锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路Word格式.docx

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整机功耗：

＜15W

使用环境：

环境温度0-40℃；

相对湿度＜85%；

无导电尘埃、无腐蚀性、爆炸性气体的场所。

在电位器控制下，实现电机调速。

2方案论证

三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。

在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过1—2kw的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。

另外由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少。

而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。

虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。

在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。

当功率超过4KW时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。

在本电路中的电机的功率为22KW，因此，采用三相桥式全控整流电路来实现。

由上述要求可以选择的电路是：

1、利用三相的低压变压器接入三相晶闸管全控整流电路电路。

2、触发电路由锯齿波移相触发。

3、负载电路为三相电机组成

4、电路的保护电路。

5、系统给定信号电路。

由以上电路组合就可以实现设计的要求。

3设计内容

3.1三相晶闸管全控整流电路

由本方案可知，三相晶闸管全控整流电路的负载是电机。

因此，三相晶闸管全控整流电路带的负载是阻感性负载，其电路结构图如图3-1。

图3-1三相桥式全控整流电路

由图3-1可分析电路得：

三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波整流电路（共阴极的晶闸管依次为T1、T3、T5）各一组共阳接法的三相半波相控整流电路（共阳极组的晶闸管依次为T6、T4、T2）串联组成的。

为了分析方便，把交流电源的一具周期由六个自然换流点划分为六段，共阳极组的自然换流点（α=0°

）在ωt1、ωt3、ωt5、时刻，分别触发T1、T3、T5晶闸管，同理可知共阳极组的自然换流点（α=0°

）在ωt2、ωt4、ωt6时刻，分别触发T2、T4、T6晶闸管。

晶闸管的导通顺序为T1→T2→T3→T4→T5→T6。

并假设在t=0时电路已经在工作，即T5、T6同时导通，电流波形已经形成。

由于是电机负载,因此有ωL>

>

Rd。

三相桥式相控整流电路带大电感负载α=0°

时情况如图3-2所示。

图3-2三相桥式相控整流电路带大电感负载α=0°

时情况

图中3-2为带大电感负载的三丰全控桥式整流电路在α=0°

时势电流,电压波形。

在ωt1～ωt2期间，A相的电压为正最大值，ωt1时刻触发T1，则T1导通，T5截止，此时变成T1和T6同时导通，电流从A相流出，经T1、负载、T6流回B相，负载上得到的A、B线电压uAB。

在ωt2～ωt3期间，C相的电压变为负最大值，A相电压仍保持最大值，ωt2时刻触发T2导通，T6截止，此时，T1和T2同时导通，负载上得到A、C线电压uAC。

在ωt3～ωt4期间，B相电压变为正最大值，C相保持负最大值，ωt3时刻触发T3，则T3导通，T1截止，此时T2的T3同时导通，负载上得到的uBC。

在ωt4～ωt5期间，B相电压变为正最大值，A相保持负最大值，ωt3时刻触发T4，则T4导通，T2截止，此时T3的T4同时导通，负载上得到的uBA。

在ωt5～ωt6期间，C相电压变为正最大值，A相保持负最大值，ωt4时刻触发T5，则T5导通，T3截止，此时T4的T5同时导通，负载上得到的uCA。

在ωt6～ωt7期间，C相电压变为正最大值，B相保持负最大值，ωt6时刻触发T6，则T6导通，T4截止，此时T5的T6同时导通，负载上得到的uCB。

在ωt7～ωt8起，又重复从ωt1～ωt2开始的这一过程。

在一个周期内负载上得到的如图3-2所示的整流输出电压波形，这是线电压的波的正半部分的包络线，其基波频率为300Hz，脉到较小。

不得当α>

0°

时，输出的电压波形发生变化，图3-3为α=30°

的波形。

图3-4为α=90°

可见，当α≤60°

时，ud波形均为正值；

当成60°

<

α<

90°

时，由于电感的作用，ud波形出现负值，但正面积大于负面积，平均电压Ud仍为正值；

当α=90°

时，正负面积相等，Ud≈0。

图3-3三相桥式相控整流电路带大电感负载α=30°

图3-4三相桥式相控整流电路带大电感负载α=90°

α=30时的工作情况：

从ωt1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成区别在于：

晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推迟30。

变压器二次侧电流ia波形的特点：

在VT1处于通态的120期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。

α≤60时

ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。

区别在于：

由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。

阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。

通过以上分析可知，在0°

≤α≤90°

范围内负载电流连续，负载上承受的是线电压，设其表达式为uAB超前于相电压uA30°

设其表达式为uAB=×

U2,而线电压uAB超前于相电压uA300，在内积分，上、下限为和

因此当控制角为时，整流输出的电压平均值为

当=0时，Ud为最大值；

当时，Ud为最小值，因此三相全控桥式整流电路带大电感负载的移相范围为。

负载电流平均值为

三相全控桥式整电路中，日闸管换流只在本组内进行，每隔换流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管为导通角。

困此流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为

整流变压器二次侧正、负半周内均有电流流过，每半周期内流通角为，故变压器二次电流有效值为

晶闸管承受的最大电压为

3.2晶闸管相控电路的驱动控制

对于相控电路这样使用晶闸定的场合，在晶闸管阳极加上正向电压后，还必须在门极与阴极之间加上触发电压，晶闸管才能从截止转变为导通，习惯上称为触目惊心发控制。

提供这个触发电压的电路称为晶闸管的触发电路。

它决定每一个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中不可缺少的一个重要组成部分。

晶闸管相位整流电路，通过控制触发角α的大小即控制触发脉冲起始位来控制输出电压的大小，为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸施加有效的触发脉冲。

正确设计选择与使用触发电路，可以充分发挥晶闸管及其装置的潜力。

保证安全可靠地运行。

3.2.1触发电路设计要求

晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号，应用电路对触发信号都会有不同的要求。

但是，归纳起来，晶闸管触发主要有移相触发，过零触发和脉冲调制触发等。

不管是哪种触发电路，对它产生的触发脉冲都有如下要求：

（1）、触发信号为直流、交流或脉冲电压，由于晶闸管导通后，门极触发集中即失去了控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用脉冲触发信号。

触发集中应有足够的功率（触发电压和触发电流）。

触发信号功率大小是晶闸管元件能否可靠触发的一个关键指标。

由于晶闸管元件门极参数的分散性很大，且随温度的变化也大，为使所有合格的元件均能可靠触发，可参考元件出厂的试验数据或产品目录来设计触发电路的输出电压、电流值，并有一定的裕量。

（2）、触发脉冲应有一定的宽度，脉搏冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发信号导通后，阳极电流能迅速上升超过了掣住电流而维持导通。

普通晶闸管的导通时间约法为6US，故触发电路的宽度至少应有6us以上，对于电感性负载，由于电感会抑制电流的上升，触发脉冲的宽度应更大一些，通常为0.5ms至1ms，此外，某些具体的电路对触发脉冲宽度会有一定的要求，如三相全控桥等电路的触发脉冲宽度要大于60°

或采用双窄脉冲。

（3）、为了快速而可靠地触发大功率晶闸管，常在触发脉冲的前沿叠加一个强触发脉冲，强触发脉冲的电流波形如图3-5所示，强触发电流的幅值igm可达到最大触发电流的5倍。

前沿t1约为几us。

图3-5强触发电流波形

（4）、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲称相范围必须满足电路要求。

为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都在相同控制角α触发导通，这就要求脉冲的频率必须与阳极电压同步。

同时，不同的电路或者相同的电路在不同的负载、不同的用途时，要求的α变化的范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同，所用触发电路的脉冲移相范围必须满足实际的需要。

同步信号为锯齿波的触发电路，其结构组成如图3-6所示。

图3-6锯齿波的触发电路

同步信号为锯齿波的触发电路如图3-6所示。

输出可以为双窄脉冲。

也可以为单窄脉冲，它由脉冲形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节、强触发和双窄脉冲形成环节等部分组成。

3.2.2锯齿波形成、同步移相环节

锯齿波形成电路由T1、T2、T3和C2等元件组成。

其中T1、Dz、RP2和R3为一个理想电流源电路。

T2截止时，理想电流源电流I1C对电容C2充电，所以C2两端电压UC为:

UC按线性增长，即T3的基极电位UB3线性增长。

当T2导通时，由于R4阻值很小，所以形成C2迅速放电，使UB3电位迅速降为零。

当T2周期性地导通和截止时，UB3便形成了一个锯齿波，同样UE3也是一具锯齿波电压，如图3-7所示。

图3-7锯齿波形成电路相关波形图

射极跟随器T3的作用是减小控制回路的电流对锯齿波电压UB3的影响。

调节电位器RP2，即改变C2的恒定充电电流I1C，可调节锯齿波斜率。

T4基极电位由锯齿波电压UH，控制电压UCO、直流偏移电压UP，三者共同决定。

如果U∞=0，UP为负值时，UB4点的的波形由UH+UP确定，当U∞为正值时，UB4点的波形由UH+UP+CO确定。

UB4电压等于0.7V后，T4导通，T4由经过M点时使电路输出脉冲。

之后，UB4一直被钳制在0.7V。

M点是T4截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。

因此，当UP为某固定值时，改变UCO就可以改变M点的时间坐标，即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。

可见，加UP的目的是为了确定控制电压U∞=0时脉冲的初始相位。

对于三相全控感性负载且电流连续时，脉冲初始相位应定在α=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°

（主要是考虑αminβ和min，实际一般为120°

），由于锯齿波形两面三刀端的非线性，因此要求锯齿波的宽度大于180°

（例如240°

）。

此时令U∞=0调节，UP的大小使产生脉冲的M点移到锯齿波的240°

的中央（120°

），对应于α=90°

的位置，如U∞为正值，M点就向前移，控制角α<

，晶闸管电路处于整流工作状态；

如U∞为负值，M点就向后移，控制角α>

，晶闸管电路处于逆变状态

3.2.3同步电路

同步就是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。

锯齿波是由开关管T2来控制，T2由导通的、变截止期间产生的锯齿波，T2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，T2开关的频率就是锯齿波的频率。

现步环节是由同步变压器TB和作同步开关用的开