1、长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系 电力电子技术电力电子技术2010年6月长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系模块二模块二 三相可控整流电源三相可控整流电源可控整流电源是一种把交流电压变换成固定或可调直流电压的装置。其工作原理是将交流电源经过由晶闸管组成的整流电路，通过移相触发改变可控硅导通角大小的方式控制输出的直流电的大小。广泛应用于冶金、化工、电解、电镀、矿山、直流电动机调压调速等大功率工业控制领域。图是某公司生产的三相可控整流装置。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系根据可控整流电源的工作原
2、理，将本模块分解成触发电路、三相可控整流电源主电路三相可控整流电路两个项目，通过学习相关的知识和实施相应的项目，使学生在完成本模块的项目后能够：1能分析锯齿波触发电路、集成触发电路和数字触发电路的工作原理。2能分析三相可控整流电路的工作原理并熟悉输出电压和晶闸管两端电压波形。3能根据整流电路形式及元件参数进行输出电压、电流等参数的计算和元器件选择。4熟悉可控整流电源的保护方法。5了解同步的概念及实现同步的方法。6熟悉有源逆变的工作原理和典型的有源逆变电路。7在项目实施过程中，培养团队合作精神、强化安全意识和职业行为规范。8熟悉电力电子电路的分析方法。9初步具备电力电子装置的安装与调试能力、成本
3、核算方法。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系项目三 触发电路 【学习目标【学习目标】能分析锯齿波触发电路、集成触发电路和数字触发电路的工作原理。掌握锯齿波触发电路和集成触发电路的调试方法。 学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高分析问题和解决问题能力。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系一、项目分析一、项目分析控制晶闸管导通的电路称为触发电路，触发电路的正确、可靠的运行直接关系着电力电子装置的正常运行，因此电力电子装置的的触发电路必须按主电路的要求来设计。为了尽可能地可靠触发，触发电路应满足以下几点要
4、求:(1)触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并保留足够的裕量。(2)触发脉冲的相位应能在一定的范围内连续可调。(3)触发脉冲与电力电子器件主电路电源必须同步，两者频率应该相同。(4)触发脉冲的波形要符合一定的要求。那么，触发电路由哪些部分组成？是如何满足这些要求的呢？下面将介绍同步电压为锯齿波的触发电路、集成触发电路、数字触发电路三种触发电路的相关知识。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系二、相关知识二、相关知识（一）同步电压为锯齿波的触发电路（一）同步电压为锯齿波的触发电路长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学
5、院电子信息工程系1同步环节同步环节同步就是要求锯齿波的频率与主回路电源的频率相同。在该电路中，同步环节由同步变压器Tr，晶体管V2，二极管VD1，VD2，R1及C1等组成。锯齿波是由起开关作用的V2控制的，V2截止期间产生锯齿波，V2截止持续的时间就是锯齿波的宽度，V2开关的频率就是锯齿波的频率。要使触发脉冲与主电路电源同步，必须使V2开关的频率与主电路电源频率相同。在该电路中将同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器二次电压来控制V2的通断，这就保证了触发脉冲与主回路电源的同步。同步环节工作原理如下：同步变压器二次电压间接加在V2的基极上，当二次电压为负半周的下降段时，VD1导通，
6、电容C1被迅速充电，点为负电位，V2截止。在二次电压负半周的上升段，电容C1已充至负半周的最大值， VD1截止，+15 V通过R1给电容C1反向充电，当点电位上升至1.4V时，V2导通，点电位被钳位在1.4 V。以上分析可见，V2截止的时间长短，与C1反充电的时间常数R1C1有关，直到同步变压器二次电压的下一个负半周到来时，VD1重新导通，C1迅速放电后又被充电，V2又变为截止，如此周而复始。在一个正弦波周期内，V2具有截止与导通两个状态，对应的锯齿波恰好是一个周期，与主电路电源频率完全一致，达到同步的目的。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2锯齿波形成及脉
7、冲移相环节锯齿波形成及脉冲移相环节该环节由晶体管V1组成恒流源向电容C2充电，晶体管V2作为同步开关控制恒流源对C2的充、放电过程，晶体管V3为射极跟随器，起阻抗变换和前后级隔离作用，减小后级对锯齿波线性的影响。工作原理如下：当V2截止时，由V1管、VS稳压二极管、R3、R4组成的恒流源以恒流Ic1对C2充电，C2两端电压uc2为 uc2随时间t线性增长。Ic1/ C2为充电斜率，调节R3可改变Ic1，从而调节锯齿波的斜率。当V2导通时，因R5阻值很小，电容C2经R5、V2管迅速放电到零。所以，只要V2管周期性关断、导通，电容C2两端就能得到线性很好的锯齿波电压。为了减小锯齿波电压与控制电压U
8、c、偏移电压Ub之间的影响，锯齿波电压uc2经射极跟随器输出。锯齿波电压ue3，与Uc、Ub进行并联叠加，它们分别通过R7、R8、R9与V4的基极相接。根据叠加原理，分析V3管基极电位时，可看成锯齿波电压ue3、控制电压Uc(正值)和偏移电压Ub (负值)三者单独作用的叠加。当三者合成电压ub4为负时，V4管截止；合成电压ub4由负过零变正时，V4由截止转为饱和导通，ub4被钳位到0.7 v。 121221cccIuI dttCC长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系3脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成、放大和输出环节脉冲形成环节由晶体管V4、V5、V6组成；放大和
9、输出环节由V7、V8组成；同步移相电压加在晶体管V4的基极，触发脉冲由脉冲变压器二次侧输出。工作原理如下：当V4的基极电位ub4 0.7V时，V4截止，V5、V6分别经R14、R13提供足够的基极电流使之饱和导通，因此点电位为-13.7V(二极管正向压降按0.7V，晶体管饱和压降按0.3V计算)，V 7、V8截止，脉冲变压器无电流流过，二次侧无触发脉冲输出。此时电容C3充电，充电回路为：由电源+15 V端经R11V5发射极V6VD4电源-15V端。C3充电电压为28 .3 V，极性为左正右负。当ub4=0.7V时，V4导通，点电位由+15 V迅速降低至1 V左右，由于电容C3两端电压不能突变，
10、使V5的基极电位点跟着突降到-27.3V，导致V5截止，它的集电极电压升至2.1V，于是V7、V8导通，脉冲变压器输出脉冲。与此同时，电容C3由15 V经R14、VD3、V4放电后又反向充电，使点电位逐渐升高，当点电位升到-13.3 v时，V5发射结正偏导通，使点电位从2 .1 V又降为-13. 7 V，迫使V7、V8截止，输出脉冲结束。由以上分析可知，V4开始导通的瞬时是输出脉冲产生的时刻，也是V5转为截止的瞬时。V5截止的持续时间就是输出脉冲的宽度，脉冲宽度由C3反向充电的时间常数(3=C3R14)来决定，输出窄脉冲时，脉宽通常为1 ms。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技
11、术学院电子信息工程系4双脉冲形成环节双脉冲形成环节双脉冲形成环节的工作原理如下：V5、V6两个晶体管构成“或门”电路，当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。但只要V5、V6中有一个截止，就会使V7、V8导通，脉冲就可以输出。V5基极端由本相同步移相环节送来的负脉冲信号使其截止，导致V8导通，送出第个窄脉冲，接着由滞后的后相触发电路在产生其本相脉冲的同时，由V4管的集电极经R12的X端送到本相的Y端，经电容C4微分产生负脉冲送到V6基极，使V6截止，于是本相的V8又导通一次，输出滞后的第二个窄脉冲。VD3、R12的作用是为了防止双脉冲信号的相互于扰。 长沙民政职业技术学院电子信息
12、工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系5强触发及脉冲封锁环节强触发及脉冲封锁环节强触发环节为图2-2中右上角那部分电路。工作原理如下：变压器二次侧30V电压经桥式整流，电容和电阻形滤波，得到近似50V的直流电压，当V8导通时，C6经过脉冲变压器、R17（C5）、V8迅速放电，由于放电回路电阻较小，电容C6两端电压衰减很快，N点电位迅速下降。当N点电位稍低于15 V时，二极管VD10由截止变为导通，这时虽然50 V电源电压较高，但它向V8提供较大电流时，在R19上的压降较大，使R19的左端不可能超过15 V，因此N点电位被钳制在15V。当V8由导通变为截止时，50V电源又通过R19向C6充电，
13、使N点电位再次升到50V，为下一次强触发做准备。电路中的脉冲封锁信号为零电位或负电位，是通过VD5加到V5集电极的。当封锁信号接入时，晶体管V7、V8就不能导通，触发脉冲无法输出。二极管VD5的作用是防止封锁信号接地时，经V5、V6和VD4到-15V之间产生大电流通路。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（二）集成触发器（二）集成触发器1KC04、KC41C组成的三相集成触发电路组成的三相集成触发电路 （1）KC04移相触发器移相触发器KC04移相触发器由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及放大输出等环节组成。该器件适用于单相、三相桥式全控整流装置中作晶闸管双
14、路脉冲相控触发。工作原理如下：该电路在一个交流电周期内，在l脚(P1)和15脚(P15)输出相位差的两个窄脉冲，可以作为三相桥式全控整流主电路同一相所接的上、下两个晶闸管的触发脉冲，16脚(P16)接+15V电源，8脚(P8)接同步电压，由同步变压器送出的电压须经微调电位器1.5K、电阻5.1K和电容1F组成的滤波移相，以消除同步电压高频谐波的侵入，提高抗干扰能力。所配阻容参数，使同步电压约后移。可以通过微调电位器调整，使得输出脉冲间隔均匀。4脚(P4)形成的锯齿波，可以通过调节6.8K电位器使三片集成块产生的锯齿波斜率一致。9脚(P9)为锯齿波、直流偏移电压Ub和控制移相电压Uc综合比较输入
15、。13脚(P13)为负脉冲调制和脉冲封锁的控制。KC04各管脚电压波形如图2-6（a）所示。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系(2) KC41C六路双脉冲形成器六路双脉冲形成器KC41C内部电路及外部接线图如图2-7所示。使用时，KC41C与三块KC04组成三相桥式全控整流的双脉冲触发电路，如图2-5所示。把三块KC04触发器的6个输出端分别接到KC41C的16端。KC41C内部二极管具有的“或”功能形成双窄脉冲，再由集成电路内部的6只晶体管放大，从1015端外接的V1V6(3DK6)晶体管
16、做功率放大可得到800mA触发脉冲电流，可触发大功率的晶闸管。KC41C不仅具有双脉冲形成功能，还具有作为电子开关提供封锁控制的功能。集成块内部V7管为电子开关，当7脚接地时，V7管截止，各路可输出触发脉冲。反之，7脚置高电位，V7管导通，各路无输出脉冲。KC41C各管脚的脉冲波形如图2-6（b）所示。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2西门子西门子TCA785集成触发器集成触发器西门子TCA785集成触发器的内部框图如图2-8所示。该集成块内部主要由“同步寄存器”、“基准电源”、“锯齿波形
17、成电路”、“移相电压”和“锯齿波比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能块组成。同步信号从TCA785集成触发器的第5脚输入，“过零检测”部分对同步电压信号进行检测，当检测到同步信号过零时，信号送“同步寄存器”，“同步寄存器”输出控制锯齿波发生电路，锯齿波的斜率大小由第9脚外接电阻和10脚外接电容决定；输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定；14、15脚输出对应负半周和正半周的触发脉冲，移相控制电压从11脚输入。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系具体电路如图2-9所示，电位器RP1主要调节锯齿波的斜率，电位器RP2则调节输入的移相控制电压，脉冲从14、15脚输出
18、，输出的脉冲恰好互差，各点波形如图。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（三）数字触发电路（三）数字触发电路数字触发电路的形式很多，采用微机控制的数字触发电路电路简单、控制灵活、准确可靠，图2-11所示为微机控制数字触发系统组成框图。图中，触发延迟角设定值以数字形式通过接口电路送给微机，微机以基准点作为计时起点开始计数，当计数值与触发延迟角对应的数值一致时，微机就发出触发信号，该信号经输出脉冲放大，由隔离电路送至晶闸管。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系1以以8
19、031单片机组成的三相桥式全控整流电路的触发系统工单片机组成的三相桥式全控整流电路的触发系统工作原理作原理 8031单片机内部有两个16位可编程定时器计数器T0、T1，将其设置为定时器方式1，则16位对机器周期进行计数。首先将初值装入TL(低8位)及TH(高8位)，启动定时器，即开始从初值加1计数，当计数值溢出时，向CPU发出中断申请，CPU响应后执行相应的中断程序。在中断程序中，让单片机发出触发信号，因此改变计数器的初值，就可改变定时长短。该电路在一个工频周期内，6只晶闸管的组合触发顺序为：6、1；1、2；2、3；3、4；4、5；5、6。若系统采用双脉冲触发方式，则每工频周期要发出6对脉冲，
20、如图2-12（b）所示。为了使微机输出的脉冲与晶闸管承受的电源电压同步，必须设法在交流电源的每一周期产生一个同步基准信号，本系统采用线电压过零点作为同步参考点，如图2-12（b）所示的A点，即是线电压Uuv的过零点。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2微机触发系统的硬件设置微机触发系统的硬件设置系统硬件配置框图如图2-14所示。8031单片机共有4个并行的IO口，用P0口作为数据总线和外部存储器的低8位地址总线，数据和地址为分时控制，由ALE信号控制地址锁存；P2口作为外部存储器的高8位地址总
21、线口；P1口为输入口，用于读取控制的设定值；P3口为双功能口，用P3.2脚第二功能作为外部中断INT0输入端。由于8031单片机内部没有程序存储器，因此外接一片EPROM2716。74LS373为地址锁存器，输出脉冲通过并行接口芯片8155输出，再经功率放大后与晶闸管门极相连。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系三、任务实施三、任务实施（一）锯齿波触发电路及其调试（一）锯齿波触发电路及其调试 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2锯齿波触发器电路调试锯齿波触发器
22、电路调试（1）用两根导线将电源控制屏交流电压接到触发电路的“外接220V”。（2）打开电源控制屏上的电源总开关将电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V将晶闸管触发电路挂件上的电源开关打到开的位置按下电源控制屏上的启动按钮。（3）将示波器探头的接地端与挂件上的地（黑色插孔）相接，测试探头分别测试锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。1）同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。2）观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。3）调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。4）观察“3”“6”点电压波形和输出电压的波形，比较“
23、3”点电压和“6”点电压 的对应关系。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系(4）调节触发脉冲的移相范围将控制电压调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，用示波器观察同步电压信号和“6”点的波形，调节偏移电压(即调RP3电位器)，使，其波形如图2-16所示。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系(5) 调节（即电位器RP2）使，观察并记录及输出“G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，记录在表2-1中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系
24、长沙民政职业技术学院电子信息工程系3注意事项注意事项(1)双踪示波器有两个探头，这两个探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号。(2)由于脉冲“G”、“K”输出端有电容影响，故观察输出脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模
25、拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则无法观察到正确的脉冲波形。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（二）集成触发器及其调试（二）集成触发器及其调试1认识集成触发器认识集成触发器长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2集成触发器调试集成触发器调试（1）用两根导线将电源控制屏交流电压接到触发电路的“外接220V”。（2）打开电源控制屏上的电源总开关将电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V将晶闸管触发电路挂件上的电源开关打到开的位置按下电源控制屏上的启动按钮。（3）将示波器探头的接地端与挂件上的地（黑色插孔）相接，用双踪示波
26、器一路探头观测15V的同步电压信号，另一路探头观察TCA785触发电路，同步信号“1”点的波形，“2”点锯齿波，调节斜率电位器RP1，观察“2”点锯齿波的斜率变化，“3”、“4”互差的触发脉冲；最后观测输出的四路触发电压波形，看其能否在30170范围内移相?长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（4）调节触发脉冲的移相范围调节RP2电位器，用示波器观察同步电压信号和“3”点的波形，观察和记录触发脉冲的移相范围。(5)调节电位器RP2使=60，观察并记录及输出“G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表2-2中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的“V/DIV”和“t/DIV”微调旋钮旋到校准位置)。 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（三）项目实施标准（三）项目实施标准1锯齿波触发电路及其调试项目实施标准 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2集成触发电路及其调试项目实施标准 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系
