电力电子技术(本科)课件第三章整流电路2

1、3 3、平衡电抗器、平衡电抗器工作原理：工作原理： 由于平衡电抗器由于平衡电抗器 的接入，瞬时电压差的接入，瞬时电压差 加在电抗加在电抗器两端，器两端， ，当，当 时，时， ， ，使，使 降低降低 后接入负载，后接入负载， ，使使 升高升高 后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载后接入负载，电感使两组整流桥输出到负载的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电的电压达到平衡，正、负两组同时导电，故称之为平衡电抗器。抗器。 pu2pdBAduUU 21dduu 021 ddpuuu021 pAduU1du2pu02 pdBuU2du2pupL2. 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系

2、带平衡电抗器的双反星形相控整流电路数量关系 由式由式 由于每组三相半波整流电流是负载电流的由于每组三相半波整流电流是负载电流的1/2，故晶闸，故晶闸管的选择和变压器二次绕组额定容量的确定只要按管的选择和变压器二次绕组额定容量的确定只要按Id/2计计算即可。流过晶闸管和变压器二次绕组的电流相同，在电算即可。流过晶闸管和变压器二次绕组的电流相同，在电感性负载时都是方波，其等效值为感性负载时都是方波，其等效值为 dddTIIIII289. 0323222122 晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所晶闸管承受的最大正反向电压的计算，与三相半波时相同。关于变压器所流过的电流其

3、二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。流过的电流其二次绕组与三相半波时相同，一次绕组则与三相桥式相同。（5.4.9） 可知，输出电压中的谐波阶次可知，输出电压中的谐波阶次n为为6k，k=1,2,3.，n=6,12,18.，最低谐波为，最低谐波为6次谐波，其值仅为直流平均值次谐波，其值仅为直流平均值的的235。 ttUumd 12cos131126cos75212332（5.4.6）3、结论结论 （4）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系）两种电路中晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，一样，ud和和id的波形形状一样。的波形形状一样。将双反星形电路与三相桥式电路进行比较：将

4、双反星形电路与三相桥式电路进行比较： （1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器，同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题；导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题； （2）当）当U2相等时，双反星形的相等时，双反星形的Ud是三相桥的是三相桥的1/2，而，而Id是单相桥的是单相桥的2倍；倍； （3）每一整流器件承担负载电流）每一整流器件承担负载电流Id的一半，整流器件的一半，整流器件流过电流的有效值在电感性负载时为流过电流的有效值在电感性负载时为0.289

5、 Id ，所以与，所以与其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力；l5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流电路 l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路l

6、的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及输出电压电流的波形 实际工作中，整流变实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角度称为换相重叠角。1 1、换相重叠角、换相重叠角L Ll l为变压器的每相绕组为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗折合到二次侧的漏抗 l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及输出电

7、压电流的波形 当当tt时刻触发时刻触发时，相电流不能瞬时上时，相电流不能瞬时上升到升到d d值，相电流不能值，相电流不能瞬时下降到零，电流换相瞬时下降到零，电流换相需要时间需要时间t t，换流重叠角，换流重叠角所对应的时间为所对应的时间为t t=/=/。在重叠角期间，在重叠角期间，、同时导通，产生一个虚拟同时导通，产生一个虚拟电流电流I Ik k ， 2 2、工作过程、工作过程L Ll l为变压器的每相绕组为变压器的每相绕组 折合到二次侧的漏抗折合到二次侧的漏抗 l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及输出电压

8、电流的波形 dtdiLuukAB12 而整流输出电压为而整流输出电压为dtdiLudtdiLuukAkBd11 )(21BAuu 由图可知由图可知)(21ABBuuu ( 5.5.1 )( 5.5.2 )2 2、工作过程、工作过程l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路考虑变压器的漏抗后相控整流电路l 的等效电路及输出电压电流的波形的等效电路及输出电压电流的波形 在在期间，直流输出电压比期间，直流输出电压比uA或或uB都小，使输出电压波形减少了一块都小，使输出电压波形减少了一块阴影面积阴影面积, 降低的电压值为降低的电压值为 。 ABuu 21)(21BAuu 式式 ud表明：表明：)

9、(ABuu dtdiLk1 ( 5.5.3 )图中的阴影面积大小为：图中的阴影面积大小为： dIkkdiLtddtdiLs0101)( ( 5.5.4 )dIL1 2 2、工作过程、工作过程l图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后考虑变压器的漏抗后l 相控整流电路的等效电路相控整流电路的等效电路1 1）换相压降）换相压降U U 3 3、参数计算、参数计算上式中上式中 是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。是变压器每相漏感折合到二次则的漏电抗。23232311ddIXILSU11LX在图在图5.5.1(a)所示的三相半波可控整流电所示的三相半波可控整流电路中，整流输出电压为路中，整流输出电压为3相波

10、形组合相波形组合（即一周期内换相（即一周期内换相3次），每个周期次），每个周期内有内有3个阴影面积，这些阴影面积之和个阴影面积，这些阴影面积之和3S除以周期除以周期2，即为换相重叠角期间输，即为换相重叠角期间输出平均电压的减少量，称为换相压降出平均电压的减少量，称为换相压降U。 (5.5 .4) 换相压降换相压降U正比于负载电流正比于负载电流d d，它相当于整流电源增加了一项等，它相当于整流电源增加了一项等 效电阻效电阻 ，但这个等效内阻并不消耗有功功率。，但这个等效内阻并不消耗有功功率。 231Xl上式表明，当上式表明，当L Ll l或或I Id d增大时，增大时，将增大；当将增大；当增大时

11、，增大时，减小。必减小。必须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的须指出，如果在负载两端并联续流二极管，将不会出现换流重叠的现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。现象，因为换流过程被续流二极管的存在所改变。 2 2、换相重叠角、换相重叠角 )62(coscos211UId(5.5.7)图图5.5.1 考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形2 2、换相重叠角、换相重叠角计算过程计算过程l在图在图5.5.1(b)中为便于计算，将坐标原移到、相的自然换流点，设中为便于计算，将坐标原移到、相的自然

12、换流点，设)3cos(22 tUuA)3cos(22 tUuBtUttUdtdiLk sin6)3cos()3cos(22221 ttdUdiLk sin6221 dIkttdUdi021sin62 )cos(cos6221 UId )62(coscos211UIdl由式由式(5.5.1)可得可得将上式两边同乘以将上式两边同乘以得得从电路工作原理可知，当电感从电路工作原理可知，当电感Ll中电流从变到中电流从变到Id时，正好对应时，正好对应t从从变到变到+，将此条件代入式，将此条件代入式(5.5.5)得得即即l则换相重叠角为则换相重叠角为 (5.5.5)(5.5.7)(5.5.6)2 2、换相重

13、叠角、换相重叠角的计算过程的计算过程表表5.5.1 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算l5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流电路 如图：在一个交流电源周期如图：在一个交流电源周期2中，有中，有m个形状相个

14、形状相同的脉波，但它们相差同的脉波，但它们相差 ，脉波的周期为，脉波的周期为 。 若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在若将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在 期间，整流输出电压的表达式为：期间，整流输出电压的表达式为： m 2 mTp2 m m tcocUud 22 图图5.6.1 m脉波整流输出直流脉动电压波形脉波整流输出直流脉动电压波形 , 2, 1sincosnnnddtnbtnaUu cossin22220220mmUtdutdumtdumUmmmBAmdd 1)1cos(1)1cos(cossin22 KmKmKmKmKmmUan 1)1sin(1)1sin(cossin22 KmKm

15、KmKmKmmUbn m脉波相控整流输出电压平均值为：脉波相控整流输出电压平均值为：的傅里叶级数表达式为：的傅里叶级数表达式为：谐波的系数谐波的系数tcocUud 22 整流输出电压的表达式整流输出电压的表达式(5.6.7)(5.6.1)(5.6.10)(5.6.11) 令令m=2,3,6，即可得到，即可得到相控整流时相控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥单相桥、三相半波以及三相全桥相控整流电压的各次谐波及相控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。整流直流电压平均值。 令令=0=0，则可得到则可得到不控整流时不控整流时单相桥、三相半波以及三相全桥等单相桥、三相半波以及三相全桥等不控整流电压的

16、各次谐波及不控整流电压的各次谐波及整流直流电压平均值。整流直流电压平均值。 1、单相桥相控整流电压的谐波分析单相桥相控整流电压的谐波分析 1）平波电抗器的选择）平波电抗器的选择次谐波（次谐波（n=2,4,6n=2,4,6；K=1,2,3K=1,2,3）Kmn 22nnnmbaU 222222UbaUUnnnm 22Unnnabarctan n n次谐波（次谐波（K=1,2,3K=1,2,3；n=2,4,6n=2,4,6）电压幅值）电压幅值与交流电压幅值与交流电压幅值 的比值为的比值为 n n次谐波（次谐波（K=1,2,3K=1,2,3；n=2,4,6n=2,4,6）的相位角为）的相位角为 由图

17、可知，由图可知，=90=90时与谐波幅值最大。时与谐波幅值最大。因此，实际应用中按因此，实际应用中按=90=90选用平波电抗器。选用平波电抗器。 图图5.6.2 单相桥相控整流单相桥相控整流 电压的谐波电压特性电压的谐波电压特性 电压幅值为电压幅值为(5.6.15)(5.6.16)(5.6.17)1、单相桥相控整流电压的谐波分析单相桥相控整流电压的谐波分析 2）谐波参数分析：）谐波参数分析：当当=0=0时（二极管不控整流电路）时（二极管不控整流电路） (5.6.18)(5.6.19)m=2m=2时（即单相桥）相控整流负载电压的有效值时（即单相桥）相控整流负载电压的有效值U=UU=U2 2 ,

18、,谐波电压的有效值为谐波电压的有效值为22222cos81 UUUUdH1)cos22(2 dHuUU因此，电压的纹波系数是因此，电压的纹波系数是 482. 0 u 2. 三相桥相控整流电压的谐波分析三相桥相控整流电压的谐波分析 图图5.6.3 三相桥相控整流三相桥相控整流 电压的谐波电压特性电压的谐波电压特性 1）谐波参数计算）谐波参数计算 m=6m=6时（三相全时（三相全桥）相控整流谐波电桥）相控整流谐波电压的有效值的计算及压的有效值的计算及平波滤波电抗器的参平波滤波电抗器的参数选择数选择相同；相同；0418. 0 u 当当=0=0时（二极管时（二极管不控整流电路）电压的不控整流电路）电压

19、的纹波系数纹波系数3、结论：、结论：整流电路输出电压中的谐波有如下规律：整流电路输出电压中的谐波有如下规律： （3 3） 当当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，因一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，因此，最低次（此，最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；少； 1）=0时时（5） m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波系数迅速下降。电压纹波系数迅速下降。（4） 当负载中有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速；（2

20、2） 整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次；次；（1 1） m脉波整流电压脉波整流电压ud的谐波次数为的谐波次数为mK（k=1，2，3.）次，）次，即即m的倍数次；的倍数次； （2）从从90180之间电路工作于有源逆变工作状态，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的谐波幅值随增大而减小3、结论：、结论：整流电路输出电压中的谐波有如下规律：整流电路输出电压中的谐波有如下规律： 2）不为零不为零0时时 （1 1）从从0 9090变化时，变化时，ud的谐波幅值随增大而增大，的谐波幅值随增大而增大，=90时谐波幅值最大；时谐波幅值

21、最大；l5.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流电路 l3、有源逆变器：完成有源逆变的装置、有源逆变器：完成有源逆变的装置l 称为有源逆变器。称为有源逆变器。l1、无源逆变电路：将直流电能变为、无源逆变电路：将直流电能变为交流能输出至负载。交流能输出

22、至负载。l2、有源逆变电路：将直流电能变为交流、有源逆变电路：将直流电能变为交流l 电能输出给交流电网。电能输出给交流电网。图图5.7.2单相全波整流电路的逆变工作状态单相全波整流电路的逆变工作状态 l图图5.7.1单相全波整流电路的整流工作状态单相全波整流电路的整流工作状态 （1）一定要有直流电动势源，其极性必须与晶闸）一定要有直流电动势源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压。均电压。21、有源逆变的条件：、有源逆变的条件：（2）变流器必须工作在）变流器必须工作在 的区域内，使的区域内，使Ud0。l 因为因为Ra

23、阻值很小阻值很小,其两端电压也很小，因此，其两端电压也很小，因此，UdE，此时电流，此时电流Id从电动机反电势从电动机反电势E的正端注入，直流电机吸收功率。的正端注入，直流电机吸收功率。l 如果在电机运动过程中使控制角如果在电机运动过程中使控制角减小，则减小，则Ud增大，增大，Id瞬时值瞬时值也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机转速提高。也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机转速提高。l 随着转速升高，随着转速升高，E增大，增大，Id随之减小，最后恢复到原来的数值，随之减小，最后恢复到原来的数值，此时电机稳定运行在较高转速状态。反之，如果使角增大，电动机此时电机稳定运行在较高转速状态

24、。反之，如果使角增大，电动机转速减小。所以，改变晶闸管的控制角，可以很方便地对电动机进转速减小。所以，改变晶闸管的控制角，可以很方便地对电动机进行无级调速。行无级调速。 2、全波整流电路工作在整流状态、全波整流电路工作在整流状态 当移相控制角当移相控制角在在0范围内变化时，单相全波整流电路直流范围内变化时，单相全波整流电路直流侧输出电压侧输出电压Ud 0，如图，如图5.7.1所示，电动机所示，电动机M作电机运行。整流器作电机运行。整流器输出功率，电机吸收功率，电流值为输出功率，电机吸收功率，电流值为：addREUI 式中式中E为电机的反电动势，为电机的反电动势，Ra为电机绕组电阻。为电机绕组电

25、阻。(5.7.1)l 3、全波整流电路工作在逆变状态、全波整流电路工作在逆变状态 l整流电路的控制角整流电路的控制角必须在必须在 范围内变化。此时，电流范围内变化。此时，电流I Id d为：为： 2addRUEI| (5.7.2) 由于晶闸管单向导电性，由于晶闸管单向导电性，Id方向仍然保持不变。如果方向仍然保持不变。如果|E|Ud|，则，则Id0。电动势的极性改变了，而电流的方。电动势的极性改变了，而电流的方向未变，因此，功率的传递关系便发生了变化，电动机处于发电机向未变，因此，功率的传递关系便发生了变化，电动机处于发电机状态，发出直流功率，整流电路将直流功率逆变为状态，发出直流功率，整流电

26、路将直流功率逆变为50Hz的交流电返的交流电返送到电网，这就是有源逆变工作状态。送到电网，这就是有源逆变工作状态。 逆变时，电流逆变时，电流Id的大小取决于的大小取决于E与与Ud ，而，而E由电机的转速决定，由电机的转速决定，Ud可以调节控制角改变其大小。为了防止过电流，同样应满足可以调节控制角改变其大小。为了防止过电流，同样应满足E Ud的条件。的条件。 在逆变工作状态下，虽然控制角在逆变工作状态下，虽然控制角在在 间变化，晶闸管的阳间变化，晶闸管的阳极电位大部分处于交流电压的负半周期，但由于有外接直流电动势极电位大部分处于交流电压的负半周期，但由于有外接直流电动势E的存在，使晶闸管仍能承受

27、正向电压导通。的存在，使晶闸管仍能承受正向电压导通。2图图5.7.3 三相半波有源逆变电路及其波形三相半波有源逆变电路及其波形 图图5.7.3（a）为三相半波整流）为三相半波整流器带电动机负载时的电路器带电动机负载时的电路,并假设并假设负载电流连续。负载电流连续。 当当在在 范围内变化时，范围内变化时，变流器输出电压的瞬时值在整个变流器输出电压的瞬时值在整个周期内虽然有正有负或者全部为周期内虽然有正有负或者全部为负，但负的面积总是大于正的面负，但负的面积总是大于正的面积，故输出电压的平均值积，故输出电压的平均值Ud为负为负值。电机值。电机E的极性具备有源逆变的的极性具备有源逆变的条件。条件。

28、当当在范围在范围 内变化且内变化且 EUd时，可以实现有源逆变。时，可以实现有源逆变。1 1、工作原理、工作原理 2 2图图5.7.2单相全波整流电路的逆变工作状态单相全波整流电路的逆变工作状态 2 2、参数计算、参数计算 变流器逆变时，直流测电压计算变流器逆变时，直流测电压计算公式与整流时一样。当电流连续时，公式与整流时一样。当电流连续时，cos17. 12UUdcos17. 12UUd cos17. 12UUd 有：有：(5.7.3)(5.7.4)式中式中U2为相电压的有效值。为相电压的有效值。 由于逆变时由于逆变时90，故，故cos计计算不大方便，于是引入逆变角算不大方便，于是引入逆变角

29、，令令=-，则（，则（5.7.3）改写成：）改写成： 逆变角为逆变角为的触发脉冲位置从的触发脉冲位置从=的时刻左移的时刻左移角来确定。角来确定。1 1、工作原理、工作原理 式中：式中：U2为逆变电路输入相电压，为逆变电路输入相电压， U2L为逆变电路输入线电压。为逆变电路输入线电压。cos34. 22UUdcos35. 12ldUU 三相全控桥式整流电路用作有源逆变时，就成了三三相全控桥式整流电路用作有源逆变时，就成了三相桥式逆变电路。相桥式逆变电路。 三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，要求每隔要求每隔60依次触发晶闸管，电流连续时，每

30、个管子依次触发晶闸管，电流连续时，每个管子导通导通120，触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。，触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。直流侧电压计算公式为：直流侧电压计算公式为：或或（5.7.5 ）（5.7.6 ） 如果逆变角如果逆变角小于换流重叠角小于换流重叠角，即，即时，从图时，从图5.7.4所所示的波形中可清楚看到，换流还未结束，电路的工作状态到达示的波形中可清楚看到，换流还未结束，电路的工作状态到达uA与与uB交点交点P，从，从P点之后，点之后，uA将高于将高于uB ，晶闸管，晶闸管T2承受反压而重新承受反压而重新关断，而应该关断的关断，而应该关断的T1却承受正压而继续导通，从而造成逆变

31、失却承受正压而继续导通，从而造成逆变失败。败。 因此，为了防止逆变失败，不仅逆变角因此，为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。1 1、逆变失败、逆变失败图图5.7.4 交流侧电抗对逆变换相过程的影响交流侧电抗对逆变换相过程的影响 2 2、最小逆变角、最小逆变角minmin的选取的选取（1）换相重叠角）换相重叠角随电路形式、工作电流的大小不随电路形式、工作电流的大小不同而不同，一般选取为同而不同，一般选取为15o25o电角度。电角度。（2）晶闸管关断时间）晶闸管关断时间tq所对应的电角度所对

32、应的电角度。一般。一般tq 大大的可达的可达200300s，折算电角度，折算电角度为为4o5o 。（3）安全裕量角）安全裕量角。考虑到脉冲调整时不对称、电。考虑到脉冲调整时不对称、电网波动等因素影响，还必须留有一个安全裕量角，一网波动等因素影响，还必须留有一个安全裕量角，一般选取般选取为为10o 。 综上所述，最小逆变角综上所述，最小逆变角min 为：为： 设计有源逆变电路时，必须保证设计有源逆变电路时，必须保证大于大于min，因此，因此，常在触发电路中附加一保护环节，保证控制脉冲不，常在触发电路中附加一保护环节，保证控制脉冲不进入进入min区域内。区域内。 3530min (5.7.7)l5

33、.1 整流器的性能指标整流器的性能指标 5.2 单相相控整流电路单相相控整流电路 5.3 三相相控整流电路三相相控整流电路 5.4 大容量相控整流电路大容量相控整流电路 5.5 相控整流电路的换相压降相控整流电路的换相压降 5.6 整流电路的谐波分析整流电路的谐波分析 5.7 有源逆变电路有源逆变电路 *5.8 晶闸管相控电路的驱动控制晶闸管相控电路的驱动控制 5.9 PWM整流电路整流电路 l 晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求：触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求： 、触发信号可为直流、交流或

34、脉冲电压。、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。l、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。、触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。 l、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使l元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维l持导通。持导通。 l、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范l围必须满足电路要求。围必须满足电路要求。图图5.8.1 5.8.1 强触发电流波形强触发电流波形、单结晶体管触发电路、单结晶体

35、管触发电路 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 由单结晶体管构成的由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿抗干扰能力强、温度补偿性能好，脉冲前沿陡等优性能好，脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。置中得到了广泛应用。 由自激振荡、同步电由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等源、移相、脉冲形成等部分组成。部分组成。 组成：组成：特点：特点：（1）单结晶体管自激振荡电路）单结晶体管自激振荡电路 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形

36、 经经D1D4整流后的直流电源整流后的直流电源UW，一路经一路经R2、R1加在单结晶体管两个加在单结晶体管两个基极基极b1、b2之间；另一路通过之间；另一路通过e对对电容电容C充电、通过单结晶体管放电。充电、通过单结晶体管放电。控制控制BTBT的导通、截止；的导通、截止； 在电容上形成锯齿波振荡电压，在电容上形成锯齿波振荡电压，在在R R1 1上得到一系列前沿很陡的触发上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲尖脉冲u ug g，如图，如图5.8.2(b)5.8.2(b)所示，其所示，其振荡频率为振荡频率为 工作原理：工作原理：特点：特点：利用单结晶体管的负阻特性与利用单结晶体管的负阻特性与RCRC电路

37、的充放电可组成自激振电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。荡电路，产生频率可变的脉冲。)11ln(11 CRTfe上式中上式中 是单结晶体管的分压比，即调节是单结晶体管的分压比，即调节e，可调节振荡频率。，可调节振荡频率。 9 . 03 . 0 (5.8.1)（2 2）同步电源）同步电源 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 工作原理：工作原理： 当当uDW过零时，电容过零时，电容C经经e-b1、R1迅速放电到零电压。这就是说，迅速放电到零电压。这就是说，每半周开始，电容每半周开始，电容C都从零开始都从零开始充电。进而保证每周期触发电路充电

38、。进而保证每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻送出第一个脉冲距离过零的时刻（即控制角（即控制角）一致，实现了同）一致，实现了同步。步。 同步电压由变压器同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与主电路接至同一获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。 同步电压经桥式整流、稳压同步电压经桥式整流、稳压管管Dw削波为梯形波削波为梯形波uDW，而削波，而削波后的最大值后的最大值Uw既是同步信号，既是同步信号，又是触发电路电源。又是触发电路电源。、单结晶体管触发电路、单结晶体管触发电路 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触

39、发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 当当R Re e增大时，单结晶增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电体管发射极充电到峰点电压压U Up p的时间增大，第一个的时间增大，第一个脉冲出现的时刻推迟，即脉冲出现的时刻推迟，即控制角控制角增大，实现了移增大，实现了移相。相。工作原理：工作原理：（3 3）移相控制）移相控制、单结晶体管触发电路、单结晶体管触发电路 图图5.8.2 5.8.2 单结晶体管触发电路及波形单结晶体管触发电路及波形 触发脉冲触发脉冲ug由由1直接直接取出，这种方法简单、取出，这种方法简单、经济，但触发电路与主经济，但触发电路与主电路有直接的电联系，电路有直接的电联系，不安全。

40、对于晶闸管串不安全。对于晶闸管串联接法的全控桥电路无联接法的全控桥电路无法工作。所以一般采用法工作。所以一般采用脉冲变压器输出。脉冲变压器输出。工作原理：工作原理：（4 4）脉冲输出）脉冲输出2、同步信号为锯齿波的触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路 图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 2、同步信号为锯齿波的触发电路、同步信号为锯齿波的触发电路 图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图（1) 1) 锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节 锯齿波形成电路由锯齿波形成电路由Tl、

41、T2、T3和和C2等元等元件组成，其中件组成，其中Tl、DW、RW2和和R3为一恒流源为一恒流源电路。电路。T2截止时，恒流源电流截止时，恒流源电流I1c对电容对电容C2充充电，所以电，所以C2两端电压两端电压uc为为tCIdtICuccc 111（5.8.2） 当当T2导通时，由于导通时，由于R4阻值很小，所以阻值很小，所以C2迅速放电，使迅速放电，使ub3电位迅速降到零。当电位迅速降到零。当T2周期周期性地导通和关断时，性地导通和关断时，ub3便形成一锯齿波，同便形成一锯齿波，同样样ue3也是一个锯齿波电压，也是一个锯齿波电压， 射极跟随器射极跟随器T3的作用是减小控制回路的电流的作用是减

42、小控制回路的电流对锯齿波电压的影响。调节电位器对锯齿波电压的影响。调节电位器RW2，即改，即改变变C2的恒定充电电流的恒定充电电流I1c，可调节锯齿波斜率。，可调节锯齿波斜率。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图1) 1) 锯齿波形成锯齿波形成（1) 1) 锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节 T4基极电位由锯齿波电压基极电位由锯齿波电压uh、控制电、控制电压压uco、直流偏移电压、直流偏移电压up三者共同决定。三者共同决定。 如果如果uco=0，up为负值时，为负值时，ub4点的波形点的波形由由uh+up确定。确

43、定。 当当uco为正值时，为正值时，ub4点的波形由点的波形由uh+ up+uco确定。确定。 ub4电压等于电压等于0.7V后，后，T4导通，导通，T4经过经过M点时使电路输出脉冲。之后点时使电路输出脉冲。之后ub4一直被钳一直被钳位在位在0.7V。M点是点是T4由截止到导通的转折由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。点，也就是脉冲的前沿。 因此当因此当up为某固定值时，改变为某固定值时，改变uco便可便可改变改变M点的时间坐标，即改变了脉冲产生点的时间坐标，即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。可见，加的时刻，脉冲被移相。可见，加up的目的的目的是为了确定控制电压是为了确定控制电压uco=

44、0时脉冲的初始相时脉冲的初始相位。位。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图 2) 2) 同步移相环节初始位同步移相环节初始位（1) 1) 锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成、同步移相环节 对于三相全控桥接感性负载且电流连对于三相全控桥接感性负载且电流连续时，脉冲初始相位应定在续时，脉冲初始相位应定在=90o。 如果是可逆系统，需要在整流和逆变如果是可逆系统，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状态下工作，要求脉冲的移相范围理论上为为180o（由于考虑（由于考虑min和和min，实际一，实际一般为般为120o），

45、由于锯齿波波形两端的非线），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性，因而要求锯齿波的宽度大于180o（例（例如如240o）。此时令）。此时令uco=0，调节，调节up的大小的大小使产生脉冲的使产生脉冲的M点移至锯齿波点移至锯齿波240o的中央的中央（120o处），对应于处），对应于=90o的位置。的位置。 如如uco为正值，为正值，M点就向前移，控制角点就向前移，控制角90o，晶闸管电路处于逆变状态。，晶闸管电路处于逆变状态。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图 2) 2) 同步移相环节初始位同步移相环节初始位

46、（2 2）同步环节）同步环节 当当Q点电位达点电位达1.4V时，时，T2导通，导通，Q点电位被钳位在点电位被钳位在1.4V。直到。直到 TB二二次电压的下一个负半周到来时，次电压的下一个负半周到来时，D1重新导通，重新导通，C1迅速放电后又被充电，迅速放电后又被充电， T2截止。如此周而复始。在一个正弦波周期内，截止。如此周而复始。在一个正弦波周期内，T2包括截止与导通两个包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。同步，达到同步的目的。 可以看出，可以看出，Q点电位从同步电

47、压负半周上升段开始时刻到达点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达 1.4V的的时间越长，时间越长，T2截止时间就越长，锯齿波就越宽。锯齿波的宽度是由充电截止时间就越长，锯齿波就越宽。锯齿波的宽度是由充电时间常数时间常数R1C1决定的决定的,可达可达240o 。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿同步信号为锯齿波的触发电路及工作波形图波的触发电路及工作波形图 同步环节是由同步变压器同步环节是由同步变压器TB和作同步开关用的和作同步开关用的晶体管晶体管T2组成。组成。 同步变压器同步变压器TB二次电压经二极管二次电压经二极管D1间接加在间接加在T2的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时

48、，的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，D1导通，电容导通，电容C1被迅速充电。因被迅速充电。因O点接地为零电点接地为零电位，位，R点为负电位，点为负电位，Q点电位与点电位与R点相近，故在这点相近，故在这一阶段一阶段T2基极为反向偏置而截止。在负半周的上升基极为反向偏置而截止。在负半周的上升段，段，15V电源通过电源通过R1给电容给电容C1反向充电，为电容反反向充电，为电容反向充电波形，其上升速度比向充电波形，其上升速度比 波形慢，故波形慢，故D1截止。截止。（3 3）脉冲形成环节）脉冲形成环节 脉冲形成环节脉冲形成环节T4、T5 组成，组成，T7、T8组成组成 控制电压控制电压uco加

49、在加在T4基极上。基极上。uco=0时，时，T4截截止，止，T5饱和导通。饱和导通。T7、T8处于截止状态，脉处于截止状态，脉冲变压器冲变压器TP二次侧无脉冲输出。电容二次侧无脉冲输出。电容C3充电，充电，充满后电容两端电压接近充满后电容两端电压接近2EC(30V)。当。当 时，时，T4导通，导通，A点电位由点电位由+EC(+15V)下下降到降到1.0V左右，由于左右，由于C3两端的电压不能突变，两端的电压不能突变，T5基极电位迅速降致基极电位迅速降致-2EC(-30V)， T5立即截立即截止。止。T5集电极电压由集电极电压由-EC(-15V)上升到钳位电上升到钳位电压压+2.1V(D6、T7

50、、T8三个三个PN结正向压降之和结正向压降之和)，T7、T8导通，脉冲变压器导通，脉冲变压器TP二次侧输出触发二次侧输出触发脉冲。与此同时，电容脉冲。与此同时，电容C3经经+15V、R11、D4、T4放电和反向充电，使放电和反向充电，使T5基极电位上升，直基极电位上升，直到到ub5-EC(-15V)，T5又重新导通。使又重新导通。使T7、T8截止，输出脉冲终止。截止，输出脉冲终止。 输出脉冲前沿由输出脉冲前沿由T4导通时刻确定，脉冲宽导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数度与反向充电回路时间常数R11C3有关有关图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿波同步信号为锯齿波 的触发电路及工

51、作波形图的触发电路及工作波形图脉冲放大电路。脉冲放大电路。VuOC7 . 0 （4 4）双窄脉冲形成环节）双窄脉冲形成环节 图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿波同步信号为锯齿波 的触发电路及工作波形图的触发电路及工作波形图 T5、T6构成构成“或或”门。门。T T5 5、T T6 6的导通使的导通使T T7 7、T T8 8都导通输出脉冲。都导通输出脉冲。 第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的ucoco对应对应的控制角的控制角所产生，使所产生，使T4由截止变为导通，由截止变为导通，造成造成T5瞬时截止，于是瞬时截止，于是T8输出脉冲。输出脉冲。 第二个脉冲是由滞后第二个

52、脉冲是由滞后60o相位的后一相触相位的后一相触发单元产生（通过发单元产生（通过T6），在其生成第一个），在其生成第一个脉冲时刻将其信号引致本相触发单元的基脉冲时刻将其信号引致本相触发单元的基极，使极，使T6瞬时截止，于是本相触发单元的瞬时截止，于是本相触发单元的T8管又导通，第二次输出一个脉冲，因而管又导通，第二次输出一个脉冲，因而得到间隔得到间隔60o的双脉冲。的双脉冲。 其中其中D4和和R17的作用主要是防止双脉冲的作用主要是防止双脉冲信号互相干扰。信号互相干扰。 单相桥式整流获得近似单相桥式整流获得近似50V直流电压作电直流电压作电源。源。 在在T8导通前，导通前，50V直流电源经直流电

53、源经R15对对C6 充电，充电，B点电位为点电位为 50V。 当当T8导通时，导通时，C6经脉冲变压器经脉冲变压器TP一次侧、一次侧、R16、T8迅速放电，由于放电回路电阻很小，迅速放电，由于放电回路电阻很小，B点电位迅速下降，当点电位迅速下降，当B点电位下跳到点电位下跳到14.3V时时 D15导通脉冲变压器导通脉冲变压器 TP改由改由+15V稳压电稳压电源供电。这时虽然源供电。这时虽然 50V电源也在向电源也在向C6再充电再充电使它电压回升，但由于充电回路时间常数较使它电压回升，但由于充电回路时间常数较大，大，B点电位只能被点电位只能被15 V电源钳位在电源钳位在14.3V。电容电容C5的作

54、用是为了提高强触发脉冲前沿。的作用是为了提高强触发脉冲前沿。 加强触发后，脉冲变压器加强触发后，脉冲变压器TP一次侧电压一次侧电压uTP如图如图5.8.5所示。晶闸管采用强触发可缩短所示。晶闸管采用强触发可缩短开通时间，提高管子承受电流上升率的能力。开通时间，提高管子承受电流上升率的能力。图图5.8.3 5.8.3 同步信号为锯齿波同步信号为锯齿波 的触发电路及工作波形图的触发电路及工作波形图强触发环节强触发环节（4 4）双窄脉冲形成环节）双窄脉冲形成环节 图图5.8.6 KC045.8.6 KC04组成的移相式触发电路组成的移相式触发电路 3、KC04集成移相触发器集成移相触发器可分为同步、

55、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路 3、KC04集成移相触发器集成移相触发器图图5.8.6 KC045.8.6 KC04组成的移相式触发电路及电压波形图组成的移相式触发电路及电压波形图 图图5.8.6 KC045.8.6 KC04组成的移相式触发电路组成的移相式触发电路 3、KC04集成移相触发器集成移相触发器（1 1）同步电路）同步电路 同步电路由晶体管同步电路由晶体管T1T4等元件等元件组成。正弦波同步电压组成。正弦波同步电压uT经限流电经限流电阻加到阻加到T1、T2基极。基极。 在在uT正半周，正半周，T2截止，截

56、止，T1导通，导通，1导通，导通，T4得不到足够的基极电压得不到足够的基极电压而截止。而截止。 在在uT 的负半周，的负半周，截止，截止，、导通，导通，导通，导通，4同样得不同样得不到足够的基极电压而截止。到足够的基极电压而截止。 在上述在上述uT的正、负半周内，当的正、负半周内，当|us|0.7V时，时，T6导通，即导通，即uc5+Up+Uk控控制了制了的导通与截止时的导通与截止时刻，也就是控制了脉冲的刻，也就是控制了脉冲的移相。移相。图图5.8.6 KC045.8.6 KC04组成的移相式触发电路组成的移相式触发电路 3、KC04集成移相触发器集成移相触发器（4 4）脉冲形成电路）脉冲形成

57、电路 7与外围元件组成脉冲形成与外围元件组成脉冲形成电路。电路。 当当截止时，截止时，+15V电源通过电源通过7、7的的b-e对对充电（左充电（左正右负），同时正右负），同时7经经R26获得获得基极电流而导通。基极电流而导通。 当当T6导通时，导通时，上的充电电上的充电电压成为压成为7的的b-e结的反偏电压，结的反偏电压，T7截止。此后截止。此后+15V经经R26、T6对对充电（左负右正），当充电（左负右正），当反向充电电压大于反向充电电压大于1.4V时，时，7又恢复导通。又恢复导通。 这样在这样在7的集电极得到了脉的集电极得到了脉冲冲uc7，其脉宽由时间常数，其脉宽由时间常数R26C2大小决

58、定。大小决定。 图图5.8.6 KC045.8.6 KC04组成的移相式触发电路组成的移相式触发电路 3、KC04集成移相触发器集成移相触发器（5 5）脉冲输出电路）脉冲输出电路 8 81515组成脉冲输出电路。组成脉冲输出电路。在同步电压在同步电压u uT T的一个周期内，的一个周期内，7 7的集电极输出两个相位差的集电极输出两个相位差180180的脉冲。的脉冲。 在在u uT T的正半周，的正半周，T T1 1导通，导通，点为低电位，点为高电位，点为低电位，点为高电位，使使8 8截止，截止，导通。导通。的导通使的导通使D Dw4w4截止，由截止，由T T1313、T T1414、T T15

59、15组成的放大电路无脉冲输出。组成的放大电路无脉冲输出。8 8的截止，使的截止，使w3w3导通，导通，7 7集集电极的脉冲经电极的脉冲经T T9 9、T T1010、T T1111组成组成的电路放大后由的电路放大后由脚输出。脚输出。 在在u uT T的负半周，的负半周， 同理可知，同理可知，8 8导通，导通，1212截止，截止，7 7的正脉的正脉冲经冲经、1414、组成电组成电路放大后由路放大后由(15)(15)脚输出。脚输出。(13)脚为脉冲列调制端脚为脉冲列调制端(14)脚为脉冲封锁控制端脚为脉冲封锁控制端图图5.8.9 5.8.9 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成

60、触发电路 4 4、六路双脉冲发生器、六路双脉冲发生器KC41CKC41C 图图5.8.8 KC41C5.8.8 KC41C原理图及其外部接线图原理图及其外部接线图 4 4、六路双脉冲发生器、六路双脉冲发生器KC41CKC41C 脚是六路脉冲输入脚是六路脉冲输入端端(如三片如三片KC04的六个输出脉的六个输出脉冲冲)，每路脉冲由输入二极管，每路脉冲由输入二极管送给本相和前相，再由送给本相和前相，再由T1T6组成的六路电流放大器，分六组成的六路电流放大器，分六路输出。路输出。T7组成电子开关，当组成电子开关，当控制端控制端脚接低电平时，脚接低电平时，T7截截止，止，脚有脉冲输出。当脚有脉冲输出。当