电力电子技术整流电路相位控制的实现

电力电子技术整流电路相位控制的实现1第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8相控电路的驱动控制

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第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

3.8.1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3-50

同步信号为锯齿波的触发电路■3第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路1．脉冲形成环节

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：uco=0时，V4截止。V5、V6饱和导通。uc5=-13.7V(-15+0.7+0.32),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为28.3V（30-0.7-0.3-0.7)，左正右负。■4第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路

时，V4导通，A点电位由+E1(+15V)1.0V左右，V5基极电位为-27.3V(-28.3+1)，

V5立即截止。V5集电极电压由-E1(-15V)+2.1V，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=-13.3V，V5又重新导通。uc5=2.1V-13.7V,使V7、V8截止，输出脉冲终止。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■5第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路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为一恒流源电路图3-51同步信号为锯齿波的触发电路的工作波形■6第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1同步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tICtICuccc111d1==ò■7第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路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图如果uco=0，up为负值时，b4点的波形由uh+

确定当uco为正值时，b4点的波形由uh++

确定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'pu'pu■'8第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1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bmin，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，例如240，此时，令uco=0，调节up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240的中央（120处），对应于=90的位置。如uco为正值，M点就向前移，控制角<90，晶闸管电路处于整流工作状态如uco为负值，M点就向后移，控制角>90，晶闸管电路处于逆变状态。

■9第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路3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■10第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路4.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，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■11第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

3.8.2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KJ系列为例KJ004

与分立元件的锯齿波移相触发电路相似分为同步、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3-52KJ004电路原理图■12第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.2集成触发器完整的三相全控桥触发电路

3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可图3-53

三相全控桥整流电路的集成触发电路■13第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.2集成触发器KJ041内部是由12个二极管构成的6个或门也有厂家生产了将图3-53全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。模拟与数字触发电路以上触发电路为模拟的，优点：结构简单、可靠，缺点：易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高，可达3~4，精度低数字触发电路：脉冲对称度很好，如基于8位单片机的数字触发器精度可达0.7~1.5■14第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

3.8.3触发电路的定相

触发电路的定相——触发电路应保证工作频率与主电路交流电源的频率一致，每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，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15第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期一图3-54

三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图

Ott1t2uaubucu2ua-图3-54三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图16第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.3触发电路的定相三相桥整流器，采用锯齿波同步触发电路时的情况同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为240，上升段起始的30和终了的30线性度不好，舍去不用，使用中间的180。锯齿波的中点与同步信号的300位置对应使Ud=0的触发角

为90。当<90时为整流工作，>90时为逆变工作将=90确定为锯齿波的中点，锯齿波向前向后各有90的移相范围。于是=90与同步电压的300对应，也就是=0与同步电压的210对应。由图3-54及3.2节关于三相桥的介绍可知，=0对应于ua的30的位置，则同步信号的180与ua的0对应，说明VT1的同步电压应滞后于ua180■17第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.3触发电路的定相变压器接法：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3-55同步变压器和整流变压器的接法及矢量图■18第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.3触发电路的定相

表3-4三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图3-55变压器接法时）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压-usa+usc-usb+usa-usc+usb■19第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期一3.8.3触发电路的定相为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行R-C滤波，当R-C滤波器滞后角为60时，同步电压选取结果如表3-5所示表3-5三相桥各晶闸管的同步电压（有R-C滤波滞后60）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步电压+usb-usa+usc-usb+usa-usc■20第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期一图3-50

同步信号为锯齿波的触发电路

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图3