触发电路教学课件PPT 72页

'教学单元二芜湖职业技术学院电气工程系触发电路 课程单元二触发电路第二节单结晶体管触发电路第三节同步电压为正弦波的触发电路第四节锯齿波触发电路第一节对触发电路的要求第五节触发脉冲与主电路电压的同步课程内容单元任务DT-2型直流调速系统单结管触发电路分析与调试KGP250中频感应加热装置整流部分的锯齿波触发电路分析与调试 （一）触发信号应有足够的功率（电压与电流）由于触发信号是脉冲形式，只要触发功率不超过规定值，触发电压、电流的幅值短时间内可大大超过铭牌规定值。（二）对触发信号的波形要求对于电阻负载脉宽大于20～50μs，电感负载脉宽大于lms，对于三相桥式全控电路脉宽要大于600或采用双窄脉冲。第一节对触发电路的要求一、对晶闸管触发电路的要求 为了快速而可靠地触发大功率晶闸管，常在脉冲的前沿叠加一个强触发脉冲，波形，前沿电流上升率不小于0.5A/μs，强脉冲宽度t2应大于50μs，脉冲持续时间t3应大于550μs。 （三）触发脉冲的同步及移相范围为使晶闸管在每个周期都在相同的控制角α触发导通，触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压也就是电源同步，并与电源波形保持固定的相位关系。为使电路在给定范围内工作，应保证脉冲能在相应范围内进行移相。（四）防止干扰与误触发晶闸管的误导通往往是由于干扰信号进入门极电路而引起，因此需要对触发电路进行屏蔽、隔离等抗干扰措施。 （a）为正弦波触发脉冲信号。前沿不陡，触发准确性差，仅用在触发要求不高的场合；（b）尖脉冲。生成较容易，电路简单，也用于触发要求不高的场合；（c）矩形脉冲；（d）强触发脉冲。前沿陡，宽度可变，有强触发功能，适用于大功率场合；（e）双窄脉冲。有强触发功能，变压器耦合效率高，用于控制精度较高，感性负载的装置；（f）脉冲列。具有双窄脉冲的优点，应用广泛。二、常用的触发脉冲信号 1、直接连接：操作不安全，主电路干扰触发电路。2、光耦合器连接：输入和输出间电隔离，绝缘性能好，抗干扰能力强。3、脉冲变压器耦合连接：有良好的电气绝缘。驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。三、脉冲电路与晶闸管的连接方式 1、结构单结晶体管示意性结构，在一块高电阻率的N型硅半导体基片上，引出两个电极，第一基极b1与第二基极b2，这两个基极之间的电阻Rbb即是基片的电阻约2～12kΩ。在两基极之间，靠近b2极处设法掺入P型杂质引出电极称为发射极e。所以它是一种特殊的半导体器件，有三个引出端，只有一个PN结故称单结晶体管，其等效电路、符号与管脚，Rb1、Rb2分别为e极与b1、b2之间基片电阻。第二节单结晶体管触发电路一、单结晶体管 单结晶体管的结构 2、特性与单结晶体管振荡电路将管子接成试验电路，Q断开时基极电压Ｕbb由Rb1、Rb2分压，管子内部A点电压为式中h——单结晶体管的分压比，由内部结构决定，通常在0.3～0.9之间。 单结晶体管的特性1、当Q合上：Ue电压逐渐增大2、当Ue＞UA+UD=UA+0.7时Ie流入发射极，由于发射极P区的空穴不断注入N区的空穴不断注入N区，使N区Rb1段中的载流子增加Rb1阻值减小，导致UA值下降，使Ie进一步增大。Ie增大使Rb1进一步减小，因此在元件内部形成强烈的正反馈，使单结晶体管瞬时导通。从元件eb1端观察，Ue随Ie增加而减小，即动态△Reb1=△Ue/△Ie为负值，这就是单结晶体管所特有的负阻特性。峰点电压UP=UA+0.73、当Ie再继续增大，注入N区的空穴来不及复合，剩余空穴使Rb1值增大，管子进入正阻饱和状态。一旦Ue＜UV时管子重新截止。单结晶体管的工作原理 触发电路中希望选用分压比ŋ较大、谷点电压Ｕv小以及Ｉv大的管子，这样可使输出脉冲幅值大、调节电阻范围宽，常用的单相晶体管的主要参数。 利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。当加上直流电压Ｕ后，一路经Ｒ2、Ｒl在单结晶体管两个基极之间按分压比ŋ分压；另一路通过Ｒe对电容C充电，发射极电压ue为电容两端电压uc，按指数曲线渐渐上升。二、单结晶体管自激振荡电路 由于放电回路电阻很小，放电时间很短，所以在R1上得到很窄的尖脉冲。当uc（ue）小于谷点电压UV时，管子从导通又转为截止，电容C又开始充电，电路不断振荡，在电容上形成锯齿波电压，在R1上输出前沿很陡的尖脉冲。随着uc（ue）值的增大，电容电压uc充到刚开始大于UP的瞬间，管子eb1间的电阻突然变小（降至20左右）而开始导通。电容上的电荷通过eb1迅速向电阻R1放电。脉冲频率：单结晶体管自激振荡电路 单相半控桥单结晶体管触发电路，同步变压器ＴＳ、整流桥及稳压管Ｖ组成同步电路，保证在每个正半周以相同的控制角α时刻触发晶闸管，得到稳定的直流电压。稳压管上得到的梯形波电压u作为触发电路电源，波形。每当电源波形过零时Ｕbb=0，单结晶体管内部A点电压UA＝0，保证电容电荷很快放完，在下半周开始时能从零开始充电，以使各半周控制角α一致。三、单结晶体管触发电路 当Re增大时第一个脉冲出现时刻推迟即α增大；Re减小时则亦α减小。α单结晶体管触发电路 单结晶体管的实用电路，图a为单相交流调压电路，可用作调光、电熨斗、电烙铁、电炉等调温，也可用在单相交流电机的调压调速，30kΩ电位器RP为调压旋钮，R5、R6用作范围调整，晶闸管宜选维持电流大的管子，有利关断。 图b为单结晶体管组成的用小晶闸管放大脉冲功率的触发电路，脉冲放大后再输出去触发大电流晶闸管。电路利用三相交流中＋uC相电压经R5、VD4对电容C3充电，极性为左正右负。然后右单结晶体管触发小晶闸管VT1导通，使C3上的电压经VT1管、脉冲变压器TP一次侧放电，二次侧送出一定脉冲、幅值与功率很大的脉冲。为了扩大移相范围，触发电路的同步电压，由三相电压的uA、－uC相通过二极管并联供给，使稳压管上的梯形波底宽扩大到240°，输出脉冲的移相范围可达180°。由于＋uC相电压超前＋uA、－uC相，可保证先对C3充电，然后再触发VT1管。180°uAuC－uC240° 第三节同步电压为正弦波的触发电路电感：抑制电流的变化使流过电感的电流i变化得慢，不能突变当电流增大时，电感使电流增大得慢当电流减小时，电感使电流减小得慢i+-u电容：抑制电压的变化电容两端的电压u不能突变当电容某一端的电压发生变化，另一端会随之一起变化补充一 某电容左端15V电压，右端7V电压，电容上多少伏电压？方向？当突然左端电压下降为0V，问在变化的瞬间右端电压为多少伏？电容上一共多少伏电压？方向？例题：+-u15V7Vu=15-7=8V+-u0V?Vu不突变u=0-？=8V？=0-8=-8V 补充二三极管类型符号饱和截止放大发射结正偏集电结正偏发射结反偏发射结正偏集电结反偏NPN硅UBE=0.7VUCE=0.3VUBE<0.7VUBE=0.7VUC>UBPNP硅UEB=0.7VUEC=0.3VUEB<0.7VUEB=0.7VUB>UCCBECBE电力电子电路中，三极管都工作于开关状态，即饱和与截止状态，放大状态仅仅是短暂的过渡区 根据信号叠加的方式可分为串联叠加与并联叠加。串联叠加是各信号串联为电压相加进行控制。同步电压为正弦波的触发电路采用正弦波电压作同步电压，与直流控制电压或几个直流电压相叠加，改变控制电压使晶体管从截止到导通的时刻变化，达到触发脉冲移相的目的。一、信号的叠加 V1的基极由正弦波同步电压US和直流控制电压UC串联输入UC=0UC＞0脉冲前移UC＜0脉冲后移 并联叠加控制是各控制信号并联为电流叠加，为了减小各信号间的相互影响，要求各信号提供电流呈恒流特性。因此并联叠加可变换成串联电压叠加，但并联叠加各控制信号可有公共接点，由于各信号串入大电阻，信号间相互影响小。 二、同步电压为正弦波的相控触发电路 因此调节RP（R4）即可调节脉宽，通常在三相全控电路中脉宽调至90°，各点波形如： 由上述触发电路送出的触发脉冲只能在正弦波同步电压单调上升段范围内移相，为了保证在晶闸管需要的时刻收到触发脉冲而导通，触发电路引入的同步电压必须与被触发晶闸管的阳极电压之间保持严格的相位关系。 由此可见，对于NPN晶体管组成的正弦波同步触发电路，要求电路工作在整流与有源逆变两种状态时，每只晶闸管触发电路的同步电压US，滞后被触发晶闸管的阳极电压120o，晶闸管VTl到VT2依次相差60o，对应触发电路的同步电压也依次相差60o，总之必须一一对应，这样才能保证六个晶闸管的控制角α一致。同步电压与晶闸管阳极电压之间要求的特定相位关系，可通过同步变压器的不同连接来实现。正弦波同步触发电路的优点是整流输出电压与控制电压成正比关系即Ｕd＝ＫＵc，电路可看成一个线性放大器。该触发电路还能部分补偿交流电压波动对直流电压的影响。 可增设最小控制角αmin与最小逆变角βmin限制信号Uα1和Uβ1，电路和合成波形。 第四节锯齿波触发电路一、锯齿波触发电路锯齿波触发电路 1、同步环节同步环节是由同步变压器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶体管V2组成。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。同步是指锯齿波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V2控制的，也就是由V2的基极电位决定的。同步电压uTS经二极管VD1加在V2的基极上。当电压波形在负半周的下降段时，因Q点为零电位，R点为负电位，VD1导通，电容C1被迅速充电。Q点电位与R点相近，故在这一阶段V2基极为反向偏置，V2截止。R4 在负半周的上升段，+E1电源通过R1给电容C1充电，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ为电容反向充电波形。当Q点电位达1.4V时，V2导通，Q点电位被钳位在1.4V。直到TS二次电压的下一个负半周到来，VD1重新导通，C1放电后又被充电，V2截止。如此循环往复，在一个正弦波周期内，包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。可以看出锯齿波的宽度是由充电时间常数R1C1决定的。 2、锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波电压形成电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，其中V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。②③V9RP1R4R5R11VD3RP2 当V2截止时，恒流源电流I1C对电容C2充电，所以C2两端的电压uC为uC按线性增长，即ub3按线性增长。调节电位器RP2，可以改变C2的恒定充电电流I1C。当V2导通时，因R4很小，所以C2迅速放电，使得ub3电位迅速降到零伏附近。当V2周期性地导通和关断时，ub3便形成一锯齿波。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Uc、直流偏移电压Ub三者叠加所定，它们分别通过电阻R7、R8、R6与V4基极连接。根据叠加原理，先设uh为锯齿波电压ue3单独作用在基极时的电压，其值为所以uh仍为锯齿波，但斜率比ue3低。同理，直流偏移电压Ub单独作用在V4基极时的电压为控制电压Uc单独作用在V4基极时的电压为：所以，仍为一条与Ub平行的直线，但绝对值比Ub小；仍为一条与Uc平行的直线，但绝对值比Uc小。 当V4不导通时，V4的基极b4的波形由uh+Ub′+Uc′确定。当b4点电压等于0.7V后，V4导通。产生触发脉冲。改变Uc便可以改变脉冲产生时刻，脉冲被移相。加Ub的目的是为了确定控制电压Uc=0时脉冲的初始相位。以三相全控桥为例，当接反电势电感负载时，脉冲初始相位应定在α=90度；当Uc=0时，调节Ub的大小使产生脉冲的M点对应α=90度的位置。当Uc为0，α=90度，则输出电压为0；如Uc为正值，M点就向前移，控制角α<90度，处于整流工作状态；如Uc为负值，M点就向后移，控制角α>90度，处于逆变状态。 3、脉冲形成与放大环节脉冲形成环节由V4、V5构成；放大环节由V7、V8组成。控制电压Uc加在V4基极上，触发脉冲由脉冲变压器TP二次输出。④⑤⑥R11VD3R14R15R16R17 当V4的基极电压Uc=0时，V4截止。电源+E1经R11供给V5基极电流，使V5饱和导通。所以V5集电极电压接近-E1，V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电源+E1经R9、V5的发射极到-E1对电容C3充电，充满后电容端电压接近2E1，极性如图所示。当Uc≥0.7V时，V4导通。A点电位从+E1突降到1V，由于电容C3两端电压不能突变，所以V5基极电位也突降到-2E1，V5基射极反偏置，V5立即截止。它的集电极电压由-E1迅速上升到钳位电压2.1V时，使得V7、V8导通，输出触发脉冲。同时电容C3由+E1经R11、VD4、V4放电并反向充电，使V5基极电位逐渐上升。直到V5基极电位ub5>-E1，V5又重新导通。这时V5集电极电压立即降到-E1，使V7、V8截止，输出脉冲终止。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度由反向充电时间常数R11C3决定。 ④⑤⑥R11VD3R14R15R16R17锯齿波触发电路 36V交流电压经整流、滤波后得到50V直流电压，经R19对C6充电，N点电位为50V。当V8导通时，C6经脉冲变压器一次侧R16、V8迅速放电，形成脉冲尖峰，由于有R15的电阻，且电容C6的存储能量有限，N点电位迅速下降。当N点电位下降到14.3V时，VD15导通，N点电位被15V电源钳位在14.3V，形成脉冲平台。C5组成加速电路，用来提高触发脉冲前沿陡度。4、强触发环节 5、双窄脉冲形成环节触发电路自身在一个周期内可输出两个间隔60度的脉冲，称内双脉冲电路。而在触发器外部通过脉冲变压器的连接得到双脉冲称为外双脉冲。本触发电路属于内双脉冲电路,本电路由V5、V6管构成一个“或”门，不论哪个管子截止，电路即输出触发脉冲。当V5、V6都导通时，V7、V8截止，没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止，就会使V7、V8导通，有脉冲输出。因此本电路可产生符合要求的双脉冲。第一个脉冲由本相触发单元的Uc对应的控制角α使V4由截止变导通造成V5瞬时截止，使得V8输出脉冲。隔60度的第二个脉冲是由后一相触发单元通过连接到引脚Y使本单元V6截止，使本触发电路第二次输出触发脉冲。其中VD4和R12的作用主要是防止双脉冲信号相互干扰。 需要特别注意：使用这种触发电路的晶闸管装置，要求三相电源有确定的相序。在新装置安装使用时，必须先测定电源的相序，按照装置要求正确连接，才能正常使用。为了得到双脉冲，在三相桥式全控整流电路中，双脉冲环节的可按下图接线。六个触发器的连接顺序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。锯齿波触发电路 6、脉冲封锁在事故情况下或在可逆逻辑无环流系统，要求一组晶闸管桥路工作，另一组桥路封锁，这时可将脉冲封锁引出端接零电位或负电位，晶体管V7、V8就无法导通触发脉冲无法输出。二极管VD5阴极接零电位或负电位，使V7、V8截止，可以实现脉冲封锁。VD5用来防止接地端与负电源之间形成大电流通路。 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Uc=0，调节Ub的大小使产生脉冲的Q点移至锯齿波240的中央（120处），相应于=90的位置。如Uc为正值，Q点就向前移，控制角<90，晶闸管电路处于整流工作状态如Uc为负值，Q点就向后移，控制角>90，晶闸管电路处于逆变状态。 电力电子器件及其门控电路的集成化和模块化是电力电子技术的发展方向，其优点是体积小，功耗低，调试接线方便、性能稳定可靠。二、集成触发器和数字式移相触发目前国内生产的集成触发器有KJ系列和KC系列，国外生产的有TCA系列，下面简要介绍由KC系列的KC04移相触发器和KC4lC六路双脉冲形成器所组成的三相全控桥集成触发器的工作原理。 （一）KC04移相集成触发器 引出管脚顺序由缺口开始，按逆时针方向排列。它与分立元件组成的锯齿波同步触发电路一样，由同步信号、锯齿波产生、移相控制、脉冲形成和整形放大输出等环节组成。 KC04移相触发器主要用于单相或三相全控桥式装置，其主要技术数据如下：电源电压：DC±15V允许波动±5％电源电流：正电流≤15mA，负电流≤8mA移相范围：≥170o(同步电压30V，R415kΩ)脉冲宽度：400μs～2ms脉冲幅值：≥13V最大输出能力：100mA正负半周脉冲相位不均衡范围：±3o环境温度：－10～70℃ KC41C与三块KC04(KC09)可组成三相全控桥双脉冲触发电路，内部电路与外部接线。（二）KC41C六路双脉冲形成器 由三块KC04、一块KC41C可组成触发组件，用于三相桥式全控变流器的触发。 （三）数字式移相触发器数字式移相触发电路的工作原理框图利用专用芯片进行直接数字控制已较普遍采用，其控制灵活便于实现生产过程的自动化，构成的数字移相触发器其三相对称精度可达０．75o－1．5o。 触发脉冲必须在管子阳极电压为正时的某一区间内出现，晶闸管才能被触发导通。第五节触发脉冲与主电路电压的同步——脉冲变压器与防误触发措施一、同步的概念在常用的正弦波移相和锯齿波移相触发电路中，送出脉冲的时刻是由接到触发电路不同相位的同步电压uS来定位的，改变控制与偏移电压的大小实现移相。必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，正确供给个触发电路特定相位的同步电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发信号时触发脉冲。 正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步电压的方法，称为晶闸管电路的同步或定相。三相桥式全控整流电路来说明： 假定控制角=0°，则ug1～ug6六个触发脉冲应出现在各自的自然换流点ωt1～ωt6，一次相隔60°。锯齿波同步触发电路产生触发脉冲的时刻，由接到触发电路的同步电压US定位，由控制电压UC偏移电压Ub的大小来移相。同步电压uT与被触发晶闸管的阳极电压之间的相位关系取决于主电路、触发电路形式、负载性质、移相范围要求等几个方面。 正弦波移相(NPN晶体管)；正弦波移相(PNP晶体管)；c)锯齿波移相(NPN晶体管)；d)锯齿波移相(PNP晶体管)；e)KC04集成触发器同步信号电压与主电压的对应关系对采用NPN管组成的正弦波触发电路，而主电路又工作在大电感负载，并要求能可逆运行时，通常将同步电压上升段过零点定在主电路α＝90°的位置，如图中的ωt2时刻，故同步电压uTa滞后对应的晶闸管阳极电压ua120°。如改用PNP晶体管，则应使用步电压下降段的过零点设置在ωt2处，即uTA超前对应的ua60°，如b)图所示采用NPN晶体管的锯齿波触发电路，因是在同步电压的负半周内形成锯齿波，又考虑到锯齿波的移相范围约为240°，为使主电路α＝90°时刻正恰近似在锯齿波中点，通常使uTA与uA相差180°，见c)图PNP晶体管的锯齿波触发电路，应使uTa与ua同相，如d)图所示。对于KC04集成触发器，uTa应比ua滞后30o，如e)图所示。当脉冲移相范围要求较小时，如正弦波移相电路为了避免同步电压顶部过于平坦，交点不明确导致电压不稳定，可选择线性较好的工作段，将同步信号电压USB前移30o。 晶闸管整流装置是通过三相同步变压器不同连接方式或配合阻容滤波产生的移相效应，得到要求相位的同步电压。三相变压器绕组可接成星形或三角形。二、实现同步的方法由于同步变压器二次绕组要分别接至六个触发电路，有公共接地端，二次侧不允许采用三角形接法，故同步变压器只有Dy(△/Y)与Yy(Y/Y)两种接线形式。钟点表示法：以变压器一次侧任一线电压为参考矢量，画成垂直向上作为钟面长针指在12点钟的位置，然后根据相位画出对应二次线电压矢量作为短针，短针指在几点就称为几点钟接法。 三相同步变压器12种接法与钟点表示： 1）根据不同触发电路与脉冲移相范围的要求，确定同步信号电压US与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系。2）根据整流变压器TR的接法与钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次侧也就是晶闸管阳极电压的矢量位置，再根据步骤１）确定的US与晶闸管阳极电压的相位关系，画出对应的同步相电压与线电压矢量。3）根据同步变压器一次、二次线电压位置，定出同步变压器TS的钟点数与接法。实现同步的具体步骤 UA1B1UABUsABUgUd主电路触发电路AKG阻容滤波GK产生触发脉冲UAUsA 例：三相全控桥整流电路，整流变压器Tr为△／Y—5接法。采用NPN晶体管构成的锯齿波同步触发电路。电路要求工作在整流与逆变状态。同步变压器TB次级电压经阻容滤波后变为送至触发电路，滞后的电角度为30°。试确定同步变压器TB的接线。解：整流、同步电压矢量图同步变压器接线图 触发电路常通过脉冲变压器输出触发脉冲。脉冲变压器有以下作用：①阻抗匹配，降低脉冲电压增大输出电流，更好触发晶闸管；②可改变脉冲正负极性或同时送出两组独立脉冲；③将触发电路与主电路在电气上隔离，有利于防干扰更安全。1）由于传递单向脉冲，铁心中磁通密度变化为Bm～Br，比交流电压小得多。因此铁心截面应适当选大一些，材料应采用冷轧硅钢片或坡莫合金、铁淦氧，设计时Bm通常取０．8BＳ。为了减小Br，可使铁心留有一点气隙。三、脉冲变压器2）矩形脉冲陡削的前后沿在谐波分析中相当于高次谐波分量，可通过减少线圈圈数，一次、二次绕组并绕或一次绕组分段绕制二次绕组嵌在中间等办法。 1）门极电路采用金属屏蔽线并将屏蔽层可靠接“地”。2）控制线与大电流线分开走线，触发控制部分用金属外壳单独屏蔽，脉冲变压器尽量靠近晶闸管门极，装置的接零与接壳分开。四、防止误触发的措施3）在晶闸管门阴极间并接0．01～0．1μF的小电容可有效吸收高频干扰，要求高的场合可在门阴极间设置反向偏压。4）采用触发电流大即不灵敏的晶闸管，面触发信号为大信号强触发。 Thankyouwww.1ppt.com'