第3章7相控整流电路的驱动

1、可控整流电路（可控整流电路（AC-DC）（八）（八）Controlled Rectifier主讲：伍文俊自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-2相控电路相控电路 晶闸管可控整流电路，通过控制触发角晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a a的大小来控制的大小来控制输出电压大小。交流电力变换电路和交交变频电路也采输出电压大小。交流电力变换电路和交交变频电路也采用晶闸管相控方式。用晶闸管相控方式。相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角角a a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效

2、的触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发脉冲-同步触发电路同步触发电路。3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 （Gate Drive Circuits）自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-3一、一、Thyristor Gate Drive Circuit Requirements1、触发信号形式、触发信号形式 交流、直流和脉冲。为减小门极损耗，一般为脉冲形式。2、触发脉冲应有足够功率（电压、电流）、触发脉冲应有足够功率（电压、电流）3、触发脉冲宽度、触发脉冲宽度 一般为 （m为整流器的相数），但为减小门极功耗，一般宜采用较窄脉冲。 触发脉冲

3、最小宽度主要保证触发脉冲作用期间，晶闸管阳极电流能上升到擎住电流值上。综合考虑阳极电流断续、开通时间、串并联保护等因素，触发脉冲最小宽度约为：1015。m2自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-4宽脉冲：宽脉冲：特点：1）脉冲变压器体积大； 2）脉冲前沿不陡； 3）较大时，晶闸管承受反压时，门极仍有脉冲，反向漏电流增加，损耗大。窄脉冲：窄脉冲：特点：1）脉冲变压器体积小； 2）多只晶闸管并联，在窄脉冲作用时间内可能某些管子不能开通，引起其他元件过载，可靠性差； 3）较大时，负载电流很小时，阳极电流易断续，变流器可靠性差。 自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气

4、系-电力电子技术-54、强触发、强触发作用作用： 1）脉冲前沿越陡，导通面积扩展速度越快； 2）晶闸管串并联时，保证晶闸管同时开通。 5、同步与移相、同步与移相6、触发脉冲的对称、触发脉冲的对称7、触发脉冲的频率可调、触发脉冲的频率可调 强触发形式：强触发形式：Ikm通常为Ik1的5倍。t1：脉冲前沿时间，上升速度0.5A/us;t2：强触发脉冲宽度50us;t3：触发脉冲持续时间550us(10)。 自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-6二、二、Drive Circuit Classification1 1、由分立元件构成的触发器、由分立元件构成的触发器1）同步电

5、压为正弦波的触发电路；2）同步电压为锯齿波的触发电路；3）单结晶体管触发电路。2 2、由集成电路构成的触发器、由集成电路构成的触发器1）TC787-三相，TC785-单相；2）KC系列。3）数字触发器等。3 3、由可编程逻辑器件、微处理器、微控制器等构成的触、由可编程逻辑器件、微处理器、微控制器等构成的触发器发器 如如DSPDSP、单片机、单片机、FPGAFPGA等等自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-7同步信号为锯齿波的触发电路结构电网电压电网电压同步环节同步环节锯齿波形成锯齿波形成脉冲形成脉冲形成双窄脉冲双窄脉冲放大放大控制信号控制信号三、三、Sawtooth

6、Wave Synchronous Trigger Circuit锯齿波触发电路锯齿波触发电路输出：输出：窄脉冲（可以是双窄脉冲）；主要环节：主要环节：同步，锯齿波形成与移相， 脉冲形成与放大，双窄脉冲，强触发。触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-8同步环节同步环节 触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。主电路电源的频率相同且相位关系确定。 -同步变压器（起隔离和同步作用）同步变压器（起隔离和同步作用） u锯齿波是由开关锯齿波是由开关V2管来控制的：管来控制的

7、：锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波的形成和脉冲移相环节 锯齿波电压形成的方案较多，如采用锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电自举式电路路、恒流源电路恒流源电路等，本电路采用恒流源电路。等，本电路采用恒流源电路。 恒流源电路方案由恒流源电路方案由V1、V2、V3和和C2等元件组等元件组成，其中成，其中V1、VS、RP2和和R3为一为一恒流源电路恒流源电路自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-9脉冲形成与放大环节脉冲形成与放大环节 由晶体管由晶体管V V4 4、V V5 5组成，组成，V V7 7、V V8 8起起脉

8、冲放大脉冲放大作用。作用。 控制电压控制电压u ucoco加在加在V V4 4基极基极上上 电路的触发脉冲由脉冲变压器电路的触发脉冲由脉冲变压器TPTP二次侧输出，二次侧输出，其一次绕组接在其一次绕组接在V V8 8集电极电路中。集电极电路中。 脉冲前沿由脉冲前沿由V V4 4导通时刻确定，脉冲宽度与反向导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数充电回路时间常数R R1111C C3 3有关。有关。V2V2开关的频率就是开关的频率就是锯齿波的频率锯齿波的频率；V2V2由导通变截止期间产生锯齿波由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点锯齿波起点基本就基本就是同步电压由正变负的过零点。是同步电压由正

9、变负的过零点。V2V2截止状态持续的时间就是截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度锯齿波的宽度取决于充取决于充电时间常数电时间常数R R1 1C C1 1、RPRP2 2 、电源、电源1/41/4周期周期。锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-10n双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-11n强触发强触发V5、V6构成一个构成一个“或或”门门 当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。都

10、截止，没有脉冲输出。 只要只要V5、V6有一个截止，都会使有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。导通，有脉冲输出。 第一个脉冲由本相触发单元产生。隔第一个脉冲由本相触发单元产生。隔60 的第二个脉冲是由滞的第二个脉冲是由滞后后60 的后一相触发单元产生（通过的后一相触发单元产生（通过V6）。）。在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此间隔，彼此间隔60 ，相邻器件，相邻器件成双接通成双接通，所以某，所以某个器件导通的同时，触发单元需要给前一个导通的器件补送一个个器件导通的同时，触发单元需要给

11、前一个导通的器件补送一个脉冲。脉冲。 锯齿波触发电路锯齿波触发电路双脉冲电路双脉冲电路：每个触发单元的一个周：每个触发单元的一个周期内输出两个间隔期内输出两个间隔60 的脉冲的电路。的脉冲的电路。触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-12Key points：1）脉冲宽度：V5截止的时间-R11和C3；2）移相范围： 锯齿波宽度：RP2、R1、C1；3）控制角： Rp1、Rp2、uco；4）在一个正弦周期中只发一次脉冲，且主要在正弦波的负半周。锯齿波触发电路锯齿波触发电路为什么需要三个？触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信

12、工程学院电气系-电力电子技术-13四、四、 Synchronization考虑：考虑：1）整流电路形式与整流变压器接法；2）同步变压器绕组的解法；3）触发电路中同步电压的相位与触发脉冲的相位。 以单相全控桥式电路为例。主电路及整流变压器、同步变压器接法如下，采用本节的同步电压为锯齿波的触发电路，试设计各晶闸管的同步电压；=30时，试画出主电路、触发电路与脉冲的相位关系图。锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-14方案一：锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形VT1VT4VT2VT3自动化与信工程学院电气

13、系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-15。sabssbasabsuuuuu21;同步电压：波形：锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-16方案二：锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形VT1VT4VT2VT3自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-17。sabssbasabsuuuuu21;同步电压：波形：锯齿波触发电路锯齿波触发电路触发电路波形触发电路波形自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-18 思考题：思考题： 三相全控桥式整流电路。主电路整

14、流变压器为Y/Y接法、控制电路同步变压器为/Y接法，采用本节的同步电压为锯齿波的触发电路，试设计各晶闸管的同步电压；=30时，试画出主电路、触发电路与脉冲的相位关系图。自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-19同步变压器：VT1VT2VT3VT4VT5VT6自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-20三相同步变压器的接法与钟点数三相同步变压器的接法与钟点数自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-213.9 3.9 集成触发器集成触发器1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R2

15、0RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous图图3-52 KJ004电路原理图电路原理图集成电路集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，已逐步取代代分立式电路分立式电路。 KJ004 与分立元件的锯齿波移相触发电路

16、相似与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为分为同步同步、锯齿波形成锯齿波形成、移相移相、脉冲形成脉冲形成、脉冲分选脉冲分选及及脉冲放大脉冲放大几个环节。几个环节。自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学院电气系-电力电子技术-22usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6脚为6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ041(1510脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R1

17、4R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6完整的三相全控桥触发电路完整的三相全控桥触发电路 3个个KJ004集成块集成块和和1个个KJ041集成块集成块，可形成六路双，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。冲放大即可。 KJ041内部是由内部是由12个二极个二极管构成的管构成的6个个或门或门，其作用是，其作用是将将6路单脉冲输入转换为路单脉冲输入转换为6路双路双脉冲输出。脉冲输出。模拟触发电路与数字触发电模拟触发电路与数字触发电路路 模拟触发电路模拟触发电路的优点是结的优点是结构简单、可靠构简单、可靠;缺点是易受电缺点是易受电网电压影响，触发脉冲不对称网电压影响，触发脉冲不对称度较高，度较高， 可达可达3 4 ，精度低。，精度低。 数字触发电路数字触发电路的脉冲对称的脉冲对称度很好，如基于度很好，如基于8位单片机的位单片机的数字触发器精度可达数字触发器精度可达0.7 1.5 。自动化与信工程学院电气系自动化与信工程学