三相桥式全控整流电路的研究及触发电路设计.pdf

XXXX大学毕业论文r设计）题目：三相桥式全控整流电路的研究及触发电路设计姓名：_学院：_机电工程学院_专业：_ _ _毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确 标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及 已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论 文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权 青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设 计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相 关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日目 录摘要.IAbstract.II1绪论.11.1 研究的目的.11.2 国内外研究的现状.11.3 设计的方法.21.4 设计的意义.32三相桥式整流电路.42.1 晶闸管简介.42.2 主电路的选取方案.62.3 单相桥式全控整流电路.72.4 三相桥式全控整流电路工作原理.102.4.1 带电阻负载时的工作情况.102.4.2 阻感负载时的工作情况.132.5 整流电路的保护电路.163触发电路的设计.183.1 电源的设计.183.1.1 集成稳压电源的工作原理.183.1.2 稳压电源的主要指标.183.1.3 电源组成部分.203.2 脉冲发生电路的设计.213.2.1 同步信号为锯齿波的触发电路原理.223.2.2 各元器件的介绍.243.3 脉冲放大电路的设计.284焊接及调试.304.1 焊接.304.2 调试及波形.305总结.32参考文献.33致谢.34附录.34三相桥式全控整流电路的研究及触发电路设计摘要整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路,不仅应用于一般工业领域，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域。三相 可控整流电路中应用最多的是三相桥式全控整流电路。这次设计主要对三相桥式整流电路进行研究，研 究其工作原理及其产生的波形。在理解三相桥式整流电路工作原理的基础上，设计出合理的三相桥式整 流电路的触发电路，较好的实现整流的功能。触发电路设计方面分析了 KC04,KC41,KC42,CD4066,CD4069等集成电路构成的各功能模块的工作原理，其中着重分析了 KC04实现宽、窄脉冲两 种工作模式的原理及其工作波形及KC41和KC42之间的关系，该电路可用于三相全控整流及逆变、三 相交流调压及直流电机调速系统等实验。关键词：整流电路；触发电路；移相触发脉冲IThree-Phase Bridge Controlled Rectifier Circuit Design Research And Trigger CircuitAbstractRectifier circuit is an important power electronics technology and three-phase bridge rectifier circuit which is controlled is the most important.It is used widely in the circuit,not only applies to general industry,also widely used in transportation,power systems,communications systems,energy systems and other areas.Three-phase controlled rectifier circuit is the most widely used three-phase bridge controlled rectifier circuit.The design of the main three-phase bridge rectifier circuit research,to study the working principle and the resulting waveform.Three-phase bridge rectifier circuit in understanding the basis of the principle design a reasonable three-phase bridge rectifier circuit of trigger circuit,the better to achieve rectification function.Trigger circuit design of the KC04,KC41,KC42,CD4066,CD4069 and other integrated circuits consisting of the working principle of each functional module,which analyzes the KC04 realization of wide,narrow pulse principle of two modes and their wave and KC41 and KC42 relationship,the circuit can be used for three-phase fully controlled rectifier and inverter,three-phase AC voltage regulation and DC motor speed control system experiment.Keywords:Rectifier circuit;Trigger circuit;Change appearance trigger pulse青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文)1绪论1.1 研究的目的整流电路可将交流电源变换成直流电源。将从发电机端或交流励磁机端获得的交流电 压变换成直流电压，供给发电机转子励磁绕组或励磁机磁场绕组的励磁需要，这是同步发 电机半导体励磁系统中整流电路的主要任务。对于接在发电机转子励磁回路中的三相桥式 全控整流电路，除了将交流变换成直流的正常任务外，还可以将储存在转子磁场中的能量,经全控桥迅速反馈给交流电源进行将直流变换成交流的逆变灭磁。三相全控整流电路的整流负载容量较大，输出直流电压脉动较小，是目前应用最为广 泛的整流电路。本次设计为更好的实现各行各业对整流电路的需求，在充分了解整流主电路的基础 上，设计出性能优良的触发电路，以产生出更加精密的波形，以实现各种电路对整流电路 的要求。1.2 国内外研究的现状对于整流电路的研究，主要体现在触发电路的研究上。主电路中晶闸管装置的的正常 工作，与门极触发电路正确和可靠的运行密切相关，门极触发电路必须按主电路的要求来 设计。对于晶闸管变流装置主电路，对门极触发电路的要求：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，并留有一定的裕量。触发脉冲的相位应 能在规定范围内移动。触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同，而且 要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发。触发脉冲的波形要符合要求。目前，国内外研究的方向大致分为以下几种：(a)RC触发电路它是最原始、最基本的可控硅触发电路，其主要特点是体积小、结构简单。家川电风 扇、调速器以及电烤炉调温器基本上由这种电路结构组成，工业上基本不再采川此电 路。.(b)品体管触发电路、单结晶体管触发电路晶体管触发电路、单结晶体管触发电路是在RC触发电路基础上改进得来的，其原理 基本上相同。利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性可以组成单结晶体管触 1发电路。它通过同步变压器输出电压整流成梯形波作为同步电压，通过改变尺的大小，可 改变电容充电速度，也就改变了第1个脉冲出现的角度，达到调节角的目的。通过脉冲变 乐器输出触发脉冲以实现触发电路与主电路的电气隔离。单结晶体管触发电路线性较差，温漂较大，对称差，目前在直流电焊机和一些要求不很高的场所还有应川。模拟（集成）触发电路随着集成电路的出现和发展，集成电路在可控硅触发电路中也得到广泛应川。如 KC04、TCA785、TCA787等。本文就川了 KC04可控硅移相触发电路。KC04可控硅移相 触发电路适川于单相、三相全控桥式供电装置，作可控硅的双路脉冲移相触发。KC04器 件输出2路相差180。的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。该电路具有输出 负载能力大，移相性好，正负半周脉冲相位均衡性好，移相范围宽，对同步电乐要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电压、偏移电压综合比较放大电路和功相率放大电路等部分组成。本文利川集成电路设计组成可控硅移相触发电路，该电路克服了双基极管移相触发电 路工作电压高、适应面窄、热损耗大之缺陷；同时该电路具有体积小、移相范围宽、灵敏 度高之优点；不仅可作模块触发电路，更重要的是它还可与不同规格型号的单个可控硅相 配套.电路结构简单，操作方便、安全可靠。从而给生产过程的控制精确度和电路的设计 带来方便。1.3 设计的方法本文可输出宽、窄脉冲列的晶闸管触发电路，分析了 KC04,KC41,KC42集成电路 构成的各功能模块的工作原理，其中着重分析了 KC04实现宽、窄脉冲两种工作模式的原 理及其工作波形，对电力电子实验过程中遇到的宽脉冲触发方式，学生往往知其然而不知 其所以然。因此本文品闸管触发电路如何输出宽、窄脉冲列的工作原理进行了具体分析。本次设计的触发电路大致原理如下：同步变压器对电网电压进行采样并降压，之后输 入KC04川来产生单脉冲，通过调节分压电阻可以实现对单脉冲占空比的调节，通过模拟 开关4066来实现对KC04宽窄脉冲模式的切换，使KC04输出宽脉冲或者窄脉冲，KC42 则产生高频调制波对KC04输出的宽脉冲或窄脉冲进行高频调制，使其输出宽窄脉冲列，当KC04处于宽脉冲方式时，KC04输出直接加到驱动电路，而KC04处于窄脉冲方式时单 脉冲（3片KC04产生6路）输入至KC41合成双脉冲，每组双脉冲相位相差60,川于触发 整流桥电路。2L4设计的意义以往的晶闸管触发电路一般都只能输出窄脉冲，且窄脉冲没有经过脉冲调制。本次论 文中介绍的晶闸管触发电路可输出宽窄脉冲列，并通过KC42对宽窄脉冲进行高频调制，减小了脉冲变压器的体积和能耗，同时本文对KC04产生宽窄脉冲列的工作原理进行了详 细的分析，对其两种工作状态下的波形进行了比较。给出了 KC41及KC42的外围电路图,对KC41产生双窄脉冲及KC42如何进行高频调制的原理进行了介绍，根据不同的实验特 点，宽窄脉冲两种触发模式可以川于不同的研究，其中三相全控整流实验中就选择双窄脉 冲列方式。这在以后的教学及研究中都有很大的帮助。32三相桥式整流电路2.1晶闸管简介晶体闸流管又叫可控硅整流器，它开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时 代。20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作 可靠，在大容量的场合具有重要地位。a晶闸管的结构与工作原理外形有螺栓型和平板型两种封装。有三个联接端，螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。Aa)b)图2-1晶闸管的结构与工作原理 a)晶闸管双晶体管模型b)工作原理据上图推导正反馈即品闸管一旦导通，则门极失去控制。阻断状态是Ig=0,共基极电 流增益ai+ot2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和川。开通状态是注 入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致ai+a2趋近于1的话，流过晶闸管的电流Ia，将趋近于无穷大，实现饱和导通。Ia实际由外电路决定。其他几种可能导通的情况：阳极 电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极；电压上升率du/dt过高；结温较高；光触发,光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光控晶 闸管。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。b晶闸管的基本特性晶闸管正常工作时的特性为承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不 会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导 通，门极就失去控制作川；要使品闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数 值以下。4静态特性：正向特性Ig=O时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电 压超过正向转折电压Ub。，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正 向转折电乐降低。晶闸管本身的压降很小，在IV左右。(b)反向特性反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当 反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。动态特性：开通过程：延迟时间td(0.51.5pis)上升时间tr(0.53|LIS)开通时间tgt以上两者之和。%=L+tr(2-1)(b)关断过程：反向阻断恢复时间。正向阻断恢复时间tgr关断时间tq为以上两者之和：t-t I t，“以(2-2)普通晶闸管的关断时间约几百微秒c品闸管的主要参数(a)电压定额断态重复峰值电压Udrm，即在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的 正向峰值电压。反向重复峰值电压Urrm，即在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在 器件上的反向峰值电压。通态(峰值)电乐Ut，即晶闸管通以某一规定倍数的额定通态 平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的Udrm和URRM中较小的标值作为该器件的额 定电压，选川时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。(b)电流定额通态平均电流It(av)，即在环境温度为4(TC和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额 5定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时 应按有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流Ih，即使晶闸管维持导通所必需的最小电 流。擎住电流II，是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小 电流囿。对同一晶闸管来说，通常II约为Ih的24倍。浪涌电流Itsm，指由于电路异常 情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。动态参数除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：断态电压临界上升率du/dt,它指在额定结温 和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升 率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。通态电流临界上升率di/dt,指在规 定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率，如果电流上升太快，可能 造成局部过热而使晶闸管损坏。d品闸管的派生器件(a)快速晶闸管它包括快速晶闸管和高频晶闸管。开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。普 通晶闸管关断时间数百微秒，快速品闸管数十微秒，高频品闸管109左右。高频晶闸管的 不足在于其电压和电流定额都不易做高。由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热 效应。(b)双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通品闸管的集成。有两个主电极T1和T2,一个门极G。在第I和第III象限有对称的伏安特性。不川平均值而用有效值来表示其额定电流值。(c)逆导品闸管将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向压降小、关 断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。(d)光控晶闸管又称光触发品闸管，是利川一定波长的光照信号触发导通的晶闸管，光触发保证了主 电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合。2.2 主电路的选取方案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,6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l2kw的电源，这时为了提高变压器的利川率，减小波纹系数,也常采川三相整流电路。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，为此在应川中较少。而采川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。三相桥式全控整流电路对每个导电网路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现 象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半 周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题,变压器的利用率也高。由于教学实验中，所采用的直流电机和交流电机的功率总共500W左右，而额定电流 小于3A。根据断态重复峰值电压和反向重复峰值电压最小为155V,选其3倍，比较各种 半控器件，采川晶闸管BT151-500R。虽然IGBT为全控器件，易于控制，但由于其造价昂 贵，而对电路的稳定性要求也较高，易于损坏，所以在主电路的设计中不采川它，而是采 川半控的晶闸管。2.3 单相桥式全控整流电路三相整流电路中应川较多的桥式全控带电阻负载的工作情况工作原理及波形分析见图 2-5 oVT1和VT4组成一对桥臂，在U2正半周承受电压U2,得到触发脉冲即导通，当U2过 零时关断；VT2和VT3组成另一对桥臂，在U2正半周承受电压-U2,得到触发脉冲即导通，当U2过零时关断。a角的移相范围为180。数量关系：-1 万 工t.7/、2V2/1+cosE时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能，导通之后，Ud=U2，直至|U21=E,id即降至。使得品闸管关断，此后Ud=E与电阻负载时相比，品闸管提前了电角度3停止导 电，3称为停止导电角。图2-4单相桥式全控整流电路接反电动势和电阻负载时的电路及波形在a角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。如图2-4所示id波形在一周期内有部 分时间为。的情况，称为电流断续。与此对应，若id波形不出现为0的点的情况，称为 电流连续。当触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。为了使晶闸管可靠导通,9要求触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=5时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍 然存在。这样，相当于触发角被推迟为3。负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软。为了克服此缺 点，一般在主电路中直流输出侧舟联一个平波电抗器，川来减少电流的脉动和延长晶闸管 导通的时间。2.4 三相桥式全控整流电路工作原理三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用得最为广泛的电路，不 仅应川于一般工业领域，也广泛应川于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他 领域网。因此，对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比 分析与研究具有一定的现实意义，这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工 程实践的实际应用具有预测和指导作用。VT1VT3VT5 4vt4vt6vt2 d2图2-5三相桥式全控整流电路原理图三相桥式可控整流电路应用最为广泛，共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管(VTi，VT3,VT5)共阳极组阳极连接在一起的3个品闸管(VT4,VT6,VT2)编号:1、3、5,4、6、2o2.4.1 带电阻负载时的工作情况a=0。时的情况假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交 流电压值最大的一个导通对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低(或者说 负得最多)的导通任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态。从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，*1为相电压的正包络线，共阳极组导通时,*2为相电压的负包络线，*=见1-*2是两者的差值，为线电压在正半周的包络线直接从线 10电压波形看，Ud为线电压中最大的一个，因此Ud波形为线电压的包络线。图2-6三相全控整流电路电阻负载a=0。时的波形三相桥式全控整流电路的特点：(a)晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同1相器 件。(b)对触发脉冲的要求：按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的顺序，相位依次差 60 o共阴极组VTi、VT3 VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4、VT6 VT2也依次差120 同一相的上下两个桥臂,即VTi与VT VT3与VT6,VT5与VT2，脉冲相差180。Md一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。(d)需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，另一种方法是双脉冲触发(常用)。11(e)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也 相同a=30。时的工作情况从wh开始把一周期等分为6段，沏波形仍由6段线电压构成，区 别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了 30。，组成沏的每一段线电压因此推迟30。变压器二 次侧电流。波形的特点：在VTi处于通态的120。期间，。为正，。波形与同时段的“d波形 相同，在VT4处于通态的120。期间，。波形的形状也与同时段的“d波形相同，但为负值。=60。时工作情况沏波形中每段线电压的波形继续后移，d平均值继续降低。=60。时沏 出现为零的点。图2-7三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30。当360。时，d波形均连续，对于电阻负载，波形与d波形形状一样，也连续。12当60。时，沏波形每60。中有一段为零，沏波形不能出现负值。带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120。a=60M iy gM o-、A%J/N J/J J7)-、J、j心、n7 1/i/r y V z.A A5/：x：y x：A：/八，i，I，I，Z I/w f /fJ、-米冰-4、/，、,z卜/一 L、V-/W 1/V；V MI J I/1 八/火X X、/、Z J/V图2-8三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60。时的波形2.4.2 阻感负载时的工作情况“360。时，劭波形连续，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 出整流电压劭波形、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，得到的负载电流波形不同。阻感负载时，由于电感的作川，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。60。时阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时劭波形不会出现负的部分,而阻感负载时，由于电感力的作川，沏波形会出现负的部分带阻感负载时，三相桥式全控 整流电路的a角移相范围为90o13定量分析：当整流输出电压连续时(即带阻感负载时，或带电阻负载“360。时)的平均值为：+aUd=-J+a46U2 sin atd(at)=2.34U2 cos a(2-10)J+a-一带电阻负载且 60。时，整流电压平均值为：Ud=V6/2 sin atd(at)=2.34/2l+cos(2(+2)(2-11)万 J 3输出电流平均值为Id=Ud/R当整流变压器为图2-5中所示采川星形接法，带阻感负载 时，变压器二次侧电流波形如图中所示，为正负半周各宽120。、前沿相差180。的矩形波，其有效值为：八=4 4+?(-)I=0.816(2-12)Y 2乃 3 3 V 314晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续 的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在 计算/d时有所不同，接反电势阻感负载时的/d为:，二UEd R(2-13)式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。三相桥式全控整流电路带阻感负载a=90。时的波形如下图所示。15苔2 一MM岑号图2-11三相桥式全控整流电路带阻感负载a=90。时的波形2.5 整流电路的保护电路电力电子系统在发生故障时可能会发生过流、过压，造成开关器件的永久性损坏。过 流、过压保护包括器件保护和系统保护两个方面。检测开关器件的电流、电压，保护主电 路中的开关器件，防止过流、过压损坏开关器件。检测系统电源输入、输出及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故。例如，R-C阻容吸收网路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采川电子保护电路，检测设备的输出电乐 或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时 内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。a过电流保护当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故 障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过 16高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必 须对电力电子装置进行适当的过电流保护。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能 在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流 可及时熔断起到保护作用。最好的办法是品闸管元件上直接审快熔，因流过快熔电流和晶 闸管的电流相同，所以对元件的保护作川最好口叫对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采川电子电 路进行保护。b过压保护设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。过电压保护的第一种方法是并接RC阻容吸收回路，以及川压敏电阻或硒堆等非线性 元件加以抑制。过电压保护的第二种方法是采川电子电路进行保护。c电流上升率、电压上升率的抑制保护电流上升率di/dt的抑制晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然 后以O.lmm/s的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过 大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法 是在晶闸管的阳极回路审联入电感。(b)电压上升率dv/dt的抑制加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制，如果dv/dt过大，由于晶闸管结电 容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向 阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制dv/dt的作川，可以在晶闸管两端并联 R-C阻容吸收回路。173触发电路的设计3.1 电源的设计3.1.1 集成稳压电源的工作原理直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交 流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不 稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过220V、50HZ交流电压经电源变压器降压后，通过整流桥整流成直流电再经过滤波电 容平滑直流电，减少直流电纹波系数。最后，通过三端集成稳压器7815、7915稳压，将 输出电压分别稳定在+15V、-15V左右。如图3-1所示。G)t图3-1电源产生原理图3.1.2 稳压电源的主要指标稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电乐、输出电流及输出电压调节范围等口工另一种是质量指标，川来衡量输出直流电压的稳定程 度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量指标的含义，可简述如 下。a稳压器质量指标(a)电压调整率Sv电压调整率是表征稳压器稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压VI变化时稳压器输出电压Vo稳定的程度，通常以单位输出电压下的输3%入和输出电压的相对变化的百分比(A%)表示。18(b)电流调整率Si电流调整率是反映稳压器负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数口”它表 征当输入电乐不变时，稳压器对由于负载电流(输出电流)变化而引起的输出电压的波动 的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值-xlOO%的百分比来表示稳压器的电流调整率(%)o纹波抑制比SR纹波抑制比反映了稳压器对输入端引入的市电电压的抑制能力，当稳压器输入和输出 条件保持不变时，稳压器的纹波抑制比常以输入纹波电压峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值 之比表示，一般川分贝数表示，但是有时也可以川百分数表示，或直接川两者的比值表示 12 O(d)温度稳定性集成稳压器的温度稳定性是以在所规定的稳压器工作温度Ti最大变化范围内-100%(TminTi-E(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V8集电极电路中。b锯齿波的形成和脉冲移相环节22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。锯齿波电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，V1、Vs、RP2和R3为一恒流源电路。锯齿波是由开关V2管来控 制的。V2截止时，恒流源电流11c对电容C2充电，调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I。可见RP2是川来调节锯齿波斜率的。V2导通时，因见很小故C2迅速放电，取3电位迅速降 到零伏附近。V2周期性地通断，取3便形成一锯齿波，同样g也是一个锯齿波。射极跟随 器V3的作川是减小控制网路电流对锯齿波电压Ub3的影响。V4基极电位由锯齿波电压、控制电压为。、直流偏移电压出三者作川的叠加所定。如 果Uco=0,Up为负值时，b4点的波形由Uh+Up确定。当Uco为正值时，b4点的波形由Uh+Up+Uco 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。在三相全控桥电路中，接感性负载电流连续时，脉冲初始相位应定在a=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 amm和15m皿 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，令为。=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a=90。的位置。如仅。为正值，M点就向前移，控制角a90。，晶闸管电路 处于逆变状态。c同步环节同步指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。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，其大小取决于充电时间常数Ri。d双窄脉冲形成环节内双脉冲电路由V5、V6构成喊“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 发单元的现。对应的控制角a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）。结构图如下。23直流电源同步电源输入66拟关现窄换40模开实宽切KC41 产生双窄脉 冲列脉冲 放大SCR图3-5触发电路结构图3.2.2 各元器件的介绍aKC04KC04与分立元件的锯齿波移相触发电路类似，可分为同步检测、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。其中11与12脚引出接电平的高低决定了脉冲 形成环节可以形成宽脉冲和窄脉冲。表3-6KC04引脚功能功能输出空锯齿波形 成-Vee(lkQ)空地同步输 入综合比 较空微分阻容封锁调制输出+Vcc引线 脚号123 45678910111213141516KC04的具体原理如下：V1V4等组成同步环节。同步电压Us经限流电阻R20加到V1和V2基极。在Us的正半 周，V1导通，电流从+15V-R20-VD1-V1-地。在us负半周。V2,V3导通，电流从+15V-R3-VD2-V3-R5-R21-15V,因此，在正、负半周期间，V4基本上处于截止状态。只有在 同步电压UsO.7V时。V1V3截止，V4从电源+15V经R3和也取得基极电流才能导通。电容Ci接在V5的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。在V4导通时,Ci经V VD3迅速放电。当V4截止时。电流经+15V-R6-O-R22-RP1-15V对Ci充电。在4 端形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于R22、RP1的充电电流和电容C1大小。根 据V4导通的情况可知，在同步电压正、负半周均有相同的锯齿波产生，并且两者有固定的 相位关系，V6及外接元件组成了移相环节。锯齿波电压UC5、偏移电压Ub、移相控制电压 24Uc分别经R24,R25,R26,在V6基极上叠加。当Ub6+0.7V时，V6导通。设UC6,6为定 值，改变Uc，则改变了 V6导通的时刻，从而调节了脉冲的相位。V7等组成了脉冲形成环 节。其中K1的开通与关断决定了脉冲形成环节可以形成宽脉冲和窄脉冲口6。当开关K1闭合时，平时V7经电阻R25获得基极电流而导通，电容C2由电源+15V经 电阻R7,VD5,V7,基射结充电。当V6由截止转为导通时，C2所充电压通过V6成为V7 基极反向偏压，使V7截止。此后C2经+15V-R25-V6-地放电并反向充电，当其充电电乐以 Uc2（即12脚）=+1.4V时，V7又恢复导通。这样，在V7集电极就得到固定宽度的移相脉冲,宽度取决于充电时间常数R25c2的大小17。当开关K1关断时，即R25 一端不接+15V时，C2不会放电，其左正右负的电压会继续 通过V6成为V7基极反向偏压，维持V7截止。直到V6由导通转为截止时，V7经电阻R7,vd5,V7获得基极电流而再次导通，由此可见宽脉冲后沿由锯齿波后沿决定。宽、窄两种工作方式下KC04各点的波形分别如后面图，看图可以发现，在脉冲形成 环节之间两种工作方式下各点的波形基本一致，进入脉冲环节后，由于K1分别处于开通状 态时，KC04中的UC7的波形为窄脉冲，其脉冲宽度由充电时间常数R25c2的大小，调节移 相控制电压Uc时，窄脉冲也会发生相移，而其宽度不会发生变化。当K1关断，UC7的波 形为宽脉冲，其脉冲后沿固定，与同步电压负半周过零点对齐，而其前沿位置可以通过移 相控制电压Uc进行调节，进行移相的同时，宽脉冲的前沿也相对移动，即脉冲宽度也发 生相应变化因。bKC4125六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开 关控制封锁双脉冲形成二种功能。KC41电路是脉冲逻辑电路，当把移相触发器输出的触发脉冲输入到KC41电路的”:T“6”端时，由输入二极管完成了补脉冲，再由Ti76进行电流放大分六路输出。补脉 冲按21,32,43,54,65,16顺序排列组合。T7是电子开关，当控制7”端 接逻辑（F电平时77截止，各路有输出触发脉冲。当控制7”端接逻辑力”电平（+15V）时,T7导通，各路无输出。cKC42KC42脉冲列调制形成器主要川于作可控硅三相桥式全控整流电路的脉冲列调制源。同样也适川于三相半控，单相全控，单相半控线路中作脉冲列调制源。电路具有脉冲占空 比可调性好，频率调节范围宽，触发脉冲上升沿可与调制信号同步等优点。KC42电路也 可作为可控的方波发生器用于其它的电子线路中。以三相全控桥式电路为例，来自三块触 发器（KC04）的“13”端的触发脉冲信号分别送入KC42电路的“2”,“4。“端，由、72、T3进行节点逻辑或组合。丁5、