1、第五章 晶閘管的觸發(fā)電路,第一節(jié) 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 第二節(jié) 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路 第三節(jié) 集成觸發(fā)電路及數(shù)字觸發(fā)電路 第四節(jié) 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步 本章小結(jié),第五章 晶閘管的觸發(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。 相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 為保證相控電路的正常工作，很重要的一點(diǎn)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。 晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。,第一節(jié) 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,對(duì)于觸發(fā)電路通常有如下要求： 觸發(fā)電路輸出的脈沖必須具有足夠的功率 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的主電壓保持同步 觸發(fā)

2、脈沖能滿足主電路移相范圍的要求 觸發(fā)脈沖要具有一定的寬度，前沿要陡,觸發(fā)電路通常以組成的主要元件名稱分類，可分為：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成電路觸發(fā)器、計(jì)算機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)電路等。,常見的觸發(fā)脈沖電壓波形如下：,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,一、單結(jié)晶體管 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)及等效電路如圖所示。,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,圖5-2 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,UeUA ：PN結(jié)反偏置， 只有很小的反向漏電流 Ue= UA ：Ie， 特性曲線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)處 Ue 上升 ：UeUPUbbUD ，單結(jié)晶體管導(dǎo)通， 該轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為峰點(diǎn)

3、P,分壓比,圖5-3 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,截止區(qū) （ap段）,Ue UP：Ie增大 ，rb1急劇下降 ，UA達(dá)到最小， Ue也最小 ，達(dá)到谷點(diǎn)V,負(fù)阻區(qū) （PV段）,達(dá)到UV后，單結(jié)晶體管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),飽和區(qū) （VN段）,圖5-3 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,二、單結(jié)晶體管自激振蕩電路,1. 電源接通：E通過(guò)Re對(duì)C充電，時(shí)間常數(shù)為ReC 2. Uc增大，達(dá)到 UP ，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，C通過(guò)R1放電 3. Uc減少，達(dá)到Uv，單結(jié)晶體管截止，R1 下降，接近于零 4. 重復(fù)充放電過(guò)程,5.1 單

4、結(jié)晶體管觸發(fā)電路,Re的值不能太大或太小，滿足電路振蕩的Re的取值范圍,圖5-4 單結(jié)晶體管自激振蕩電路,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：,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,電路中R1上的脈沖電壓寬度取決于電容放電時(shí)間常數(shù)。R2是溫度補(bǔ)償電阻，作用是保持振蕩頻率的穩(wěn)定。,三、具有同步環(huán)節(jié)的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,圖5-5 晶體管同步觸發(fā)電路,注意： 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

5、電容充電速度，達(dá)到調(diào)節(jié)角的目的。,削波的目的：增大移相范圍，使輸出的觸發(fā)脈沖的幅度基本一樣。不削波：UPUbb，為正弦半波，移相范圍小。,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,實(shí)際應(yīng)用中，常用晶體管2代替電位器Re，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移相。 TP：脈沖變壓器，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電路與主電路的電氣隔離。,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,圖5-6單結(jié)管觸發(fā)電路其它形式,單結(jié)晶體管觸發(fā)電路簡(jiǎn)單，輸出功率較小，脈沖較窄，雖加有溫度補(bǔ)償，但對(duì)于大范圍的溫度變化時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)誤差，控制線性度不好。參數(shù)差異較大，對(duì)于多相電路的觸發(fā)時(shí)不易一致。因此單結(jié)晶體管觸發(fā)電路只用于控制精度要求不高的單相晶閘管系統(tǒng) 。,5.1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路,第二節(jié)

6、 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,晶閘管的電流容量越大，要求的觸發(fā)功率越大。對(duì)于大中電流容量的晶閘管，為了保證其觸發(fā)脈沖具有足夠的功率，往往采用由晶體管組成的觸發(fā)電路。 晶體管觸發(fā)電路按同步電壓的形式不同，分為正弦波和鋸齒波兩種。 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路，不受電網(wǎng)波動(dòng)和波形畸變的影響，移相范圍寬，應(yīng)用廣泛。,5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,輸出可為雙窄脈沖（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。 三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。,圖5-7 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,1) 脈沖形成環(huán)節(jié),V4、V5 脈沖形成

7、 V7、V8 脈沖放大 控制電壓uco加在V4基極上,圖5-7 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。,電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。,5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,2) 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等；本電路采用恒流源電路。,恒流源電路方案，由V1、V2、V3和C2等元件組成,V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路,圖5-7 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,3) 同步環(huán)節(jié),同步要求觸發(fā)脈沖的頻率

8、與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。 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。,5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,4) 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié),內(nèi)雙脈沖電路 V5、V6構(gòu)成“或”門 當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。 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uco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

9、產(chǎn)生（通過(guò)V6）。 三相橋式全控整流電路的情況(自學(xué)),5.2 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,各點(diǎn)電壓波形如圖5-8所示。,圖5-8 鋸齒波觸發(fā)電路各點(diǎn)電壓波形,圖5-7 同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路,第三節(jié) 集成觸發(fā)電路,集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。 晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。 KJ004 與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。,圖5-9 KJ004電路原理圖,5.3 集成觸發(fā)電路,完整的三相全控橋觸發(fā)電路 3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊，可形成六路

10、雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。,圖5-10 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路,所謂同步，是指給觸發(fā)電路提供與晶閘管所承受的電源電壓保持合適相位關(guān)系的電壓，使其觸發(fā)脈沖的相位出現(xiàn)在被觸發(fā)的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控制角被觸發(fā)導(dǎo)通。 定相：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。,第四節(jié) 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。 措施： 同步變壓器原邊接入

11、為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致。 觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。,圖5-11 三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關(guān)系示意圖,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連接。 由于整流變壓器、同步變壓器二者的一次繞組總是接在同一三相電源上，對(duì)于同步變壓器結(jié)線組別的確定，可采用簡(jiǎn)化的電壓矢量圖解方法確定出變壓器的鐘點(diǎn)數(shù)（其表示法是以三相變壓器一次側(cè)任一線電壓為參考矢量，箭頭向上，作為時(shí)鐘長(zhǎng)針，指向12點(diǎn)位置，然后畫出對(duì)應(yīng)二次側(cè)線電壓矢量，作為短針方向，短針指向幾點(diǎn)就是幾點(diǎn)鐘接法）。,

12、5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,變壓器接法：主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)。,圖5-12 同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,表5-1 三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用圖5-12變壓器接法時(shí)）,為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對(duì)觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對(duì)同步電壓進(jìn)行R-C濾波，當(dāng)R-C濾波器滯后角為60時(shí)，同步電壓選取結(jié)果如表5-2所示。,表5-2 三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60）,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,定相舉例 三相橋式全控電路如圖5-13a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

13、，y1接線組別，采用圖5-7所示鋸齒波為同步信號(hào)的觸發(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：30150。試按簡(jiǎn)化相量圖的方法來(lái)確定同步變壓器的接線組別及變壓器繞組聯(lián)結(jié)方法。,5.4 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步,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： 確定VT1管的同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系 根據(jù)題意，主電路要求的移相范圍是在30150，如圖5-13b相電壓波形uU（或線電壓波形uUV）的粗線段所示。為此，鋸齒波的斜邊線性段（即扣除鋸齒波起始段的60）應(yīng)能覆蓋主電路所要求的移相范圍。

14、由圖5-8波形圖可知，產(chǎn)生這一鋸齒波所對(duì)應(yīng)的正弦波電壓uSu就是觸發(fā)電路的同步電壓，它取自同步變壓器某一相的二次電壓，并選定為VT1的同步電壓。因此，VT1管的同步電壓uSu與主電路電壓uU的相位關(guān)系隨之確定，從5-13b可知uSu較uU滯后180（或uSu較uUV滯后210）；VT3管的同步電壓uSV較uSU滯后120、VT管的同步電壓uSU較uSU滯后180，其余各管的同步電壓可對(duì)應(yīng)相位而類推之。,.確定同步變壓器的結(jié)法組別 根據(jù)整流變壓器TR已知的D,y1接線組別及由上一步確定的相位關(guān)系，畫出uUV與uU相位關(guān)系矢量圖、同步電壓uSU與主電路電壓uU的兩組矢量關(guān)系圖，確定同步電壓二次側(cè)線電壓SUV與主電路線電壓 UV之間的相位關(guān)系。如圖5-13 c所示，TS應(yīng)為D,y7和D,y1接線組別，前者與共陰極晶閘管相對(duì)應(yīng)、后者與共陽(yáng)極晶閘管相對(duì)應(yīng)。,確定同步電壓與各觸發(fā)電路的聯(lián)線 根據(jù)同步變壓器的接線組別，正確聯(lián)結(jié)同步變壓器繞組，然后將同步變壓器的二次電壓uSU、uSV、uSW及uSU、usv、uSW分別接到晶閘管VT1、VT3、VT5的觸發(fā)電路的同步電壓輸入端；us（U）、us（v）、us（w）分別接到VT4、VT6、VT2管的觸發(fā)電路的同步電壓輸入端，便完成了同步定相的有關(guān)步驟，接線如圖5-13d所示。,圖5-13 同步定相例圖,d),0 1 2 3,本章小結(jié),