晶闸管变流装置

第6章晶闸管变流装置1本章内容晶闸管交流变换器交流调功器过零触发集成电路移相控制交流调压晶闸管相控调速系统晶闸管相控整流直流电动机调速系统晶闸管相控交流调压调速系统绕线式异步电动机串级调速交流净化型稳压电源晶闸管谐振型逆变器2交流调功器调功器是应用晶闸管及其触发控制电路用于调整负载功率的功率调整单元。交流电力控制电路只改变电压,电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。交流调压电路相位控制交流调功电路通断控制3交流调功器调功器利用晶闸管过零触发的周波控制实现交流功率调节，这种装置又称为周波控制器。优点：输出电压是断续的正弦波，避免了相位控制下缺角正弦波引起的干扰，使晶闸管承受的浪涌电流和di/dt大为减小.缺点：不能平滑地调节电压，也不能用普通的电压表、电流表来测量。当通/断比太小时，会出现低频干扰，使照明出现人眼能觉察到的闪烁、电表指针出现摇摆等，所以调功器通常用于热惯性较大的电热负载。4交流调功器半周波过零触发调功器的控制原理电源电压过零时产生脉冲控制信号是高电平时，脉冲触发相应的晶闸管，使得电源电压半周波为单位地传输到调功器调功器控制方式有恒周期控制和变周期控制两种恒周期控制：每个周期长短不变，改变触发脉冲的个数变周期控制：每个周期内触发脉冲个数不变，改变周期的长短5恒周期控制变周期控制电源电压过零时产生脉冲控制信号是高电平时，脉冲相触发相应的晶闸管TC远大于电源周期才能得到完整的正弦波！61.基本原理调功器主电路：快速熔断器、双向晶闸管、电流互感器调功器控制电路：零脉冲电路、导通比电路、过流截止电路、与门电路、脉冲变压器闭环控制系统：负载RL、温度传感器BST、调节器PI、开关S“与”门电路：接受零脉冲电路、导通比电路、过流截止电路三路输入信号，使脉冲变压器输出与电源电压过零点同步、数目连续可调的触发脉冲，控制T导通，调节输出功率。零脉冲电路：输出与输入电源电压波形过零点同步的“零”脉冲信号。导通比电路：输出导通比可调的控制信号。过流截止电路：只要主电路没有出现过电流，输出高电平。72.主电路设计要点：主电路结构的选择82.主电路设计要点：参数设计额定电压承受的反向重复峰值电压URRM和断态重复峰值电压UDRM是额定输入电压的峰值安全余量：2额定电流双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不用平均值而是用有效值IT(RMS)表示双向晶闸管额定电流IT(RMS)与普通晶闸管额定电流IT(AV)之间的换算关系式为安全余量：1.5~2门极触发电流通常取T(RMS)T(RMS)T(AV)45.02III257.1)2~5.1()(RAVTIINAVTUU1)(22mAIGT25093.分离元件组成的控制电路零脉冲电路•TP1的一次侧接交流电源电压U1，二次侧输出电压U2经整流器UR整流、稳压管DZ1削波后，在晶体管T1的基射极上得到与电源电压波形同步的梯形波。•当梯形波瞬时值=0.7时，T1截止，1点高电平•当梯形波瞬时值0.7时，T1导通，1点低电平•1号检测点输出与电源电压过零点同步的脉冲信号。103.分离元件组成的控制电路导通比电路（1）锯齿波周期11ln)(239CRRTPSUC2≤UV（谷点电压）：T3×C2充电UC2≥UP（峰点电压）：T3√C2迅速放电∴UC2为锯齿波电压113.分离元件组成的控制电路导通比电路（2）比较环节SonoffononeTTTTTKUK≥UC2：T4×T5×T6√T7×→2：高晶闸管√UK﹤UC2：T4√T5√T6×T7√→2：低晶闸管×调节UK→调节Ke→调节输出功率PO133.分离元件组成的控制电路导通比电路（3）微分电路功能：避免合闸瞬间调功器失控①无微分合闸瞬间：T6√T7×2：高晶闸管√锯齿波还没形成，无比较点→失控②有微分合闸瞬间：Ic3使T7√2：低晶闸管×直到第一个锯齿波形成→正常微分时间R18C3第一个锯齿波形成时间，保证第一个锯齿波形成前，晶闸管关断143.分离元件组成的控制电路过流截止电路IL整定值：Vst6击穿→产生Ig→ub1↓→ue↓→直到ue≤uC5→C5迅速放电→u3低电平→“与”门电路→晶闸管×RP5可以调节C5的充电电压uC5→调节过流整定值3b1b2e15过零触发集成电路ZVS双向晶闸管控制器：控制晶闸管的专用集成电路220V、50Hz、AC过零时，输出一个电流脉冲去触发双向晶闸管U217B16过零触发集成电路U217BTEMIC公司生产的零电压控制芯片双列直插8脚封装由电网电压供电电流消耗小于0.5mA控制电路简单驱动脉冲电流100mA短路电流保护17过零触发集成电路过零触发集成电路芯片供电斜坡电压同步信号触发脉冲脉宽调功①由C2、内部电路产生（C2由内部恒流源对它充电）②斜坡电压周期通过C2进行调整③起始电压-7.3V，终止电压1.4VP↑→tP↓IL↑→tP↑R2↑→tP↑改变R*→改变比较器输出脉宽→改变每个周期的触发脉冲数目→改变输出功率18移相控制交流调压移相调压、过零调功是两种不同的调节方式，功能都是调节功率用的。过零触发调功简单的说就是比如每秒钟50个交流正弦波，通过调节只让它导通30个，其它20个在正弦波交越零点时截止掉。不能控制电流，冲击大，适合大惯量负载的控制。移相触发调压通过调节门极触发脉冲间的电角度来调节电压。简单的说就是像切西瓜一样将正弦波切除一部分，切除多少功率就降低多少。调压方式对电网有污染，含高次谐波，必要的时候要做处理。但连续性好，冲击小，适合小惯量负载的控制。19移相控制交流调压集成移相触发控制芯片TCA78516：电源正端1：接地端20移相控制交流调压集成移相触发控制芯片TCA7855：同步信号输入端，用于检测交流电压过零点21移相控制交流调压集成移相触发控制芯片TCA78510：片内产生的同步锯齿波当U5过0，C10迅速放电斜坡最大值及最小值由9、10的外接电阻、电容决定22移相控制交流调压集成移相触发控制芯片TCA78511：控制电压23移相控制交流调压集成移相触发控制芯片TCA78515：正半周对应的脉冲输出端14：负半周对应的脉冲输出端改变U11→实现移相控制脉冲宽度由12脚的外接电容C12决定24移相控制交流调压集成移相触发控制芯片TCA7856：脉冲封锁端，可实现过流、过压保护控制U6=“0”时，封锁有效U6=“1”时，解除封锁25移相控制交流调压TCA785组成的交流调压电路AC双向晶闸管Q负载→控制Q的触发角→负载电压波形→调压ACR1→限流D1→整流DW→稳压→TCA785（16）ACR1→限流D1→整流R2→TCA785（6）解除封锁ACL→滤波R3→TCA785（5）作为同步信号TCA785（14、15）D4、D5、R5→双向晶闸管Q的门极→Q每180触发一次脉宽由12脚所接C7决定锯齿波斜率与（9、10）、RP1、R4、C6决定∴调节RP1→调节锯齿波斜率控制电压：芯片电源（16）R7、RP2、R6→TCA785（11）∴调节RP2→调节控制电压→调节触发角→调节电压26晶闸管相控调速系统改变输入电压-改变电机转速调节电机的输入电压控制电机转速，称为调压调速27晶闸管相控整流直流电动机调速系统主电路及系统原理晶闸管相控整流电路：单相、三相、全控、半控调速系统一般采用三相桥式全控整流电路28晶闸管相控整流直流电动机调速系统主电路及系统原理系统采用转速、电流双闭环的控制结构速度调节器和电流调节器实行串级连接电流调节是内环，速度调节是外环，都采用PI调节器这种双闭环系统，在给定突加或启动过程中表现为一个恒值电流调节系统，在稳态中表现为无静差调速系统29晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：触发器触发器→双窄脉冲=同步电压形成+移相控制+脉冲形成和输出30晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：触发器同步信号与主回路的相位关系（三相桥式全控整流电路的特点）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴性的，一个是共阳性的，且不能为同一相的晶闸管对触发脉冲也有一定的要求，6个晶闸管的脉冲按Q1-Q2-Q3-Q4-Q5-Q6的顺序，相位依次差60度，共阴性组的Q1、Q3、Q5的脉冲依次差120，共阳极组Q4、Q6、Q2的脉冲也依次差120，同一相的上下两个桥臂脉冲相差180晶闸管移相触发控制装置中,其输出电压、功率的改变是通过改变晶闸管的控制角来实现的。为满足晶闸管的导通条件并正确计算控制角,必须获得晶闸管阳极电压由负变正时的过零点信号,以此作为满足晶闸管的触发导通条件和计算控制角的基准点,这一信号通常称为同步信号。31晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：触发器锯齿波形成由T1组成恒流源向电容C2充电T2组成的同步开关控制恒流源对C2的充放电过程T3组成射极跟随器，使前后级隔离，以减小后级对锯齿波线性的影响T2×：恒流源以恒流对C2充电→uC2线性↑→ub3线性↑T2√：R3很小，C2迅速放电→uC2迅速降为0T2关断、导通→uC2上升、下降，形成锯齿波T3为射极跟随器→ue3是锯齿波锯齿波同步信号32晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：触发器锯齿波同步电压的形成触发电路的同步，就是使锯齿波与主电源频率相同，同时满足控制角相位和移相的要求T2的开关频率就是锯齿波频率=使T2的开关频率=主电源频率同步环节=同步变压器PT+作为同步开关的T2同步变压器PT接于主回路电源，次级电压控制T2的通断负半周下降段：uRuQ→D1√→C1迅速放电，上负下正→T2反偏截止→锯齿波开始随着C1放电，很快使得uRuQ→D1×ER1→C1反向充电→uQ↑当uQ=1.4V时T2√→锯齿波结束EQR33晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：触发器移相控制环节由T4组成的移相控制电路T4基极电压由锯齿波电压ue3，直流控制电压uK，负直流偏压uP分别经电阻R6、R7、R8的分压值ue3、uK、uP叠加而成，由三个电压比较而控制T4的截止与导通uP是为了选择锯齿波电压的原始工作点而加的负偏压电压uK0→M后移uK0→M前移（M：ub4负→正T4截止→导通电路发出触发脉冲的时刻）34晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：触发器脉冲形成和放大T4+T5：脉冲形成环节T6：脉冲放大触发脉冲经脉冲变压器T次级输出ET4×：ER10供给T5足够的基极电流使T5饱和，uC5≈0→T6×→无脉冲输出T4√：uC4≈0→uC3不能突变→ub5迅速下降至ub5≈-E→T5×→uC5迅速↑，当uC5=1.4V→D6√T6√→有脉冲输出ER10、D4、T4C3反向充电→ub5逐渐从-E上升，当ub50时，T5√→T6×→输出脉冲结束∴输出脉冲的时刻和宽度决定于T4的导通时刻，并与时间常数R10C3有关A35晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：输入器（控制器）输入器的作用是给触发器提供输入信号。当IC1的6脚输出电压增加到某一数值时，D1导通，因上限幅环节控制，使[2]端电压限制在某一数值不再升高，上限幅值可由RP1调节。当IC1的6脚输出电压减小到某一数值时，D2导通，因下限幅环节控制，使[2]端电压限制在某一数值不再减小，下珢幅值可由RP2调节。当发生过流故障时，控制系统会给[3]端输入高电平，击穿DZ1、T1变为饱和导通，[2]端输出电压为0V，无脉冲输出，避免事故的扩大。上限幅环节下限幅环节输出功率放大电路触发器电路uK过流保护输出端电流调节器输出端36晶闸管相控整流直流电动机调速系统控制电路：电流调节器、速度调节器控制电路：检测电路电流反馈环节：由霍耳元件及运算放大器组成，用以检测可控硅直流侧的电流信号。速度反馈环节：把测速发电机输出电