第二章 三相相控整流电路(第二部分)

《电力电子技术》第二章三相相控整流电路PowerElectronicsTechnology第三节整流电路的换向压降及其外特性第四节晶闸管的保护与容量扩展第五节相控驱动电路第三节整流电路的换向压降及其外特性第四节晶闸管的保护与容量扩展1.晶闸管的串联目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀–静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等–承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用–反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿b)a)图1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT21.晶闸管的串联静态均压措施选用参数和特性尽量一致的器件采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多动态均压措施动态不均压——由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压动态均压措施：选择动态参数和特性尽量一致的器件用RC并联支路作动态均压采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异b)a)图1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT22.晶闸管的并联目的：多个器件并联来承担较大的电流问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀均流措施挑选特性参数尽量一致的器件采用均流电抗器用门极强脉冲触发也有助于动态均流当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接b)a)图1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT22.晶闸管的并联第五节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交流电力变换电路和交交变频电路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本节主要内容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在第一章已简单介绍了触发电路应满足的要求、晶闸管触发脉冲的放大等内容，较为孤立。本节主要介绍触发脉冲与晶闸管所处电路相结合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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1．脉冲形成环节220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14V4、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：uB4≤0时，V4截止。V5饱和导通。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接近2E1(30V)uB4≥0.7V时，V4导通，A点电位由+E1(+15V)1.0V左右，V5基极电位约-2E1(-30V)，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-E1(-15V)，V5又重新导通。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220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14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。112211cCCuIdtItCC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射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响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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220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14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），相应于=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。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R1C13同步环节220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14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）4.双窄脉冲形成环节---内双脉冲电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14三相桥式全控整流电路的情况Unit-1X1Y1Unit-2X2Y2Unit-3X3Y3Unit-4X4Y4Unit-5X5Y5Unit-6X6Y6VT1VT2VT3VT4VT5VT6主脉冲辅脉冲集成触发器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+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucoususa1234567111091413128161512345671110914131281615KJ004KJ004-15V+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完整的三相全控桥触发电路KJ041内部是由12个二极管构成的6个或门一个KJ004输出2个相位间隔180的脉冲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触发电路的定相触发电路的定相——触发电路应保证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Ott1t2uaubucu2ua-三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图Ua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。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