gè)晶閘管都配有一套觸發(fā)電路，產(chǎn)生雙脈沖的方法是將本觸發(fā)電路的X端與前一號(hào)觸發(fā)電路的Y端連接，這樣V4導(dǎo)通時(shí)不但使電路V5截止，同時(shí)也會(huì)通過(guò)X-Y連接使前一號(hào)觸發(fā)電路的V6截止。

V5和V6為串聯(lián)連接，任何一個(gè)關(guān)斷都會(huì)使V5的集電極電位抬高，使后續(xù)電路的功率放大晶體管得到正偏壓而導(dǎo)通形成觸發(fā)脈沖。X、Y的作用2/4/202380強(qiáng)觸發(fā)50V直流電壓，經(jīng)R19對(duì)C6充電，N點(diǎn)電位為50V。當(dāng)V8導(dǎo)通時(shí)，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)R17、V8迅速放電，形成脈沖尖峰，由于回路電阻很小，且電容C6的存儲(chǔ)能量有限，N點(diǎn)電位迅速下降。當(dāng)N點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí)，VD10導(dǎo)通，N點(diǎn)電位被15V電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺(tái)。C5組成加速電路，用來(lái)提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。

2/4/202381二極管VD5陰極接零電位或負(fù)電位，使V7、V8截止，可以實(shí)現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來(lái)防止接地端與負(fù)電源之間形成大電流通路。

脈沖封鎖2/4/2023823.4集成觸發(fā)電路目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的集成觸發(fā)器有KJ系列和KC系列，國(guó)外生產(chǎn)的有TCA系列；下面簡(jiǎn)要介紹由KC系列的KC04移相觸發(fā)器、KC42脈沖調(diào)制形成器和KC41C六路脈沖形成器的工作原理。

2/4/2023833.4.1KC04移相集成觸發(fā)器

同步環(huán)節(jié)、移相控制、鋸齒波形成、脈沖形成與放大、脈沖分選與輸出。

組成環(huán)節(jié)：同步環(huán)節(jié)：實(shí)現(xiàn)觸發(fā)脈沖與主電路的同步。移相控制：實(shí)現(xiàn)觸發(fā)脈沖的移相。脈沖輸出環(huán)節(jié)中脈沖變壓器：降低脈沖電壓而增大脈沖電流；主電路與觸發(fā)電路之間進(jìn)行電氣隔離；多相電路中各相觸發(fā)電路之間相隔離。2/4/202384

KC04型移相集成觸發(fā)電路

2/4/2023851、KC04移相觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：電源電壓：DC±l5V，允許波動(dòng)±5%；電源電流：正電流≤l5mA，負(fù)電流≤8mA；移相范圍：≥(=30V，=l5KΩ)；脈沖寬度：400s～2ms；脈沖幅值：≥13V；最大輸出能力：100mA；正負(fù)半周脈沖不均衡：≤土；環(huán)境溫度：-——。2/4/2023862、內(nèi)部結(jié)構(gòu)2/4/202387

外引腳排列圖各引腳電壓波形A相ug1ug4該電路在一個(gè)交流電周期內(nèi)，在1腳和15腳輸出相位差180o的兩個(gè)窄脈沖，可以作為三相全控橋主電路同一相所接的上下晶閘管的觸發(fā)脈沖，16腳接＋15V電源，8腳接同步電壓，4腳形成鋸齒波，9腳為鋸齒波、偏移電壓、控制電壓綜合比較輸入。13、14腳提供脈沖列調(diào)制和脈沖封鎖控制端。2/4/202388引腳號(hào)符號(hào)功能用法1In-PV同相脈沖輸出端接正半周應(yīng)導(dǎo)通晶閘管的脈沖功率放大器及脈沖變壓器2NC空腳3CT鋸齒波電容連接端通過(guò)電容接4腳4uT鋸齒波電壓輸出端通過(guò)電阻接移項(xiàng)綜合端5-UCC工作負(fù)電源輸入端接用戶系統(tǒng)負(fù)電源6NC空腳7GND接地端，為整個(gè)電路提供一參考地端接用戶的控制電源地端8uS同步電源信號(hào)輸入端接同步變壓器的二次側(cè)，同步電壓為30V2/4/202389引腳號(hào)符號(hào)功能用法9uΣ移項(xiàng)、偏置及同步信號(hào)綜合端分別通過(guò)三個(gè)等值電阻接鋸齒波、偏置電壓及移項(xiàng)電壓10NC空腳11uP方波脈沖輸出端，該端的輸出信號(hào)反映了移項(xiàng)脈沖的相位通過(guò)一電容接12腳12UW脈寬信號(hào)輸入端，該端與11腳所接電容的大小反映了輸出脈沖的寬度接調(diào)制脈沖源輸出或保護(hù)電路輸出13UC-負(fù)脈沖調(diào)制及封鎖控制端，通過(guò)該端輸入信號(hào)的不同，可對(duì)負(fù)輸出脈沖進(jìn)行調(diào)制或封鎖接調(diào)制脈沖源輸出或保護(hù)電路輸出14UC+正脈沖調(diào)制及封鎖控制端，通過(guò)該端輸入信號(hào)的不同，可對(duì)正輸出脈沖進(jìn)行調(diào)制或封鎖接調(diào)制脈沖源輸出或保護(hù)電路輸出15Ou-PV反向脈沖輸出端接負(fù)半周應(yīng)導(dǎo)通晶閘管的脈沖功率放大器及脈沖變壓器16+UCC系統(tǒng)正電源輸入端接控制電路電源2/4/2023902、內(nèi)部結(jié)構(gòu)2/4/202391

①同步環(huán)節(jié)V1～V4等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓us經(jīng)限流電阻R4加到

V1、V2的基極。在同步電壓正半波us

＞0.7V時(shí)，V1導(dǎo)通，V4截止；在同步電壓負(fù)半波us

＜—0.7V時(shí)，V2、V3導(dǎo)通，V4截止；只有在│us│＜0.7V時(shí)，V4導(dǎo)通。

②

鋸齒波形成

V4截止時(shí)，C1充電，形成鋸齒波的上升段，V4導(dǎo)通時(shí)，

C1放電，形成鋸齒波的下降段，每周期形成兩個(gè)鋸齒波，鋸齒波寬度小于180°。2/4/2023922、內(nèi)部結(jié)構(gòu)2/4/202393

③移相環(huán)節(jié)

V6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)，基極信號(hào)是鋸齒波電壓、

偏移電壓和控制電壓的綜合。改變V6基極電位，V6導(dǎo)通時(shí)刻隨之改變，實(shí)現(xiàn)脈沖移相。

④脈沖形成

V7等組成脈沖形成環(huán)節(jié)，平時(shí)V7導(dǎo)通，電容C2充電為左正右負(fù)。V6導(dǎo)通時(shí)，其集電極電位突然下降，同時(shí)引起V7截止。電容C2放電并反充電為左負(fù)右正。當(dāng)V7基極電位Ube7≥0.7V時(shí)，V7導(dǎo)通，V7集電極有脈沖輸出。V7集電極每周期輸出間隔180°的兩個(gè)脈沖。2/4/202394

⑤

脈沖分選V8、V12組成脈沖分選環(huán)節(jié)，脈沖分選保證同步電壓正半周

V8截止，同步電壓負(fù)半周V12截止，使得觸發(fā)電路在一周內(nèi)有兩個(gè)相位上相差180°的脈沖輸出。

KC04的同步電壓可取任意值，限流電阻R4的估算值：

R4=同步電壓/（1~2mA）2/4/202395KC04移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋式裝置。KC系列中還有KC0l，KC09等。KJ00l主要用于單相、三相半控橋等整流電路中的移相觸發(fā)，可獲得寬脈沖。KC09是KC04的改進(jìn)型，兩者可互換，適用于單相、三相全控式整流電路中的移相觸發(fā)，可輸出兩路相位差180度的脈沖。它們都具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好以及抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。2/4/202396KC04的一個(gè)典型應(yīng)用電路

2/4/202397脈沖調(diào)制形成器電路，主要適用于三相全控橋整流電路、三相半控、單相全控、單相半控等線路中用做脈沖調(diào)制源。

圖3-16KC42脈沖調(diào)制形成器電路圖

3.4.2KC42脈沖調(diào)制形成器

2/4/202398KC41不僅具有雙脈沖形成功能，它還具有電子開關(guān)控制封鎖功能。圖3-18KC41六路雙窄脈沖形成器內(nèi)部電路及外部接線圖

3.4.3KC41C六路雙脈沖形成器

2/4/202399ug1ug2ug3ug4ug5ug6三塊KC04的輸出1~6引腳：輸入KC04的6個(gè)脈沖；10~15引腳：脈沖放大輸出；

7引腳：控制接地，脈沖正常輸出；懸空：無(wú)脈沖輸出。完整的三相全控橋觸發(fā)電路

◆3個(gè)KC04集成塊和1個(gè)KC41C集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。2/4/2023100

二、KC41C六路雙脈沖形成電路ug1ug2ug3ug4ug5ug6三塊KC04的輸出ug1ug2ug3ug4ug5ug62/4/20231013.4集成觸發(fā)電路

三、集成三相觸發(fā)電路A相B相C相2/4/20231023.4.4由集成元件組成的三相觸發(fā)電路三相六脈沖形成電路

2/4/20231033.5觸發(fā)脈沖與主電路的同步

要使晶閘管裝置得到穩(wěn)定的輸出，必須保持各周期中控制角α不變，即：

要求各晶閘管均具有相同的控制角。

為了達(dá)到這個(gè)目的，觸發(fā)脈沖和主電壓之間必須保持頻率一致和固定的相位關(guān)系。

同步的基本概念注意：要實(shí)現(xiàn)同步，主電壓與同步電壓必須接在同一電源上。

2/4/2023104

反映主電壓頻率和相位的信號(hào)可以從加在晶閘管裝置上的電源電壓獲得，讓它作用于觸發(fā)電路，使所產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖能同步地觸發(fā)晶閘管。

這種包含主電壓頻率和相位信息的正弦交流信號(hào)us稱為同步電壓。

系統(tǒng)組成框圖：

2/4/2023105為實(shí)現(xiàn)同步，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽(yáng)極電壓u2的相位，正確供給觸發(fā)電路特定相位的同步電壓us，以保證us與u2具有固定的相位關(guān)系。這種正確選擇同步電壓相位的方法，稱為晶閘管裝置的同步或定相。

2/4/2023106分析三相全控橋2/4/2023107Ott1t2uaubucu2ua-圖3-19三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關(guān)系示意圖2/4/2023108◆分析三相全控橋

?VT1所接主電路電壓為+ua，VT1的觸發(fā)脈沖從0至180

的范圍為t1~t2。

?鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了的30

線性度不好，舍去不用，使用中間的180，

鋸齒波的中點(diǎn)與同步信號(hào)的300位置對(duì)應(yīng)。

?將=90確定為鋸齒波的中點(diǎn)，鋸齒波向前向后各有90

的移相范圍。于是=90與同步電壓的300對(duì)應(yīng)，也就是

=0與同步電壓的210對(duì)應(yīng)。

?=0對(duì)應(yīng)于ua的30的位置，則同步信號(hào)的180與

ua的0對(duì)應(yīng)，說(shuō)明VT1的同步電壓應(yīng)滯后于ua180。?對(duì)于其他5個(gè)晶閘管，也存在同樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2/4/2023109二、影響定相的主要因素

1.整流變壓器與同步變壓器的聯(lián)結(jié)組別因同步變壓器的二次側(cè)只能采用星形聯(lián)結(jié)，故實(shí)際常用12種接法。三相變壓器共有24種聯(lián)結(jié)組別2/4/20231102/4/2023111三、定相舉例

方法：電壓矢量分析法已知：主電路結(jié)構(gòu)、觸發(fā)電路類型、TR聯(lián)結(jié)組別。目的：求TS的聯(lián)結(jié)組別。步驟：1）根據(jù)已知整流變壓器TR聯(lián)結(jié)組別，畫出二次相電壓矢量；2）根據(jù)觸發(fā)電路確定uSA與uA的相位關(guān)系；3）畫出同步變壓器TS的電壓矢量；4）確定同步變壓器TS的鐘點(diǎn)數(shù)；5）畫出電路接線圖。2/4/20231123.5.2防止誤觸發(fā)的措施通?？刹捎萌缦麓胧?

（1）脈沖變壓器初、次級(jí)間加靜電隔離;

（2）應(yīng)盡量避免電感元件靠近控制極電路;

（3）控制極回路導(dǎo)線采用金屬屏蔽線，且金屬屏蔽線應(yīng)接“地”;

（4）選用觸發(fā)電流較大的晶閘管;

（5）在控制極和陰極間并聯(lián)一個(gè)0.01～0.1μF電容器，可以有效地吸收高頻干擾;

（6）在控制極和陰極間加反偏電壓。2/4/20231133.6晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)

晶閘管承受過(guò)電壓、過(guò)電流的能力很差，這是它的主要缺點(diǎn)。

晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，溫度急劇上升，可能將PN結(jié)燒壞，造成元件損壞。例如一只100A的晶閘管過(guò)電流為400A時(shí)，僅允許持續(xù)0.02秒，否則將因過(guò)熱而損壞。

晶閘管耐受過(guò)電壓的能力極差，電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。2/4/2023114過(guò)電壓外因過(guò)電壓內(nèi)因過(guò)電壓操作過(guò)電壓雷擊過(guò)電壓換相過(guò)電壓關(guān)斷過(guò)電壓換相過(guò)電壓

晶閘管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過(guò)；當(dāng)恢復(fù)阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。關(guān)斷過(guò)電壓全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。2/4/2023115圖3-18晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓波形

3.6.1晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓及其保護(hù)關(guān)斷過(guò)電壓

晶閘管在導(dǎo)通到阻斷時(shí)，電流在反向電壓作用下，會(huì)瞬間出現(xiàn)一個(gè)較大的反向電流，從而產(chǎn)生一個(gè)瞬間過(guò)電壓。關(guān)斷過(guò)電壓可達(dá)到工作峰值電壓的5~6倍，所以必須采取保護(hù)措施。2/4/2023116uT1VT1由導(dǎo)通－關(guān)斷VT1VT2L

關(guān)斷過(guò)電壓保護(hù)方法：在晶閘管兩端并接RC吸收電路，如圖過(guò)電壓阻容吸收電路R一般取10~30歐姆，其功率滿足：2/4/20231173.6.2交流側(cè)過(guò)電壓及其保護(hù)1.交流側(cè)操作過(guò)電壓

（1）整流變壓器一次、二次繞組之間存在分布電容，當(dāng)在一次側(cè)電壓峰值時(shí)合閘，將會(huì)使二次側(cè)產(chǎn)生瞬間過(guò)電壓。可在變壓器二次側(cè)并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙莼蛟谧儔浩餍切魏偷刂g加一電容器，也可采用變壓器加屏蔽層，這在設(shè)計(jì)、制造變壓器時(shí)就應(yīng)考慮。

見(jiàn)教材P89圖3-24（a）

2/4/2023118（2）與整流裝置相連接的其他負(fù)載切斷時(shí)，由于電流突然斷開，會(huì)在變壓器漏電感中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，造成過(guò)電壓;

（3）當(dāng)變壓器空載，電源電壓過(guò)零時(shí)，一次拉閘造成二次繞組中感應(yīng)出很高的瞬時(shí)過(guò)電壓。見(jiàn)教材P89圖3-24（b）、（c）

上述兩種情況產(chǎn)生的過(guò)電壓都是瞬時(shí)的尖峰電壓，常用阻容吸收電路或整流式阻容保護(hù)。2/4/2023119

過(guò)壓保護(hù)的基本原則是：

根據(jù)電路中過(guò)電壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的附加電路，當(dāng)達(dá)到一定過(guò)壓值時(shí)，自動(dòng)開通附加電路，使過(guò)電壓通過(guò)附加電路形成通路，消耗過(guò)壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過(guò)電壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。2/4/2023120

圖3-20交流側(cè)阻容吸收電路的幾種接法2/4/2023121在單相變壓器次級(jí)加入的并聯(lián)阻容保護(hù)電路如下圖所示。電容、電阻的計(jì)算公式分別為式中，S為變壓器每相平均計(jì)算容量，單位為VA；

U2為變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位為V；

io%為變壓器勵(lì)磁電流百分值，一般取4~10；

uk%為變壓器的短路電壓百分值，一般取5~10。電容的交流耐壓1.5UC，電阻的功率使用經(jīng)驗(yàn)公式估算

其中，IC為正常工作時(shí)流過(guò)阻容電路的交流電流有效值；

UC為正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓的有效值。2/4/2023122對(duì)于右圖所示的三相電路，變壓器二次繞組和阻容保護(hù)均采用Y接法，則電容、電阻的計(jì)算式和單相時(shí)一樣。對(duì)于右圖所示的三相電路，變壓器二次繞組為Y接法，阻容保護(hù)為接法，那么電容、電阻在用單相公式計(jì)算的基礎(chǔ)上要進(jìn)行Y-變換，求得連接時(shí)的阻容值，即C=CY/3，R=3RY。對(duì)于大容量的變換器，可采用右圖所示的三相整流式阻容保護(hù)電路，C可采用體積小、容量大的電解電容，RC的作用是吸收電容上的過(guò)電壓能量。2/4/2023123（4）交流側(cè)浪涌過(guò)電壓

由于雷擊或從電網(wǎng)侵入的高電壓干擾而造成晶閘管過(guò)電壓,稱浪涌過(guò)電壓。浪涌過(guò)電壓雖然具有偶然性，但它可能比操作過(guò)電壓高得多，能量也特別大。因此無(wú)法用阻容吸收電路來(lái)抑制，只能采用類似穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理的壓敏電阻或硒堆元件來(lái)保護(hù).圖3-21硒堆保護(hù)的接法

2/4/2023124

硒堆保護(hù)

硒堆

若干片硒整流元件組成硒堆。具有較陡的反向非線性特性，當(dāng)超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，反向電流增加很快，消耗較大瞬時(shí)功率，過(guò)電壓被限制在硒堆的反向擊穿電壓。每片硒片的額定電壓有效值一般為20~30V。

優(yōu)點(diǎn)：能吸收較大的浪涌能量;

缺點(diǎn)：長(zhǎng)期不用反向電阻會(huì)下降。

初次使用時(shí)，必須先加50%額定電壓10min，再加額定電壓2h，才能恢復(fù)其原有的反向伏安特性。2/4/2023125

硒堆：正向?yàn)槎O管特性，使用時(shí)將兩組硒堆反向?qū)?，使雙向具有穩(wěn)壓管特性。2/4/2023126

壓敏電阻壓敏電阻具有近似穩(wěn)壓管的伏安特性，可把浪涌電壓限制在電力電子器件允許的電壓范圍。正常工作時(shí)漏電流很小，故損耗??；當(dāng)過(guò)壓時(shí)，可通過(guò)高達(dá)數(shù)千安的放電電流IY，因此抑制過(guò)壓的能力強(qiáng)。壓敏電阻對(duì)浪涌電壓反應(yīng)快，而且體積小，是一種較好的過(guò)壓保護(hù)器件；主要缺點(diǎn)是持續(xù)平均功率很小，如正常工作電壓超過(guò)它的額定值，則在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)燒毀。壓敏電阻是一種金屬氧化物的非線性電阻，具有正、反兩個(gè)方向相同但很陡的伏安特性，如右圖所示。2/4/2023127

圖3-28壓敏電阻的幾種接法

由于壓敏電阻的正、反向特性對(duì)稱，因此單相電路只需1個(gè)，三相電路用3個(gè)，連接成Y形或形，如下圖所示。2/4/2023128壓敏電阻的主要參數(shù)：

額定電壓U1mA：漏電流為1mA時(shí)的電壓值；殘壓比：UY/U1mA，其中UY為放電電流達(dá)到規(guī)定值IY時(shí)的電壓；通流容量：在規(guī)定的波形（沖擊電流前沿10s，持續(xù)時(shí)間20s）下允許通過(guò)的浪涌電流。壓敏電阻的選用方法：額定電壓：U1mA(1.05~1.1)工作電壓峰值/(0.8~0.9)

UY：UY<被保護(hù)元件的額定電壓通流容量：>實(shí)際的浪涌電流。壓敏電阻只能用做過(guò)壓保護(hù)，不能用做du/dt保護(hù)。2/4/20231293.6.3晶閘管直流側(cè)過(guò)電壓及其保護(hù)

直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同的方法，阻容保護(hù)和非線性元件保護(hù)。在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路，抑制晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓。直流側(cè)阻容及壓敏電阻保護(hù)電路2/4/2023130圖3-29直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)電路

2/4/2023131CR

利用電容吸收過(guò)電壓。其實(shí)質(zhì)就是將造成過(guò)電壓的能量變成電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存到電容中,然后釋放到電阻中消耗掉。硒碓保護(hù)(硒整流片)CR晶閘管元件的阻容保護(hù)2/4/2023132避雷器擊穿對(duì)地放電，防止雷電過(guò)電壓設(shè)置Co，抑制操作開關(guān)S通、斷時(shí)過(guò)電壓線路上并接RC過(guò)電壓緩沖器線路上并接壓敏電阻RV用緩沖器抑制開關(guān)管通、斷時(shí)的過(guò)電壓2/4/20231333.7晶閘管的過(guò)電流保護(hù)與電壓、電流上升率的限制外因：負(fù)載過(guò)載、負(fù)載短路、電源過(guò)高或過(guò)低、逆變失敗等。1.過(guò)電流的產(chǎn)生內(nèi)因：晶閘管損壞、觸發(fā)電路故障等。當(dāng)流過(guò)晶閘管的電流大大超過(guò)其正常工作電流時(shí)，稱為過(guò)電流。2/4/2023134 晶閘管在規(guī)定的冷卻條件下，通過(guò)兩倍通態(tài)平均電流時(shí)，可經(jīng)受的時(shí)間為0.5s；通過(guò)三倍通態(tài)平均電流時(shí)，可經(jīng)受的時(shí)間為60ms；通過(guò)六倍通態(tài)平均電流時(shí)，可經(jīng)受的時(shí)間為20ms；通過(guò)二十倍通態(tài)平均電流時(shí)，可經(jīng)受的時(shí)間為10ms。浪涌電流ITSM2/4/2023135串接交流進(jìn)線電抗或采用漏抗較大的整流變壓器過(guò)電流繼電器保護(hù)限流與脈沖移相保護(hù)快速熔斷器保護(hù)直流快速開關(guān)保護(hù)2.保護(hù)措施2/4/2023136

交流進(jìn)線電抗器L