三相交流调压电路的主电路形式和触发脉冲的特点

1三相交流调压电路的主电路形式和触发脉冲的特点这里只针对三相交流调压电路，做出分析。也可以认为，三相交、直流调压电路，仅表现为主电路的连接方式不同，其控制电路，又是非常相近乃至于是相同的，这是在控制原理上需要注意的地方。在单相交、直流调压电路中，不必考虑单脉冲、宽脉冲和双脉冲的触发问题，只要满足触发脉冲有一定的宽度，使晶闸管的开通电流高于维持电流（有时称擎住电流），晶闸管能可靠开通就行了。但是三相交流调压电路，与单相调压有不同的地方，双脉冲触发，成为必须考虑的问题。若将三路单相触发电路，原封不动地组合为三相调压电路，会发现电路可能完全不能正常工作，这是为什么呢？1、单相晶闸管交流调压主电路的电流回路LPC510kD18R25C23104104104PC817PC817C22PC6C2147k8WR23321R2941480.01u0.22uC24C2510kR26+12V765213410k0.01U3C2830kC27C260.0110kR32R30D872C9013R27100k0.01+-T5+12V10kR28567+-9108+-100kR31300RR33G1K1K2G2D2D3D4C29C30104x2T6+12V100kR2410kR35100kR34+12V15kR36+12V1kR37RP110k1+-13N1411+12V3N23N3LNAC220VAC0-210VSCR1SCR2G1K1K2G2单相交流调压主电路移相触发电路Vcc1BT3图1能正常工作的单相交流调压电路上图为一例单相交流调压电路，主电路采用两只反并联单向晶闸管器件，电源供电为一火一零方式，L可以任取A、B、C三相中的一相电源。交流电压由正、负半波组成，可以把交流电源分解为两个“瞬时直流电源”来分析，当L端为正、N端为负时，SCR1受触发开通，形成L→SCR1→负载电路→N的SCR1的正向电流通路；当L端为负、N端为正时，SCR2受触发开通，形成N→负载电路→SCR2→L的SCR2的正向电流通路，负载电路的正、负半波均通过电网中性线形成通路。单相供电回路中，流过L、N的电流值是相同的（实质是为同一电流），L、N构成电源回路。移相触发电路由两只光耦合器取得正、负半波同步信号，由3N1整形，取出正向过零点同步脉冲，R27、C24、T5在同步脉冲作用下，形成正向锯齿波，T5为过零点放电管。锯齿波电压与给定调压信号相比较，形成交相点，控制3N2输出调宽脉冲信号。C25、R30等电路组成微分电路，检出3N2输出调宽矩形脉冲的上升沿信号，触发由U3组成的单稳态电路，形成定宽（移相）脉冲输出，再经T6放大器进行功率放大，由脉冲变压器BT3向主电路晶闸管输出触发脉冲。上图电路与图2-26相比较，锯齿波为正向锯齿波，调宽脉冲的上升沿对应触发脉冲出现的时刻。由U3完成定输出脉冲定宽处理，触发脉冲的宽度可由R32、C27的取值决定，使触发晶闸管的可靠性提高。调压控制电路中，由R36、R37分压，决定控制电压范围，避开移相失交区域。对本电路的工作原理更为详尽的解析，请参见已发博文。移相控制电路工作稳定，触发脉冲一致性好，触发可靠，无论负载为电阻负载或感性负载，在负载两端均能得到0~210V左右的线性可调交流电压，实际应用效果优良。2L1N+12VPC110kD18R3C3104104104100kR2PC817PC817C2PC2C147k8WR1321R741480.01u0.22uC4C510kR4+12V765213410k0.01U1C830kC7C60.0110kR10R8D872C9013R5100k0.01+-T1+12V10kR6567+-9108+-100kR9300RR11Vcc1G1K2K4G4D2D3D4C9C10104x2T2L2N+12VPC310kD18R14C13104104104100kR13PC817PC817C12PC4C1147k8WR12321R1841480.01u0.22uC14C1510kR15+12V765213410k0.01U2C1830kC17C160.0110kR21R19D872C9013R16100k0.01+-T3+12V10kR17567+-9108+-100kR20300RR22Vcc1G3K3K6G6D2D3D4C19C20104x2T4L3NPC510kD18R25C23104104104PC817PC817C22PC6C2147k8WR23321R2941480.01u0.22uC24C2510kR26+12V765213410k0.01U3C2830kC27C260.0110kR32R30D872C9013R27100k0.01+-T5+12V10kR28567+-9108+-100kR31300RR33G5K5K2G2D2D3D4C29C30104x2T6+12V100kR2410kR35100kR34+12V15kR36+12V1kR37RP110k1N11N21N341112N1411+12V1+-13N1411+12V2N22N33N23N3BT1BT2Vcc1BT3图2不能正常工作的三相交流调压电路将表现优良的用于单相交流调压移相触发（图1）电路，组合成图2的三相交流电压控制电路，用示波器检测各工作点波形正常，每路在同步信号和给定控制信号作用下，正常输出对应该相正、负半波的触发脉冲，但此时晶闸管主电路，却不听“指挥”，晶闸管不能正常被触发开通，移相控制失败。2、三相交流调压主电路的典型电路结构和负载电路的连接形式：ANUVT1VT4G1K1K4G4a、三相调压晶闸管主电路BVVT3VT6G3K3K6G6CWVT5VT2G5K5K2G2AUVT1VT4G1K1K4G4b、星连负载电路BVVT3VT6G3K3K6G6CWVT5VT2G5K5K2G2RL1AUVT1VT4K1K4G4C、角连接负载电路BVVT3VT6G3K3K6G6CWVT5VT2G5K5K2G2RL2RL3RL1RL2RL3G1图3三相交流调压电路的主电路及负载电路形式上图a电路为三相交流调压的典型电路，采用6只/3组反并联晶闸管或三块双管晶闸管模块构成，采向单向晶闸管，管子承受dv/dt的能力要优于双向晶闸管，晶闸管保护电路简单，故障率相对较低，是广为采用的一种电路形式。为方便分析，将L1、L2、L3供电端标注为A、B、C，以显示三相供电的相序连接。将输出端标注为U、V、W，可能与电阻性负载连接，也可能与电感性负载连接。三相调压的负载电路为均衡负载，特分为RL1、RL2、RL3三部分，为叙述星、角不同连接时形成的电流通路提供方便。在电源相序与图a进线端标注相对应时，移相触发电路给出的触发脉冲的顺序，或者说是晶闸管的3导通顺序为：VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6，这也正是主电路中晶闸管为何要如此标注序号的原因。上图b电路，称为有中线性的星接负载电路，负载电路的连接形成自然中性点。全电压供电时，当三相负荷均衡时，每相负载电路RL1两端的电压为220V，N中性线的电流矢量和为零，不产生中性线电流，可省掉N中性线。将图2的触发电路，直接触发图b电路，当电路中性点与N线连接时，测RL1~RL3端电压0~210V变化正常。将负载中性点与N线的连接断开，交流调压出现了失常。每半波的前半部分，晶闸管均不能导通，后半部分突然开通，出现180V电压跃升，但输出三相电压不平衡！触发信号正常加到晶闸管的控制极和阴极，但相当大的范围内，晶闸管不能正常开通。说明单（窄）触发脉冲，仅能正常触发三相半控桥，用于直流调压，交流调压时，触发失效。原因见下文分析。上图c电路，为角连接负载电路，RL1~RL3负载电路上能得到0~380V的可调交流电压，以A相正半波电流通路为例，电网处于A正、C负时，应同时触发晶闸管VT1、VT2，使之在同一时间开通，以形成A→VT1→RL1→VT2→C的电流通路；同理，当C正、B负时，应同时触发晶闸管VT5、VT6导通，以形成C→VT5→RL3→VT6的电流通路。移相触发电路的任务，必须保障2只晶闸管的同时开通，以形成负载电路的电流通路。3、单脉冲、宽脉冲和双触冲三种移相触发脉冲的比较下图4的波形图中，三相电源电压依正弦规律变化，一个周期的变化电角度为360°，三相电源电压的频率与最大值相同，但相位互差120°。三相电压依次达到最大值的次序，称为相序，顺相序为A→B→C，逆相序时为A→C→B。一个周期内出现6个自然电压过零点（图a~f点），一个周期内产6个相对于过零点的移相触冲，相邻脉冲的相位差，为60°。同一相的正、负半波的触发脉冲间隔180°“截取”A相正半波时段，比较一下三相交流调压电路中使用单（窄）脉冲、宽脉冲和双脉冲进行触发所得到的结果。此处的单脉冲，指宽度小于60°的窄脉冲信号。宽脉冲指宽度大于60°＜120°或大于60°＜150°的宽脉冲，负载电路的性质不同，对触发脉冲的宽度要求有所不同。双脉冲，指脉冲宽度小于60°的两个窄脉冲。A.B.CUUAUBUCtabcdef0电网三相交流电压单（窄）触发脉冲t0A-CB-AC-BU图4三相交流调压电路的单脉冲触发示意图1）单脉冲触发方式：40t0tUA/B/CUAUC-A相正半波A、C-单窄脉冲UCUAUA\C-t1t2UB图5三相交流调压电路的单脉冲触发示意图（图5的b电路）当负载电路中性点与N线连接时，每相正负半波均与N线构成通路，实质上电路相当于图1的3路单相调压电路。但当负载电路中性点与N线断开时，A、B、C相电流与N之间的电流通路被截断，每相必须与另两相构成电流回路。此时，当A相电源端极性为正、C相电源端为负，晶闸管VT1、VT2应该同时接受触发信号而开通，形成由A→RL1→RL3→VT2→C相的电流通路。单脉冲触发，是无法满足这个要求的。假定A相正半波触发信号是在t1时刻给出，相对应C相负半波触发信号在t2时刻给出。当A相处于正半波期间，UA触发脉冲出现时，C相也处于电压极性为正（其电压幅度甚至高于A相电压）的状态，二者不具备形成电流通路的条件，晶闸管VT1得到触发信号，但因不具备开通条件而处于关断状态；当C相电压处于负半波期间时，VT2在t2时刻得到触发信号，但此时VT1的触发脉冲信号已经消失，VT1处于关断状态，VT2也不具备开通条件。说明单窄脉冲触发信号，对三相调压电路，是失效的。所以对没有中性线的星接或角接负载电路，在工作时若要负载电流流通，在每一瞬间至少要有两相构成通路，必须有2只晶闸管同时导通（实际上有3只晶闸管短时导通过程）。要保证触发两只晶闸管同时导通，需采用下文所述的宽脉冲或双脉冲触发方式，要求晶闸管的触发信号除了与相应的交流电源有一致的相序外，各触发信号之间还须保持一定的相位关系。可见，三相晶闸管交流调压电路，并非3路单相移相触发器的简单组合，应使触发脉冲满足一定的宽度或按一规律重新分配触发脉冲（分配补脉冲）。2）宽脉冲触发方式：50t0tUA/B/CA相正半波AA宽脉冲UCUUAUB0tC-Ut1t2t3C-宽脉冲图6三相交流调压电路的单脉冲触发示意图宽脉冲方式：如果在t1时刻，晶闸管VT1（参见图3）得到较宽的触发脉冲UA，并一直维持至t2时刻UC-触发脉冲的出现以后，UA与UC-两个脉冲产生t2~t2时段内的重叠区，意味着主电路晶闸管VT1、VT2被同时触发开通，形成了A相正半波期间流经负载电路RL1的电流通路。有资料介绍，这种触发的可靠性最高。对于电阻性负载电路，要求UA（UC-）的脉冲宽度须大于60°小于120°，对于电感性负载电路，因晶闸管在电压过零后，有延时关断过程，需要触发脉冲的宽度为大于60°小于150°，即脉冲出现时刻足以维持到所对应相半波期间触发脉冲的出现，以保障最低有对应相两只晶闸管的同时开通，以形成负载电流通路。3）双脉冲方式：因宽脉冲直流分量大，易使脉冲变压器直流磁化和造成驱动电路功耗过大、晶闸管的栅阴结发热，往往对宽脉冲进行高频调制处理后，变为高频开关波形，再作为触发脉