第三章晶閘管的觸發(fā)電路

第三章晶閘管的觸發(fā)電路《電力電子技術(shù)》第一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日常見的觸發(fā)脈沖電壓波形

3-1常見的觸發(fā)脈沖電壓波形a)正弦波b)尖脈沖c)方脈沖d)強(qiáng)觸發(fā)脈沖e)脈沖列第二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

一、單結(jié)晶體管

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

用萬(wàn)用表來(lái)判別單結(jié)晶體管的好壞：選擇R×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。

第三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日單結(jié)晶體管的伏安特性

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)特性曲線族第四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

二、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，如圖3-4所示。

圖3-4單結(jié)晶體管自激振蕩電路及波形

第五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日滿足電路振蕩的Re的取值范圍為為了防止Re取值過(guò)小電路不能振蕩，一般取一固定電阻r與另一可調(diào)電阻Re串聯(lián)，以調(diào)整到滿足振蕩條件的合適頻率。若忽略電容C放電時(shí)間，電路的自激振蕩頻率近似為第六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

三、具有同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

圖3-5單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路第七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-5是加了同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，主電路為單相半波整流電路。要求圖中VT在每個(gè)周期內(nèi)以同樣的觸發(fā)延遲角α被觸發(fā)導(dǎo)通，即觸發(fā)脈沖必須在電源電壓每次過(guò)零后滯后α角出現(xiàn)。為了使觸發(fā)脈沖與電源電壓的相位配合需要同步，我們采用一個(gè)同步變壓器，它的一次側(cè)接主電路電源，二次側(cè)經(jīng)二極管半波整流、穩(wěn)壓削波后得梯形波，作為觸發(fā)電路電源，也作為同步信號(hào)。當(dāng)主電路電壓過(guò)零時(shí)，觸發(fā)電路的同步電壓也過(guò)零，單結(jié)晶體管的Ubb電壓也降為零，使電容C放電到零，保證了下一個(gè)周期電容C從零開始充電，起到了同步作用。從圖3-5b可以看出，每周期中電容C的充放電不止一次，晶閘管由第一個(gè)脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，后面的脈沖不起作用。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)α角的目的。第八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

實(shí)際應(yīng)用中，常用晶體管V代替可調(diào)電阻器Re，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移相，同時(shí)脈沖的輸出一般通過(guò)脈沖變壓器TP，以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電路與主電路的電氣隔離，如圖3-6所示。

圖3-6帶輸出脈沖變壓器的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路第九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路

一、鋸齒波同步觸發(fā)電路組成圖3-7為鋸齒波同步觸發(fā)電路，該電路由以下五個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：①同步環(huán)節(jié)。②鋸齒波形成及脈沖移相環(huán)節(jié)。③脈沖形成、放大和輸出環(huán)節(jié)。④雙脈沖形成環(huán)節(jié)。⑤強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)。第十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日鋸齒波同步觸發(fā)電路

圖3-7同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日二、工作原理波形分析

圖3-8鋸齒波觸發(fā)電路各點(diǎn)電壓波形

第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

三、雙脈沖形成環(huán)節(jié)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)閂T1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6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。

圖3-9實(shí)現(xiàn)雙脈沖連接的示意圖

第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第三節(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。

第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日三相全控橋雙窄脈沖集成觸發(fā)電路

第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日1．KC04移相觸發(fā)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)。

圖3-11KC04與KC41C電路各點(diǎn)電壓波形第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日2．KC41C六路雙脈沖形成器圖3-12KC41C內(nèi)部電路及封裝外形

第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日二、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。圖3-13為該電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖3-13MC787和MC788內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)框圖

第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日集成塊由同步過(guò)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(guò)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。鋸齒波在比較器中與移相電壓比較取得交點(diǎn)，移相電壓由腳4通過(guò)電位器調(diào)節(jié)或由外電路控制得到。移相電壓為正極性，當(dāng)移相電壓增加時(shí)，輸出觸發(fā)延遲角增大。移相電壓的調(diào)整范圍可按積分電容的大小，在0～15V間選取。

第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日用MC787和MC788組成的三相觸發(fā)電路原理圖

第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日使用時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

1)同步電壓的零點(diǎn)取在1／2電源電壓處，所以，同步信號(hào)的“地”若與電路共地，電路的同步信號(hào)輸入端需用電阻進(jìn)行1／2分壓，然后將同步信號(hào)用電容耦合到輸入端；1／2分壓精度將影響同步信號(hào)的零點(diǎn)，應(yīng)選用相對(duì)誤差小于2％的電阻。此外同步信號(hào)的峰值不應(yīng)超過(guò)電源電壓數(shù)值。2)電容的相對(duì)誤差應(yīng)小于5％，當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，電容可取0.15μF左右，當(dāng)頻率較高時(shí)，為保證電容積分幅值，電容應(yīng)減小。3)電路的半控／全控控制端，使用時(shí)不要懸空。4)MC787／MC788可方便地用于普通晶閘管、雙向晶閘管、門極關(guān)斷晶閘管、非對(duì)稱晶閘管的電力電子設(shè)備中作移相觸發(fā)脈沖形成電路。改變CX，它還可用于GTR、電力MOSFET、IGBT或MCT的電力電子設(shè)備中。

第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)數(shù)字觸發(fā)電路圖3-15微機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)框圖

第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

一、系統(tǒng)工作原理

MCS-51系列8031單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0、T1，若將其設(shè)置為定時(shí)器方式1，即16位對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。首先將初值裝入TL(低8位)及TH(高8位)，啟動(dòng)定時(shí)器即開始從初值加1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值溢出時(shí)，向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，CPU響應(yīng)后執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序。在中斷程序中讓單片機(jī)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，因此改變計(jì)數(shù)器的初值，就可改變定時(shí)長(zhǎng)短。第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-16三相全控橋電路及觸發(fā)脈沖圖3-17輸出脈沖程序流程圖第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日電路工作時(shí)，設(shè)α1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)

t1=tα1

tn=tα1+(n-1)t60式中t1——α1對(duì)應(yīng)的時(shí)間；

n——觸發(fā)脈沖序號(hào)，n=1、2、3、4、5、6

tn——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。

第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

二、微機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)的硬件設(shè)置圖3-18系統(tǒng)硬件配置框圖第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第五節(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。第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

一、實(shí)現(xiàn)同步的方法

觸發(fā)電路要與主電路電壓取得同步，首先二者應(yīng)由同一電網(wǎng)供電，保證電源頻率一致；其次要根據(jù)主電路的型式選擇合適的觸發(fā)電路；最后依據(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(guò)同步變壓器的正確連接加以實(shí)現(xiàn)。由于同步變壓器二次電壓要分別接到各單元觸發(fā)電路，而一套主電路的各單元觸發(fā)裝置一般有公共“接地”端點(diǎn)，所以，同步變壓器的二次只能是星形聯(lián)結(jié)。第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

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(lái)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。解選擇以某一只晶閘管的同步定相為例(如以VT1管)，其余五管可根據(jù)相位關(guān)系依次確定。具體步驟如下：1．確定VT1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)電路的連線第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

圖3-19三相全控橋同步定相實(shí)例圖第三十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日本章小結(jié)

晶