电力电子技术第3章b.ppt

1、电力电子技术,第二章：整流电路 （ 第 二 部 分）,3.3 变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态 3.8 晶闸管直流电动机系统 3.9 相控电路的驱动控制 本章小结,第三章 整流电路,3.3 变压器漏感对整流电路的影响,考虑包括变压器漏感(也称为漏抗)在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。在许多情况下， LB不能忽略，它使得电流换相过程不能瞬时完成。 1、以三相半波电路为例： VT1换相至VT2的过程：,图3-25 考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流

2、电路及波形,3.3 变压器漏感对整流电路的影响,因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变，于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。ik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。,图3-25 考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度表示换相过程中，整流输出电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。这导致ud的波形出现一个明显的缺口。同时各相的电流也不是突变的。,2.3 变压器漏感对整流电路的影响,3.3 变压器漏感对整

3、流电路的影响,2. 换相压降Ud与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。 换相压降相当于阴影部分的面积的平均值，它使得输出的整流电压下降。这块阴影由负载电流Id的换相过程引起。具体计算：阴影面积除以SCR导通的时间。以三相半波为例：（3-31）,式中XB相当于漏感为LB的变压器每相折算到二次侧的漏抗，可根据变压器的铭牌数据求出。（具体算法参看P55),3. 换相重叠角的计算（以0，即自然换相点做为时间坐标的零点）（3-32）由上式得：（3-33）进而得出：（3-34）,3.3 变压器漏感对整流电路的影响,斜率反映出电感LB上的压降,Ik的通式,当 时， ，于是（3-35）（3-36）。

4、可见， 随其它参数变化的规律：（1） Id越大则 越大；（2） XB越大 越大；（3） 当 90时， 越小 越大。,3.3 变压器漏感对整流电路的影响,4、 变压器漏抗对各种整流电路的影响表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：不含单相半波电路; 单相全波时m=2; 单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。,3.3 变压器漏感对整流电路的影响,5、变压器漏感对整流电路影响的一些结论：（1） 出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值Ud降低，电压的脉动系数也增加；（2） 整流电路的工作状

5、态增多；（3）晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通； 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt；（4） 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路；（5） 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。,3.3 变压器漏感对整流电路的影响,作业,P96-5 三相半波可控整流电路，反电势阻感负载， U2=100V， R=1, L=, LB=1mH, 求当30o, E=50V时Ud,Id与的数值, 并作出ud与ivt1, ivt2波形,整流电路定量计算,可控整流电路,电流始终断续,且导通角随L/R变化,不固定,因此积分区间不固定,不能给出统一公式,

6、a),u,1,T,VT,R=0,L,u,2,u,VT,u,d,i,d,u,其中,1.单相半波可控整流电路带电感性负载, L=20mH, U2=100V,计算负载电流平均值 Id, 并画出 ud ， id 在 =0o和=60o的 波形,本题R=0, L=20mH Z=L=6.28 ;=90o,a),u,1,T,VT,R=0,L,u,2,u,VT,u,d,i,d,u,2,0,w,t,1,p,2,p,w,t,w,t,w,t,w,t,u,g,0,u,d,0,i,d,0,q,a,b),c),d),e),+,+,其中,Key:因L无限大， Ud=0.9U2cos=99VId =Ud/R=19.8A I2=

7、 Id =19.8A 晶闸管正常工作时所承受的峰值电压为 考虑安全裕量，则其额定电压UTN=(23) =(23)311V 流过晶闸管的电流有效值为IVT= Id / =14A 考虑安全裕量，则其额定电流IT(AV)=(1.52)IVT/1.57=(1.52)8.9A 晶闸管的电流平均值IdVT= Id/2=9.9A IT(AV),例:单相桥式全控整流电路带阻感性负载，U2=220V， R=5，L足够大，=60o时，求整流输出平均电压Ud、电流Id ，变压器二次电流有效值I2;考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。,3.5 整流电路的谐波和功率因数,许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公

8、用电网带来不利影响：电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害；许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准（GB/T14549-93）电能质量 公用电网谐波从1994年3月1日起开始实施。,3.5 整流电路的谐波和功率因数,谐波（harmonics）对电网的危害： 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。 谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以致损坏； 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串

9、联谐振，从而使谐波放大，会使上述1）和2）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故； 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确； 谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。,3.5 整流电路的谐波和功率因数,无功及功率因数：许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已.在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视

10、在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。 无功功率（reaction power）对电网的影响： 无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加； 无功功率增加，会使总电流增加，从而使得设备和线路的损耗增加； 无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。,3.5.1 谐波和无功功率分析基础,谐波 在供电系统中，我们总是希望电压和电流一直保持正弦波形。当正弦波电压施加在线性无源器件电阻、电感和电容上时，其电流和电压分别为比例、积分和微分关系，但仍为同频的正弦波。 如果正

11、弦波电压施加在非线性电路上时，电流就成为非正弦波，非正弦波电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。 当然，非正弦波电压施加在线性电路上时，电流也是非正弦的。,2）非正弦电压一般满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数 狄里赫利条件：周期函数在一个周期内连续或只有有限个第一类间断点(当 从左或右趋向于这个间断点时，函数有有限的左极限和右极限) ，并且至多只有有限个极值点。基波（fundamental）在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量 谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量，即2,3,4,N次谐波 谐波次数谐波频率和基波频率的整数比,3.5.1 谐波和无功功率分析基础,1）正弦电压,n

12、次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示（3-57）电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为（3-58）,3.5.1 谐波和无功功率分析基础,注：Ih为总谐波电流有效值。,2. 功率因数 1) 正弦电路中的情况电路的有功功率P就是其平均功率：（ 3-59）视在功率S为电压、电流有效值的乘积，即S=UI （3-60）无功功率Q定义为： Q=U I sin （3-61） 功率因数 定义为有功功率P和视在功率S的比值： （3-62）此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系： （3-63）功率因数是由电压和电流

13、的相位差 决定的： =cos （3-64）,3.5.1 谐波和无功功率分析基础,2) 非正弦电路中的情况 公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实际意义。 设正弦波电压有效值为U，畸变电流有效值为I，基波电流有效值及与电压的相位差分别为I1和 1。 这时有功功率为：P=U I1 cos1功率因数为： （3-66）,3.5.1 谐波和无功功率分析基础,基波因数 =I1 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数（基波功率因数）cos 1 非正弦电路的无功功率 定义很多，但尚无被广泛接受的

14、科学而权威的定义 一种简单的定义是仿照式（3-63）给出的：（3-67）这样定义的无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受，但该定义对无功功率的描述很粗糙。,3.5.1 谐波和无功功率分析基础,也可仿照式（3-61）定义无功功率，为和式（3-67）区别，采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Q f =U I 1 sin 1 在非正弦情况下， ，因此引入畸变功率D，使得：（3-69） 比较式（3-67）和（3-69），可得：（3-70） 忽略电压谐波时（3-71） 这种情况下，Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。,(3-68）,3.5.1 谐波和无功功率分析

15、基础,3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析,Single-phase bridge fully-controlled rectifier,忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足够大（电流i2的波形见图）,1. 单相桥式全控整流电路,解,所给函数满足狄里赫利充分条件(只有有限个第一类间断点).,为周期的矩形脉冲的波形,将其展开为傅里叶级数.,以,函数图象为,所求函数的傅氏展开式为,1. 单相桥式全控整流电路 电流i2分解为傅里叶级数，可得：（3-72）变压器二次侧电流谐波分析：基波和各次谐波有效值为：n=1,3,5, （3-73） 电流中仅含奇次谐波； 各次谐

16、波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。,3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析,功率因数计算基波电流有效值为 （3-74）i2的有效值I= Id，结合式（3-74）可得基波因数为 （3-75）电流基波与电压的相位差就等于控制角 ，故位移因数为（3-76）所以，功率因数为,（3-77）,3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析,2. 三相桥式全控整流电路 阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大 以 =30为例，交流侧电压和电流波形如图2-20中的ua和ia波形所示。此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流

17、电流的关系为：（3-78）,3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析,3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析,电流基波和各次谐波有效值分别为（3-80）电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波；可见三相桥的优越性。 各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。,变压器二次侧电流谐波分析：（3-79）,功率因数计算 由式（2-78）和（2-80）可得基波因数为 （3-81）电流基波与电压的相位差仍为 ，故位移因数仍为 （3-82）功率因数为 （3-83）,3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析,3.5.4 整流

18、输出电压和电流的谐波分析,整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。图3-33 =0时，m脉波整流电路的整流电压波形,3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析, =0时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析： 将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在- /m /m区间，整流电压的表达式为：（3-84） 对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：式中，k=1，2，3；且：,m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk,为了描述整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定义电压纹波因数 为ud0中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud0之比：（3-88）其中：

19、（3-89）而： U为整流电压有效值（3-90）,3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析,将上述式（3-89）、（3-90）和（3-86）代入（3-88）得（3-91）表2-3给出了不同脉波数m时的电压纹波因数值。,3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析,3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析,负载电流的傅里叶级数可由整流电压的傅里叶级数求得：（3-92） 当负载为R、L和反电动势E串联时，上式中：（3-93）n次谐波电流的幅值dn为：（3-94）n次谐波电流的滞后角为：（3-95）, =0时整流电压、电流中的谐波有如下规律： （1）m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3.

20、）次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次； （2）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载 电流谐波幅值dn的减小更为迅速； （3） m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。,3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析, 不为0时的情况：m脉波整流电压谐波的一般表达式十分复杂，这里给出三相桥式整流电路的结果，说明谐波电压与 角的关系 以n为参变量，n次谐波幅值（取标幺值）对 的关系如图2-34所示： 当 从0 90变化时，ud的谐波幅值随 增大而增大， =9

21、0时谐波幅值最大； 从90 180之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随 增大而减小。,图3-34 三相全控桥电流连续时，以n为参变量的与 的关系,3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析,作业,P96-18,19,21,3.7 整流电路的有源逆变工作状态,逆变DC to AC，整流的逆过程。 实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变为电能，反送到交流电网中去，有助于刹车； 逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。 有源逆变电路 交流侧和电网连结，即电网为负载应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。 无源逆变电路 变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负

22、 载，将在第4章介绍。 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路(Converter)。,1. 什么是逆变？为什么要逆变？,3.7.1 逆变的概念,分析:两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。 a)EGEM ,M电动运转，电流Id从G流向M，M吸收电功率，相当于反电势负载 b) 回馈制动状态，M作发电运转，电流反向，从M流向G，此时即为有源逆变状态。M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G. C) 两电动势顺向串联，

23、向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R 一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。,a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路,2. 两电动势相连情况：以直流电动机-发电机系统为例,使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。 注意同时添加一个电抗器，以使电流连续，从而负载为大电感反电势负载）。,M电动运行，全波电路工作在整流状态， 在0/2间，Ud为正值，并且只有当Ud EM，才能输出Id.交流电网输出电功率，电动机输入电功率,G,3. 逆变产生的条件,由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极

24、性(反转发电)。为了防止两电动势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即Ud应为负值，且|EM | |Ud |，才能把电能从直流侧送到交流侧,实现逆变。电能（注意不是电流）的流向与整流时相反,M输出电功率,电网吸收电功率。 Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值， 在 /2 间。,G,M回馈制动,图3-45 单相全波电路的整流和逆变,G,产生逆变的条件有二：（1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压；（2）晶闸管的控制角 /2，使Ud为负值。,图3-45 单相全波电路的整流和逆变,半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值（最小为零），也不

25、允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。,3.7.1 逆变的概念,3.7.1 逆变的概念,2、逆变和整流的区别：控制角 不同0 /2 时，电路工作在整流状态 /2 时，电路工作在逆变状态,把 /2 的控制角用 表示表示， 称为逆变角。 而逆变角和控制角的计量方向相反，其大小自 =0的起始自然换相点向左方计量。（实际上还是由来确定比较方便）。,3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态,可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题有源逆变状态时各电量的计算： Ud= -2.34U2cos = -1.353U2cos = -1.35U2Lc

26、os （3-105）输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即Id=（Ud-EM)/R,3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态,每个晶闸管导通2 /3，故流过晶闸管的电流有效值为（忽略直流电流id的脉动） （3-106）从交流电源送到直流侧负载的有功功率为:Pd=R Id2+EMId （3-107） 当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为： （3-108）,3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态,3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败（逆变颠覆）指逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会

27、通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流，造成器件和变压器损坏。1. 逆变失败的原因（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相；（2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通；（3）交流电源缺相或突然消失；（4）换相的裕量角不足，引起换相失败。, 换相重叠角的影响：,图3-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响,如果b |uc|，该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。,3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,当b g 时，换相结束时|ua|

28、uc|， VT1导通，晶闸管VT3能承受反压而关断， c换相到a 。,2. 确定最小逆变角 min的依据 逆变时允许采用的最小逆变角 应等于 min= + + （3-109） :晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300ms，折算到电角度约45； ：换相重叠角，随直流平均电流和换相电抗的增加而增大； ：为安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）值约取为10。值确定方法：（1）查表,3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,（2）参照整流时 的计算方法： （3-110）根据逆变工作时 ，并设 ，上式可改写成 （3-111） （重叠角与Id和XB有关，当电路参数确定后，重叠角

29、就有定值。）,3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,图3-53 两组变流器的反并联可逆线路,3.8.3 直流可逆电力拖动系统,直流可逆电力拖动系统,三相全控桥无环流接线,3.8.3 直流可逆电力拖动系统,图3-53c绘出了电动机四象限运行时两组变流器（简称正组桥、反组桥）的工作情况 第1象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态， 1 /2），EMUd (下标中有 表示逆变） 第3象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态， 2 /2 ），EM Ud 直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动。,作业,P96-26,29,3.9 相控电路的驱动控制,相

30、控电路： 晶闸管可控整流电路，通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小； 采用晶闸管相控方式时的交流交流电力变换电路和交交变频电路（第4章）。 相控电路的驱动控制： 为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。,本节主要内容： 在第2章已简单介绍了SCR的理想触发波形和、SCR触发脉冲的放大等内容。本节主要介绍触发脉冲与晶闸管所处电路相结合； 大、中功率的变流器对触发电路的精度要求较高，对输出的触发功率要求较大，故广泛应用的是晶体

31、管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。,2.9 相控电路的驱动控制,3.9.1 晶闸管的简易触发电路 （P31),一、单结晶体管的结构和特性： 单结管是在一块N型硅片上，引出两个基极：b1和b2。同时引出P型的发射极e。导通规律： 当b2、b1间加上正向电压后，e、b1间阻断，当e的电位达到b2、b1间电压的一定比例时，e、b1间立刻导通。单结管的伏安特性曲线如图所示，由负阻区转化为饱和区的转折点V称为谷点。谷点电压是维持单结管导通的最小电压，一旦Ue小于Uv时，单结管将由导通转为截止。,3.9.1 晶闸管的简易触发电路,二、单结管的同步振荡触发电路： 主回路为一单相半控桥。触

32、发脉冲与电源电压的相位配合需要同步。采用变压器的二次侧经过单相双半波整流、稳压削波，得到梯形波，做为触发电路电源，同时作为同步信号。 当主电路的电压过零时，触发电路的电压也过零，单结管的Ebb0，C放电完毕。 当C上的电压经Re充电上升至Up后，单结管导通，电容放电形成触发脉冲。当C放电至Uv后，单结管截止，重新开始充电。注意，此后的触发脉冲在一个SCR的工作周期中不起作用。 改变Re，可以改变电容的充电速度，达到改变角的目的。,晶闸管触发电路的原理解释：V1、V2构成脉冲放大环节（V1和V2接成达林顿结构）； 脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节，这里利用了脉冲变压器原边的电压等于电感与

33、电流变化率的乘积的原理在副边产生了触发脉冲开始的大电流；V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的G和K之间输出触发脉冲； VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设计。,图2-26 理想的晶闸管触发脉冲电流波形 t1t2脉冲前沿上升时间（1s） t1t3强脉宽度 IM强脉冲幅值（3IGT5IGT） t1t4脉冲宽度 I脉冲平顶幅值（1.5IGT2IGT）,图2-27 常见的 晶闸管触发电路,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲； 三个基本环节：脉

34、冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。,图3-54 同步信号为锯齿波的触发电路,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,图3-54 同步信号为锯齿波的触发电路,1. 同步环节同步要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定； 锯齿波是由开关V2管来控制的； V2开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定； V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点； V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C1。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,1. 同步环节 二次电压波形在负半周

35、的下降段，VD1导通，C1被迅速充电，因为O接零电位，所以R点为负，V2基极反向偏置，V2截止。在负半周的上升段，15V通过R1给电容C1反向充电，VD1截止，当Q点电位达到1.4V时，V2导通，Q点电位钳位在1.4V直至下一个负半周。V2截止时间越长，锯齿波越宽。该截止时间由充电时间常数R1C1决定。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,同步环节当UST0时的等效电路和波形,2. 锯齿波的形成和脉冲移相环节 电路组成 锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等。 恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成。V1、VS、RP2和R3为一 恒流源电路。,3.9.2 同步

36、信号为锯齿波的触发电路,工作原理：V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电， 调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是用来调节锯齿波斜率的。 V2导通时，因R4很小故C2迅速放电，ub3电位迅速降到零伏附近； V2周期性地通断，ub3便形成一锯齿波，同样ue3也是一个锯齿波。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响； V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者作用的叠加所定； 如果uco=0，up为负值时，b4点的波形由uh+ uP 确定； 当uco为正值时，b4点的波形由uh+ uP + u

37、co 确定；(p89) M点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿； 加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,三相全控桥时的情况: 接感性负载电流连续时，脉冲初始相位应定在 =90；如果是可逆系统，需要在整流和逆变状态下工作，要求脉冲的移相范围理论上为180（由于考虑 min和min，实际一般为120），由于锯齿波波形两端的非线性，因而要求锯齿波的宽度大于180。此时，令uco=0，调节up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波的中央，相应于 =90的位置。 如uco为正值，M点就向前移，控制角 90，晶闸管电路处于逆变状态。 对于如

38、图波形所示的负半周有效的锯齿波触发器，采用NPN晶体管，锯齿波上升沿为有效部分。对于它的同步信号相对于该触发电路所触发的SCR的电压而言，需滞后180。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,3. 双窄脉冲形成环节内双脉冲电路V5、V6构成“或”门 当V5、V6都导通时，Uc5=-15V,V7、V8都截止，没有脉冲输出； 只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出； 第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角 产生； 隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生（通过V6）。 三相桥式全控整流电路的情况 器件导通顺序为VT1,2,3,4,5,6，彼此相隔600。

39、可以这样接线：VT1的触发单元的Y接至VT2的触发单元的X端，从而当滞后600的VT2触发单元的V4导通时，输出一个脉冲给VT1的Y，使V6截止，从而给VT1再次发一个脉冲。依次类推，从而实现双窄脉冲的发送。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,4脉冲形成与放大环节V4、V5 脉冲形成V7、V8 脉冲放大控制电压uco加在V4基极上。uco对脉冲的控制作用及脉冲形成： 1) uco=0时，V4截止。V5饱和导通。V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1(30V)；,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,2) uco 0.7V 时，V4导通，A点电位由

40、+E1(+15V) 1.0V左右，由于电容C3两端电压不能突变，所以V5基极电位 约-2E1(-30V)， V5立即截止。V5集电极电压由-E1(-15V) +2.1V(VD6 、V7、V8 三个管压降），V7、V8导通，输出触发脉冲。电容C3放电和反向充电，使V5基极电位 ，直到ub5-E1(-15V)，V5又重新导通。使V7、V8截止，输出脉冲终止。 3) 脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关; 4) 电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V5集电极电路中。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,5. 强触发环节强触发脉冲可以缩短SC

41、R开通时间，提高承受di/dt能力，有利于并联时的动态均压和均流。 强触发脉冲特点是在脉冲初期有一个大电流脉冲，以减小门极损耗。 使用单相桥整流获得50V电源。 在V8导通前，50V电源通过R15向C6充电。所以B点电位处于50V。V8导通，C6迅速放电形成强脉冲，当UB15V时，VD15导通。此时UB电位钳位在15V，进入触发脉冲平稳阶段。当V8截止后，50V电源重新向C6充电，使UB =50V。重复上面过程。 C5可以提高脉冲前沿的陡度。,3.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路,图2-55 同步信号为锯齿波的触发电路的工作波形,图示为正弦波触发电路原理图，适用于三相全控桥。V1起综合信号和

42、放大作用。脉宽形成环节和功放由V2组成的单稳态电路、V3和脉冲变压器TP组成。 V1关断时，C4极性左正右负，V2饱和导通，V3截止。V1导通瞬间，C4上电压不能突变，所以V2截止，V3导通输出脉冲。,3.9.3 同步信号为正弦波的触发电路,正弦波同步信号的形成和移相控制： 使用u 和u来限制min 和min,us为正弦波同步信号， uco为控制电压。使用这四个电压来进行同步和移相。 注意，为了防止干扰。 u 、u和us在输入时都经过RC滤波。该滤波器的移相角一般为600。,3.9.3 同步信号为正弦波的触发电路,正弦波同步信号的形成和移相控制：先不考虑u 和u的作用。对于电感性负载，当UCO

43、=0时，要求输出电压Ud=0,即此时输出的控制脉冲对准900的位置，即要求US的负到正的过零点在900处。根据此要求，选择滞后Uu1200作为同步电压US,再由RC自动产生滞后600，选择滞后Ua600的电压作为同步变压器二次的US。（为什么不直接选UV,原因是为了抗干扰） 改变UCO,可以改变输出脉冲的相位，当UCO0时 900。,3.9.3 同步信号为正弦波的触发电路,3.9.3 集成触发器,可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便 晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路目前国内常用的有KJ系列和KC系列，下面以KC04为例 KC04与分立元件的锯齿波移相触发电路相似

44、分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节,图3-56 KC04电路原理图,3.9.4 触发电路的定相 （重点，必考内容）,触发电路的定相在三相SCR变流装置中，触发电路应保证每个SCR触发脉冲与施加于SCR上的交流电压保持固定、正确的相位关系。正确选择同步电压相位以及获取不同相位同步的方法，称为触发电路的定相。措施： 对三相SCR变流器来说，六个同步电压均由三相同步变压器的二次绕组提供。一般同步变压器的副边接成星形接法以获得公共地端。 同步变压器原边接入为主电路供电的电网，可以保证频率一致； 触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。,3.9.4 触发电路

45、的定相,图2-58 三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图,对于Ua上的VT1来说，在t1 t2区间均有导通的可能。这就要求触发电路能够在该区间发挥作用。,3.9.4 触发电路的定相,变压器的接法和时钟表示方法： 符号： D- 三角形接法 ；Y - 星形接法；数字代表钟点数，将十二小时与角度对应，即将360 分为12等份。逆时针方向为正方向。该数字为Ua的指向。 如果原边的A相电压UA定在12点钟，UB滞后Ua120 指向4点钟， UC超前UA 120 指向8点钟。 则由UAB=UA-UB，指向11点钟。同理，UCA指向7点钟， UBC指向3点钟。 在D,Y11的变压器中，（P96中的连接

46、）原边接成D接法，意味着副边的Ua指向11点钟。（同学们可以直接记忆这点）。,3.9.4 触发电路的定相,以三相全控桥为例，采用锯齿波同步触发电路，采用NPN管时的情况： 对于负半周有效的电路（UTS为负时才能产生触发脉冲），对于连接于Ua相正向的VT1，应选用滞后Ua1800的（即反相）的电压作为VT1的同步电压Us，常计为Usa 。 对于连接Ua相反向的VT4，由于VT1和VT4触发导通相差180 ，所以选用和Ua同步的电压作为VT4的同步电压Us，常计为Usa 。 同理可以获得其它四个SCR的同步电压。 注意1：如果采用PNP管作为触发电路（实验中采用的就是这种电路），则正半周有效，所以

47、所有的同步信号需要移动180 。 注意2：如果题目提示使用了RC滤波器，可以先不管它，先按以上规律得出各个SCR的同步电压。再分别提前RC延迟的角度（逆时针反向为超前）。,变压器接法：主电路整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为D,y-11,5联结,图2-59 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图,3.9.4 触发电路的定相,表2-4 三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用NPN锯齿波触发器电路时）,3.9.4 触发电路的定相,3.9.4 触发电路的定相,三相桥整流器，采用正弦波的NPN管触发电路时的情况： 唯一需要和锯齿波触发电路不同的是应选用滞后1200而不是1800的电压作为同步信号。 同样，在使用PNP管时，和NPN管的各个同步信号相差1800。,