电力电子技术3.8整流电路相位控制的实现

13.8相控电路的驱动控制相控电路：晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路（第6章）相控电路的驱动控制为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角a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。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。■23.8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.■33.8.1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220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14图3-50同步信号为锯齿波的触发电路■43.8.1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。■53.8.1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V7.0cou■63.8.1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■73.8.1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==■83.8.1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'cou■)8//7(68//73RRRRRuueh='93.8.1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a=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amin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a=90的位置。如uco为正值，M点就向前移，控制角a90，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a90，晶闸管电路处于逆变状态。■103.8.1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■113.8.1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a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■123.8.2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1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous图3-52KJ004电路原理图■133.8.2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usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1~6脚为6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ041(15~10脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6图3-53三相全控桥整流电路的集成触发电路■143.8.2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■153.8.3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16图3-54三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图Ott1t2uaubucu2ua-图3-54三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图173.8.3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a为90。当a90时为整流工作，a90时为逆变工作将a=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a=90与同步电压的300对应，也就是a=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，a=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■183.8.3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■D,y11D,y5-11TRTSuAuBuCuaubuc-usa-usb-usc-usa-usb-uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUAB193.8.3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■203.8.3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■21图3-50同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14返回图3-51同步信号为锯齿波的触发电路的工作波形uTSOttttttttttttOOOOOOOOOOOuQue3uh+u'pu'coub4uAub5uc5uBuc8uTP50V15V50V50V15V-15V-30V15V0.7VM240°120°C1充电放电C1V2通V2断返回23图3-52KJ004电路原理图1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous返回图3-53三相全控桥整流电路的集成触发电路usa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1~6脚为6路单脉冲输入)12345671110914131281615KJ041(15~10脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C