1、電力電子技術電力電子技術第二章第二章 三相相控整流電路三相相控整流電路Power Electronics Technology第三節第三節整流電路的換向壓降及其外特性整流電路的換向壓降及其外特性第四節第四節 晶閘管的保護與容量擴展晶閘管的保護與容量擴展第五節第五節相控驅動電路相控驅動電路第三節整流電路的換向壓降及其第三節整流電路的換向壓降及其外特性外特性第四節晶閘管的保護與容量擴展第四節晶閘管的保護與容量擴展1.1.晶閘管的串聯晶閘管的串聯目的目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯問題問題：理想串聯希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻 靜態不均壓：串聯的器件流過的漏電流相同

2、，但因靜態伏安特性的分散性，各器件分壓不等 承受電壓高的器件首先達到轉折電壓而導通，使另一個器件承擔全部電壓也導通，失去控制作用 反向時，可能使其中一個器件先反向擊穿，另一個隨之擊穿b)a)圖1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT21.1.晶閘管的串聯晶閘管的串聯靜態均壓措施靜態均壓措施選用參數和特性盡量一致的器件采用電阻均壓，Rp的阻值應比器件阻斷時的正、反向電阻小得多動態均壓措施動態均壓措施動態不均壓由于器件動態參數和特性的差異造成的不均壓動態均壓措施： 選擇動態參數和特性盡量一致的器件 用RC并聯支路作動態均壓 采用門極強脈沖觸發可以顯著減小器件開通時間上的

3、差異b)a)圖1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT22.2.晶閘管的并聯晶閘管的并聯目的目的：多個器件并聯來承擔較大的電流問題問題：會分別因靜態和動態特性參數的差異而電流分配不均勻均流措施均流措施 挑選特性參數盡量一致的器件 采用均流電抗器 用門極強脈沖觸發也有助于動態均流 當需要同時串聯和并聯晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯接b)a)圖1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT22.2.晶閘管的并聯晶閘管的并聯第五節第五節 相控電路的驅動控制相控電路的驅動控制相控電路：相控電路： 晶閘管可控整流電路，通過控制觸發角a的大小即控制觸發

4、脈沖起始相位來控制輸出電壓大小 采用晶閘管相控方式時的交流交流電力變換電路和交交變頻電路相控電路的驅動控制相控電路的驅動控制 為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應保證按觸發角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發脈沖。對于相控電路這樣使用晶閘管的場合，也習慣稱為觸發控制，相應的電路習慣稱為觸發電路本節主要內容本節主要內容大、中功率的變流器對觸發電路的精度要求較高，對輸出的觸發功率要求較大，故廣泛應用的是晶體管觸發電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發電路應用最多在第一章已簡單介紹了觸發電路應滿足的要求、晶閘管觸發脈沖的放大等內容，較為孤立。本節主要介紹觸發脈沖與晶閘管所處電路相結

5、合同步信號為鋸齒波的觸發電路同步信號為鋸齒波的觸發電路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導通的電路），也可為單窄脈沖三個基本環節：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環節。此外，還有強觸發和雙窄脈沖形成環節1脈沖形成環節脈沖形成環節22

6、0V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14V4、V5脈沖形成V7、V8脈沖放大 控制電壓uco加在V4基極上。uco對脈沖的控制作用及脈沖形成： uB4 0時，V4截止。V5飽和導通。V7、V8處于截止狀態，無脈沖輸出。電容C3充電，充滿后電容 兩 端 電 壓 接 近2E1(30V)uB4 0.7

7、V 時，V4導通，A點電位由+E1(+15V) 1.0V左右，V5基極電位 約-2E1(-30V)， V5立即截止。V5集電極電壓由-E1(-15V) +2.1V，V7、V8導通，輸出觸發脈沖。電容C3放電和反向充電，使V5基極電位 ，直到ub5-E1(-15V)，V5又重新導通。使V7、V8截止，輸出脈沖終止。脈沖前沿由脈沖前沿由V4導通時刻確定導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數R11C3有關電路的觸發脈沖由脈沖變壓器TP二次側輸出，其一次繞組接在V5集電極電路中2. 鋸齒波的形成鋸齒波的形成和脈沖移相環節和脈沖移相環節電路組成電路組成鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒

8、流源電路等恒流源電路方案恒流源電路方案由V1、V2、V3和C2等元件組成V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9

9、R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14 工作原理工作原理V2截止截止時，恒流源電流I1c對電容C2充電，調節RP2，即改變C2的恒定充電電流I1c，可見RP2是用來調節鋸齒波斜率的。112211cCCuIdtItCCV2導通時，因R4很小故C2迅速放電，ub3電位迅速降到零伏附近V2周期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波，同樣ue3也是一個鋸齒波 射極跟隨器V3的作用是減小控制 回路電流對鋸齒波電壓ub3的影響V4基極電位由鋸齒波電

10、壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者作用的疊加所定如果uco=0，up為負值時，b4點的波形由uh+ 確定當uco為正值時，b4點的波形由uh+ + 確定M點是V4由截止到導通的轉折點，也就是脈沖的前沿加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD1

11、1VD14uTSOttttttttttttOOOOOOOOOOOuQue3uh+ upucoub4uAub5uc5uBuc8uTP50V15V50V50V15V- 15V- 30V15V0.7VM240120C1充電 放電C1V2通V2斷 三相全控橋時的情況三相全控橋時的情況:接感性負載電流連續時，脈沖初始相位應定在 =90 ；如果是可逆系統，需要在整流和逆變狀態下工作，要求脈沖的移相范圍理論上為180（由于考慮 min和b bmin，實際一般為120），由于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于180，例如240，此時，令uco=0，調節up的大小使產生脈沖的M點移至鋸齒波240的

12、中央（120處），相應于 =90 的位置。如uco為正值，M點就向前移，控制角 90 ，晶閘管電路處于逆變狀態。 同步同步要求觸發脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關系確定鋸齒波是由開關V2管來控制的V2開關的頻率就是鋸齒波的鋸齒波的頻率頻率由同步變壓器所接的交流電壓決定V2由導通變截止期間產生鋸齒波鋸齒波起點鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負的過零點V2截止狀態持續的時間就是鋸齒波的寬度鋸齒波的寬度取決于充電時間常數R1C13 同步環節同步環節220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R1

13、0R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14 V5、V6構成構成“或或”門門 當V5、V6都導通時，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出 只要V5、V6有一個截止，都會使V7、V8導通，有脈沖輸出 第一個脈沖由本相觸發單元的uco對應的控制角 產生 隔60 的第二個脈沖是由滯后60 相位的后一相觸發單元產生（通過通過V6）4. 雙窄脈沖形成環節雙窄脈沖形成環節-內雙脈沖電路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖

14、信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14三相橋式全控整流電路的情況三相橋式全控整流電路的情況Unit-1X1 Y1Unit-2X2 Y2Unit-3X3 Y3Unit-4X4 Y4Unit-5X5 Y5Unit-6X6 Y6VT1VT2VT3VT4VT5VT6主脈沖主脈沖輔脈沖輔脈沖 集成觸發器集成觸發器v可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調試方便v晶閘管觸

15、發電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路 目前國內常用的有KJ系列和KC系列，下面以KJ系列為例KJ004: 與分立元件的鋸齒波移相觸發電路相似, 分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環節1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9

16、VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucoususa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15 V+15 V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6腳為 6路單脈沖輸入)12345671110914131281615KJ 041(1510 腳為 6路雙脈沖輸出)至 VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至 VT

17、2至 VT3至 VT4至 VT5至 VT6完整的三相全控橋觸發電路完整的三相全控橋觸發電路KJ041內部是由12個二極管構成的6個或門一個一個KJ004輸出輸出2個相個相位間隔位間隔180的脈沖的脈沖模擬與數字觸發電路以上觸發電路為模擬模擬的，優點優點：結構簡單、可靠，缺點缺點：易受電網電壓影響，觸發脈沖不對稱度較高，可達34，精度低數字數字觸發電路：脈沖對稱度很好，如基于8位單片機的數字觸發器精度可達0.7 1.5 觸發電路的定相觸發電路的定相觸發電路的定相觸發電路應保證每個晶閘管觸發脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關系措施：措施： 同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網，保證

18、頻率一致 觸發電路定相的關鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關系Ott1t2uaubucu2ua- 三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關系示意圖Uav三相橋整流器，采用鋸齒波同步觸發電路時的情況三相橋整流器，采用鋸齒波同步觸發電路時的情況同步信號負半周的起點對應于鋸齒波的起點，通常使鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了的30線性度不好，舍去不用，使用中間的180。使Ud=0的觸發角 為90。當 90時為逆變工作將 =90 確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。于是 =90 與同步電壓的300對應，也就是 =0 與同步電壓的210對應。由上圖及關于三相橋的介紹可知， =0

19、對應于ua的30的位置，則同步信號的180與ua的0對應，說明 VT1的同步電壓應滯后于的同步電壓應滯后于ua 180 同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖變壓器接法：主電路整流變壓器為D,y-11聯結，同步變壓器為D,y-11,5聯結D,y 11D,y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa- usb- usc- usa- usb- uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUAB晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步電壓-usa+usc-usb+usa-usc+usb表三相全控橋各晶閘管的同步電壓D , y 11D , y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa- usb- usc- usa- usb- uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUAB三相橋晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60）晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ua-uc+ub-ua+uc-ub同步電壓+usb-usa+usc-usb+usa-usc為防止電網電壓波形畸變對觸發電路產生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當R-C濾波器滯后角為60時，同步電壓選取結果如表2-5所示D , y 11D , y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc-