3.晶闸管相控AC-AC 变频技术
如果适当控制正、反两组晶闸管相控整流器的切换频率，则在负载端可以获得交变的输出电压，这就是晶闸管相控AC-AC 变频器的实现思想、或者说，晶闸管相控AC-AC 变频器，是通过晶闸管对输入电源电压波形的切换来得到所需频率的交流电压输出。
由于晶闸管相控AC-AC 变频器，具有单级功率变换、变换效率高、四象限运行、低频输出波形接近正弦波、接线复杂、受限于电网频率和变频器的脉波数、输出频率较低、网侧功率因数较低、网测电流谐波含量大、频谱复杂等特点，主要应用于500KW 或1000KW 以上的大功率、低转速的交流调速系统以及轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合，不但可用於异步电动机的传动，还可用于同步电动机的传动。
3.1晶闸管相控单相-单相AC-AC 变频器
3.1.1电路拓扑
两组反并联的可逆整流电路如图3.1所示。其中，通过改变共阴、阳极双半波整流电路晶闸管的控制角，可分别在输出负载得到上正下负、上负下正大小可变的输出电压。
正组整流器工作、反正被封锁时，负载端输出电压为上正下负；反组整流器工作、正组被封锁时，负载端输出电压为上负下正。以低于输入电源的频率交替地切换正、反两组整流器的工作状态，在负载端可以获得含有大量谐波的交流输出电压。
t
U u A ωsin 22=
图3.1 两组反并联的可逆整流电路
3.1.2控制原理
如果在半周期中使导通工作的晶闸管的控制角α由90?逐渐减小到零，然后再增大到90?，则该整流器的输出平均电压就从零增大到最大，然后再减小到零。因此，只要控制α角在0?～90?之间以适当地规律性变化，即可获得按正弦规律变化的平均输出电压。
在实际的交－交变频电路中，常采用“余弦波交截控制法”控制α角的变化以获得平均正弦波的输出。以控制电压U c 来控制α角的变化，如果控制电压U c 的大小总是正比于控制角α的余弦大小，即
αcos cm c U U = （3-1）
U cm 为U c 峰值，则输出电压平均值U d 随U c 呈线性变化。由于
αcos dm d U U = （3-2）
U dm 为α＝0?时U d 最大值，所以
cm
dm
c d U U U U = （3-3） 故有
c cm
dm
d U U U U =
（3-4） 在保证线性范围内，U c 最大值为U cm =U dm ，此时
c d U U = （3-5）
因此，按余弦波交截控制法控制的相控整流器，是一个具有线性电压转换特性的功率放大器。可以想象，如果控制电压按正弦波变化，则输出平均电压也将按正弦波变化。
3.1.3变频器的工作过程
两组相控整流器构成的单相AC —AC 变频器的原理波形，如图3.2所示图中给出的是超前功率因数的负载情况，理想的输出电压u o 、电流i o 作为晶闸管的控制标准。
图3.2单相AC —AC 变频器原理波形
整个周期可以分为4个阶段：①正组整流阶段，u o 、i o 为正且同相，电能由电源传输到负载；②反组逆变阶段，电流正半周结束时去除正组触发信号、并经一段大于晶闸管管段时间 的间歇后给反组加触发信号，负载电流反向、电压方向未变，将负载的能量回馈到电源；③反组整流阶段，u o 、i o 为负且同相，能量由电源传输到负载；④正组逆变阶段，电流i o 过零后反组封锁，经过一段大于 的延时后正组加触发信号，电流反向、电压方向未变，能量由负载回馈到电源。
3.1.4晶闸管控制角α的调制方法。
控制角α和α由0~π和π~2π期间与（
）ω的交点决定，而控制角
π
）ω的交点决定。晶闸管门极触发信号产α和α由π~2π和0~π期间与（
π
生的方法如图3.3所示。
的负半波施加在P信号发生器，当为零、且经过一个大于晶闸管的关断时间的延迟时间
后（确保负组整流器完全关断），才有P信号送至正组整流器的门控电路，输出门极触发信号和.利用正半波可以控制负组整流器的门极控制信号和.
图3.3 晶闸管门极触发信号产生方法
3.2 晶闸管相控三相-单相交-交变频技术
3.2.1、电路构成和基本工作原理
如图3.4，由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。变流器P、N都是相控整流电路，P组工作时，负载电流i o为正，N组工作时，i o为负。让两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。改变两组变流器的切换频率，就可以改变输出频率ωo。改变变流器工作时的控制角α，就可以改变交流输出电压的幅值。
为使u o波形接近正弦波，可按正弦规律对a 角进行调制。在半个周期内让P组 a 角按正弦规律从90°减到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零，如图中虚线所示。另外半个周期可对N组进行同样的控制。
图4-18
图3.4 单相交交变频电路原理图和输出电压波形
图3.4是变流器P和N都是三相半波相控电路时的波形。U o并不是平滑的正弦波，而
是由若干段电源电压拼接而成，在u o的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就
越接近正弦波。因此，变流器通常采用6脉波的三相桥式电路或12脉波变流电路。
3.2.2、整流与逆变工作状态
交交变频电路的负载可以是阻感负载、电阻负载、阻容负载和交流电动机负载，这里
以阻感负载为例来说明电路的整流与逆变工作状态，也适用于交流电动机负载。
把交交变频电路理想化，忽略变流电路换相时u o的脉动分量，就可把电路等效成图3.5a
所示的正弦波交流电源和二极管的串联。其中交流电源表示变流器可以输出交流正弦电压，
二极管体现了变流电路的电流的单方向性。
设负载阻抗角为φ，则输出电流滞后输出电压φ角。两组变流电路采取无环流工作方Array式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。
图3.5给出了一个周期中负载电压、电流波形及正反组
变流器的电压电流波形。
t1~t3期间：i o正半周，正组工作，反组被封锁。
t1~ t2：u o和i o均为正，正组整流，输出功率为正。
t2 ~ t3：u o反向，i o仍为正，正组逆变，输出功率为负。
t3 ~ t5期间：i o负半周，反组工作，正组被封锁。
t3 ~ t4：u o和i o均为负，反组整流，输出功率为正。
t4 ~ t5：u o反向，i o仍为负，反组逆变，输出功率为负。
可以看出在阻感负载下，在一个输出电压周期内交交变频
器有4种工作状态。哪一组工作由i o方向决定，与u o极性无关。
工作在整流还是逆变，则根据u o方向与i o方向是否相同确定。
图3.6是单相交交变频电路输出电压和电流的波形图。
考虑无环流工作方式下i o过零的死区时间，一周期可分为6段。
第1段i o<0,u o>0,反组逆变。第2段电流过零，为无环流死区。
第3段i o>0,u o>0，为正组整流。第4段，i o>0,u o<0,为正组逆变。
第5段又是无环流死区。第6段，i o<0,u o<0,为反组整流。
图3.6 单相交交变频电路输出电压和电流波形
当u o 和i o 的相位差小于90°时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，电动机工作在电动状态。当二者相位差大于90°时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。 3.3.3、正弦波输出电压的调制方法
通过不断改变控制角a ，使交交变频电路的输出电压波形基波为正弦波的调制方法有多种。这里介绍最基本的、广泛使用的余弦交点法。
设U d0为a = 0时整流电路的理想空载电压，则有
αcos 0d o U u = (3-6) 每次控制时a 角不同，表示每次控制间隔内u o 的平均值。设要得到的正弦电压为
t U u o om o ωsin =，应使
t t U U o o d om
ωγωαsin sin cos 0
==
（3-7） 式中γ称为输出电压比，)10(≤≤=
γγdo
om U U
因此有 )sin (cos 1
t o ωγα-= （3-8）
这就是余弦交点法基本公式。
图4-20
u i
图3.7余弦交点法原理
图3.7是对余弦交点法的进一步说明。电网线电压u ab 、 u ac 、 u bc 、 u ba 、 u ca 和u cb
依次用u 1 ~ u 6表示。相邻两个线电压的交点对应于a =0。u 1~u 6所对应的同步信号分别用u s1~u s6表示。u s1~u s6比相应的u 1~u 6超前30°，u s1~u s6的最大值和相应线电压a =0的时刻对应。以a =0为零时刻，则u s1~u s6为余弦信号。希望输出电压为u o ，则各晶闸管触发时刻由相应的同步电压u s1~u s6的下降段和u o 的交点来决定。
图3.8给出了在不同输出电压比γ的情况下，在输出电压的一个周期内，控制角α随ωo t 变化的情况，图中
)sin (sin 2
)sin (cos 11t t o o ωγπ
ωγα---=
=
γ
较小，即输出电压较低时，a 只在离
90°很近的范围
内变化，电路的输入功率因数非常低。余弦交接法用模拟电路来实现线路复杂，且不易实现准确的控制。采用计算机控制时可以方便准确的实现运算，使整个系统获得很好的性能。
图3.8 不同γ 时α和ωo t 的关系
图4-21u u u u u u 相位控制角α/(°)
输出相位ω 0 t 图4-22
3060900
2
π2
3π
3.3晶闸管相控三相—三相AC—AC变频器
3.3.1三相—单相
三相—单相方波AC—AC变频器电路结果及其原理如图3.9（a）所示，由两组反并联的变流器P和N所组成。当P（正）组和N（反）组轮流向负载供电时，负载上会出现电压u o，如图3.9（b）所示。当P（正）组和N（反）组触发角恒定时，输出电压在半个周期中的平均值是恒定的。改变两组变流器的控制角α就能够改变输出电压的幅值。改变两组变流器的切换频率就能改变u o的频率。
（a）（b）
图3.9 三相—单相方波AC—AC变频器及其原理波形
3.3.2 三相—三相
1.)电压型三相—三相AC—AC变频器
三相—三相方波型交-交变频器的主电路如图3.10所示，每一相由两组反并联的三相半波整流电路组成，整流器Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ为正组，Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ为反组。每个正组由1、3、5晶闸管组成，每个反组由4、6、2晶闸管组成。
变频器中的换流应分成组与组之间换流和组内晶闸管换流两种情况。为了在负载上获得三相互差T/3（T为输出电压周期）的电压波形，每组导电时间应为T/3，并相隔T/6换相。同一时刻应有一个正组和一个反组同时导通，但不允许同一桥臂同时导电，否则将会造成电源短路，每组桥内晶闸管按1、2、3、4、5、6、1顺序换流。各自及组内导电次序如图3.11所示。
图3.10 电压型三相—三相方波AC—AC变频器
图3.11 变频器各组导电次序
2.)电流型三相—三相AC—AC变频器
电流型三相—三相AC—AC变频电路如图3.12所示，主电路中的电流可以看作矩形波，如果不接滤波电感，两组整流器直接反接，就是说通过电源来缓冲负载的无功功率，由于输入电网的内阻抗要比负载阻抗小得多，便构成了电压型电路。
图3.12 电流型三相—三相AC—AC变频器电路拓扑与控制系统控制角为α时晶闸管导通的次序及电源电流、负载电流的波形如图3.13所示. Ⅰ-Ⅵ组晶闸管各导通120度，因此负载电流也是持续120度的方波，而每组桥的晶闸管按1-6的次序换流。系统输出频率f o为电源频率f i的1/3，每相负载电流恰为电源三相电流之和。
正组反组正组反组
导通的晶闸管
移
相脉冲选
组脉
冲1
3
5
1
3
5
1
3
5
4
6
2
4
6
2
4
6
2
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅵ
Ⅴ
Ⅱ
Ⅵ
Ⅰ1
Ⅰ3
Ⅰ5
Ⅲ1
Ⅲ3
Ⅲ5
Ⅴ1
Ⅴ3
Ⅴ5
Ⅵ2
Ⅱ4
Ⅱ6
Ⅱ2
Ⅳ4
Ⅳ6
Ⅳ2
Ⅵ4
Ⅵ6
电
源电流
负载电流
i
A
i
B
i
C
i
a
i
b
i
c
图3.13 电流型AC —AC 变频器的晶闸管导通次序及电流波形
由控制系统框图（图 3.12）可以看出，它是由电流内环和电压外环构成的双闭环系统，采用U/f ＝恒值的恒磁通控制方式。系统中有函数发生器，能够在低速时适当提高端电压，以补偿定子压降。控制电路主要完成两个任务：一是控制每个晶闸管的控制角α，以调节输出电压，二是按照所需的频率来实现各组间的换流。给定信号经过压频变换转换成比例的脉冲信号，然后经过环形计数器进行分频，形成依次相差T/6、持续时间为T/3的选组脉冲。选组脉冲规定了什么时间允许哪组晶闸管工作。与此同时，给定信号还被变换成与之相应的移相脉冲，移相脉冲决定了每组中晶闸管导通的次序与控制角α的大小。移相脉冲和选组脉冲经过逻辑电路确定了每个晶闸管的导通时刻。
这种系统的输出波形是矩形波，其高次谐波将使电动机的损耗和噪声增大，当电动机工作在低速时产生脉动转矩，会导致转速不均匀。因此，方波型AC —AC 变频器在异步电动机调速系统中较少应用，常用于无换向器电动机的调速系统和超同步串级调速系统中。
3.3.2晶闸管相控三相—三相正弦型AC —AC 变频器
三相AC —AC 变频电路是由三组输出电压相位各差120o 的单相AC —AC 变频电路组成，因此三相-单相AC —AC 变频电路的许多结论都适用于三相—三相
AC—AC变频电路。
1.电路接线方式
三相—三相AC—AC变频电路有两种接线方式，即公共交流母线尽现方式和输出星形联结方式。
(1)公共交流母线进线方式接线方式如图3.14所示。由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120°的单相AC—AC变频电路构成。电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出六根线。主要用于中等容量的交流调速系统。
图3.14 公共交流母线进线三相—三相AC—AC变频电路
(2)输出星形联结方式图3.15是输出星形联结方式的三相—三相AC—AC变频电路原理图。三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结。电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。由于变频器输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双脉冲保证同时导通，而两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。
图3.15 输出星形联结方式三相—三相AC —AC 变频电路（a ）简图（b ）详图
2. 原理特性
从电路结构和工作原理可以看出，三相—三相AC —AC 变频电路的输出上限频率和输出电压谐波与单相AC —AC 变频电路是一致的。
下面分析三相—三相AC —AC 变频电路的输入电流。图3.16是在输出电压比γ=0.5，负载功率因数cosφ=0.5的情况下，AC —AC 变频电路输出电压、单相输出时的输入电流和三相输出时的输入电流的波形举例。
对于单相输出时的情况，因为输出电流是正弦波，其正负半波电流极性相反，但反映到输入电流却是相同的。因此输入电流只是反映输出电流半个周期的脉动，而不反映其极性，输入所以式（3.5）和（3.6）所示输入电流中含有2倍输出频率有关的谐波分量。
对于三相输出的情况，总的输入电流是由三哥哥单相AC —AC 变频电路的同一相输入电流合成而得到的，有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总的谐波幅值也有所降低。其谐波频率为：
o i in lf f k f 6)16(+±= （3-9）
和
o i in kf f f 6±= （3-10）
式中k =1,2,3,…l=0,1,2,…
图3.16 AC —AC 变频电路的输入电流波形
当变流电路采用三相桥式电路时，输入谐波电流的主要频率为f i±6f o 、5f i 、5f i±6f o 、 7f i 、 7f i±6f o 、 11f i 、 11f i±6f o 、 f i±12f o 等。其中5f i 次谐波的幅值最大。
下面分析三相—三相AC —AC 变频电路的输入功率因数。三相AC —AC 变频电路由三组单相AC —AC 变频电路组成，每组单相AC —AC 变频电路都有自己的有功功率、无功功率和视在功率。总输入功率因数为：
S
P P P S P c
b a ++==
λ （3-11） 从上式可以看出，三相电路总的有功功率为各相有功功率之和，但视在功
率却不能简单相加，而应由总输入电流有效值和输入电压有效值来计算，比三相各自的视在功率之和要小。因此，三相总输入功率因数要高于单相AC —AC 变频电路。当然这只是相对于单相电路而言，功率因数低仍然是三相—三相AC —AC 变频电路的一个主要缺点。
3、改善功率因数和提高输出电压
在图3.15所示的星形联结的三相—三相AC —AC 变频电路中，各相输出的是相电压，而加在负载上的是线电压。在各相电压中叠加同样的直流分量或3倍于输出频率的谐波分量，它们都不会在线电压中反映出来，因而也加不到负载上。利用这一特性可以使输入功率因数得到改善并提高输出电压。
当负载电动机低速运行时，变频器输出电压很低，各组桥式电路的a 角都在90°附近，因此输入功率因数很低。给各相输出电压叠加上同样的直流分量，控制角a 将减小，但变频器输出线电压并不改变。这样既可以改善变频器的输入功率因数，又不影响电动机的运行，称为直流偏置法。对于长期在低速下运行的电动机，用这种方法可以明显改善输入功率因数。
另一种改善功率因数的方法是梯形波输出控制方式。使三组单相变频器的输出电压均为梯形波。梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消，结果线电压仍为正弦波。在这种控制方式下，因为桥式电路较长时间工作在高输出电压区域（即梯形波的平顶区），a 角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。此外，图3.6正弦波输出控制方式中，最大输出正弦波相电压的幅值为U d0。这样的输出电压有时难以满足负载的要求。和正弦波相比，在同样幅值的情况下，梯形波中的基波幅值可提高15%左右。也就是采用梯形波输出控
单相输出时三相输出时
输出电压
相输入电流
相输入电流
制方式可以使变频器的输出电压提高约15%。采用梯形波控制方式相当于给相电压中叠加了三次谐波，相对于直流偏置，这种方法称为交流偏置。
3.4晶闸管相控AC-AC 变频器的工作状态和触发脉冲重叠控制 1. 变频器的无换流工作状态和有环流工作状态
和可控整流电路一样，变频器也有两种工作状态，无环流工作和有环流工作。在一定条件下，负载电流可能会变成断续的。如电阻——电感性负载，如果在电流贬值附近能维持连续，但由于负载电感不够大，因此在电流变化到过零前（经过T/2后），电流已较小而出现了断流，电压畸变将增大。有环流系统由于有环流作用，没有电流不连续的现象，所以输出电压畸变较小。
无换流运行时，正组和反组分时工作，但是当负载电流由正值变为零时（即过零点）如果立即解除反组的脉冲封锁，触发反组晶闸管，而正组晶闸管则刚刚断流而未完全恢复正、反向阻断能力，就有可能发生两组晶闸管同时导通的短路事故。为了避免这种情况，在正组电流过零后，应延时一段时间t 0后在触发反组晶闸管，同样在反组电流过零点后要延迟一段时间再触发正组晶闸管。在这段死区时间内，两组变流器均无输出，输出电压畸变率增大。死区时间的设置要考虑换流安全性和输出电压畸变率两方面的影响。
采用有换流控制时，此时正组和负组的控制角之和180P N αα+=，即一组工作于整流状态，另一组则工作在逆变状态。两组整流器其输出端的基波交流电压完全相等（也就是任何时刻正组输出电压平均值等于反组输出电压平均值），但瞬时值不等，两者电压的瞬时值之差)()(t v t v v N p -=?会引起环流，加重晶闸管负担，因而需加限流电抗器，以限制环流。采用环流电抗器后，除了有被限制的脉动环流外，由于电抗器的电感，还将引起新的环流，这种环流称环流的自感应分量。 现在来讨论环流的自感应分量。如果忽略变频器输出电压中的谐波，只考虑其中的基波，则此有限流电抗器的反并联正负组整流所组成的变频器，其等效电路可画出如图3.17所示。
图3.18是图3.17电路的各部分电流和电压的波形。设0t =时接通负载，正弦变化的负载电流
0sin m i I t
ω=开始流通。在前1/4周期间，此电流从正组流出，
结果在环流电抗器上形成如图（e ）所示的电压波形。此电压极性将使负组晶闸管处于反向偏置，因此负组在此期间处于断开状态。在1/4周期后
/2t πω=时，
负载电流开始下降，电抗器上电压反方向，使负组二极管导通。当正组和负组都
导通时，由于正组和负组输出端基波交流电压任何瞬时都相等，因而此时电抗器两端M ，N 两点的电位将相等，环流电抗器上电压等于零
L U =，效果相当于环
流电抗器两端被短路。因此环流电抗器的总磁势保持不变，即等于0/2t πω=时流过左半个电抗器（圈数为/2W ）的负载电流峰值m
I 所决定的磁势
(/2)
m I W 。
正、负组的二极管都导通后磁势方程为
222p
n m W W W i i I += （3-12）
其中和分别为正组和负组的电流。
P N m
i i I += （3-13）
由等效电路可知
0sin P N m i i I t
ω-= （3-14）
t I I i m
m P 0sin 22ω+=
（3-15.a ） t I I i m
m N 0sin 22ω-=
（3-15.b ）
图 3.18（b ）和(c)是正、负组总电流波形，（d ）是自感应环流。正组电流和
负组电流都是连续的，负载电流最大时，自感应环流等于零；负载电流为零时，自感应环流最大。在负载电流正半周期，正组通过所有电流，负组只流过环流自感应分量 ；在负载电流负半周时，正组只流过环流自感应分量，负组则流过所有电流。这是这种变频器的稳态运行情况，这种情况已为实验所证实。
环流电抗器
图3.17 有环流电抗器的等效电路
(a ()
b (
c (
d (
e i i t
t
t
t t
t -图理想变压器有自感应环流工作波形
图3.18 理想变压器有自感应环流工作波形
环流的自感应分量大小与负载电流成正比。可以证明，环流自感应分量的
平均值为变频器输出负载电流平均值的57%。负载电流越大，环流自感应分量也越大，自然，损耗也越大。相反地，晶闸管的容量也必须考虑环流自感应分量引起的发热。在反并联可逆整流电路中，当输出给负载的电流大小变动的动态过程中，也将引起自感应环流，随着负载电流的逐渐稳定（为稳定直流），由于线路电阻的损耗，自感应环流将逐渐衰减消失。
环流自感应分量的存在给变频器增加了一个“无功”负载。因此这种配合有环流系统的运行方式并不被广泛采用。负载电流较大时，电流已经连续，此时变频器也就没有必要采用有环流的控制方案。可在小负载或负载电流过零的零点附近发生电流断续时，才使其在有环流状态下工作。
2、触发脉冲的重叠控制
触发脉冲的重叠控制方案的实现，能使变频器在负载电流较小时，正组与负组同时工作成为有环流系统 ，而在负载电流较大时成为无环流系统 ，这样既限制了环流，又消除了电流不连续时的不良影响，改善了波形。
图5-13 交－交变频器脉冲重叠控制方框图
(b)
90
180
(c)
90
180
图3.19 交-交变频器脉冲重叠控制方框图
(1T
I T
I -(3)
()a (6)(4)
(5)()
b (2)
(3)
(4)
(5)
(6)
-
图负载电流大小对脉冲重叠时间的影响
图3.20 负载电流大小对脉冲重叠时间的影响
交—交变频器的脉冲重叠控制方案方框图如图3.19所示。它由正组、负组晶闸管整流电路 1、2，正组、负组脉冲门7、9，正组、负组脉冲产生器6、8和电流检测电路 4、5构成。3则为负载。
在电流检测电路方框上面（图3.19）给出了电流检测电路的特性。负载电流大于
T
I -时，正组电流检测电路的输出为1，即C=1，使正组门开启，触发脉冲通过
正组门触发正组晶闸管；当负载电流减小到小于T
I -，即继续向负载增大时，正
组电流检测电路输出为零，C=0，正组关闭，正组晶闸管不再被触发。负组电流检测电路在电流小于
T
I +后，输出为1，即D=1，使负组门开启，负组晶闸管工作。这样仅当电流处于
T
I +和
T
I -之间时即负载电流较小（绝对值）时，正负组
晶闸管才同时工作，成为有环流工作状态。负载电流瞬时值（绝对值）大于T
I 后，
则只有一组晶闸管被 触发，成为无环流工作状态。
图3.20示出了触发脉冲重叠控制时的工作波形。波形示出负载电流越大，脉冲重叠时间越短，反之则越长，图 3.20(a)是满载时脉冲重叠情况，(b)则为轻载时。比较这两组波形可见，负载电流较小时脉冲重叠时间是比较长的。这两组波形的曲线（1）是负载电流波形和零电流检测电路的整定值T
I +和
T
I -。负载电流
较小时，负载电流从
T
I +变化到
T
I -或从
T
I -变化到
T
I +所需时间较长。
因而正组与负组触发脉冲的交叠的时间较长。曲线（2）和（3）是正组电流和负组电流的波形。图中虚线是负载电流波形。曲线（4）则示出了自感应环流波形。在负载电流较小时，由于脉冲重叠时间较长，所以环流流动时间也长，环流所占比例较大。图中曲线（5）是限流电抗器两端电压波形。曲线（6）则是触
发脉冲重叠时间。由此可见，采用触发脉冲重叠控制方案时，负载电流增大，环流自感应分量不会跟着成比例增大，而在负载电流较小时，由于环流自感应分量相对较大，消除了电流不连续现象，从而使输出电压波形得到改善。
AC—AC变频电路的优点：效率较高（一次变流）、可方便地实现四象限工作、低频输出波形接近正弦波。AC—AC变频电路的缺点：接线复杂，采用三相桥式电路的三相AC—AC变频器至少要用36只晶闸管；受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低；输入电流谐波含量大，频谱复杂。因此，AC—AC之间变频电路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合应用。它既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动
交直交变频器 一变频器开发基础 三相交流异步电动机发明于1881年，一经问世，便以起结构简单，坚固，价格低廉二迅速的在电力拖动领域成为拖动系统中＂骄子＂。但正式由于其结构，在调速性能上使其失去欢颜。从异步电动机的转速公式n=60f/p(1-s) ，可知。除变频{f}调速以外，异步电机调速基本途径有：1改变极对数{p}。2改变转差率{s}。显然其调速缺点为调速范围低，工作效率下降，负载能力不一致，消耗电能多，机械特性较软，控制电路较复杂。科技的进步，社会的发展，要求生产机械对电动机进行无级调速满足工艺要求是多么的迫切。 随着20世纪60年代功率晶闸管{SCR}，70年代功率晶体管{GTR},可关断晶闸管{GTO}，80年代绝缘栅双极晶体管{IGBT}的相继开发，把变频器由希望，推广，发展到今天的普及阶段。 二变频器基本结构 目前应用的最广泛的是交直交变频器，其基本结构如图所示： 其工作过程是先将三相{或单相}不可调工频电源经过整流桥整流成直流电，再经过逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的交流电，以实现无级调速。 逆变器的原理框图 三功率部分 交直交变频器的主电路如图所示，变频器调速过程中出现的许多现象都应通过主电路来进行分析,因此，熟悉主电路的结构，透彻了解各部分的原理，具有十分重要的意义。 1 交-直变换电路 ⑴图Ｉ（VD1-VD6）为交直变换全波整流电路，在中小容量变频器中，整流器件采用不可控整流二极管或二极管模块。(2)图中（CF1 CF2）为滤波电容器，由于交流电被整流出的直流电中会有交流含量，为了获取平稳的直流电而设置滤波电容。（3）因为电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组CF1 和CF2的电容量常不能完全相等，这将导致各自压降不相等。为了使其压降相等，在CF1 CF2旁各并联一个阻值相等的均压电阻RC1和RC2。（4）（RH HL）为电源指示电路，除此之外HL也具有提示保护的作用，当变频器
特通电气低压无功补偿装置选型指南 一、无功和谐波 (2) 二、方案设计 (3) 三、TSC无功功率动态补偿装置 (4) 特通增强调谐型—JJH型无功功率动态补偿装置 (7)
一、 无功和谐波 1、 无功与谐波的本质及危害？ ? 无功增加供电设备容量，增加设备投资。 ? 无功增加供电设备及线路损耗。 ? 无功影响供电电压，降低产品质量，缩短生产设备使用寿命，。 ? 谐波使公用电网产生了附加的谐波损耗，谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。 ? 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振 ? 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作。 2、 无功和谐波的相关标准：
二、 方案设计 1、 装置补偿容量设计： ①. 估算法 一般来说，对于电动机类型的功率负荷，补偿量约为40%（低压补偿一般取30%-40%）；对于综合配变，补偿量约为20%（高压补偿一般取20%左右）； ③. 负荷计算法 此处所说的负荷计算法，主要指需要系数负荷计算法。是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的方法。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。统计结束后利用查表法计算无功补偿的容量。 有功功率P () e X p P K K P ?∑?=∑ kW 无功功率Q () ?tg P K K Q e X q ??∑?=∑ kvar 视在功率S 22Q P S += kV A Pe ——用电设备组的设备功率，kW ； K X ——需要系数；（需要系数是一个综合系数，它标志着用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组设备功率之比。） tgφ——用电设备功率因数角的正切值； K Σp ——有功功率同时系数，一般取0.8~1.0；
晶闸管TSC的触发电路 1. 介绍晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求 晶闸管投切电容器组的关键技术是必须做到电流无冲击。晶闸管投切电容器组的机理如图一所示，信息请登陆:输配电设备网 当电路的谐振次数n为2、3时，其值很大。 式(2)的第三项给出当触发角偏离最佳点时的振荡电流的幅值;式(2)中的第二项给出当偏离最佳予充电值时振荡电流的幅值。若使电容器电流ic=C*du/dt=0，则du/dt=0，即晶闸管必须在电源电压的正或负峰值触发导通投切电容器组，电容器预充电到峰值电压。 触发电路的功能是：电流无冲击触发;快速投切，20ms的动作。这个20ms不是得到投切命令到产生动作的时间，而是从停止到再投入动作的时间为20ms。快速反应时，在平衡补偿电路，不能出现不平衡动作，即有的相有电流，有的没有。
1. 两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题 从同步信号的采集上，有两类晶闸管触发电路。一类为从电网电压取得同步信号，一类为从晶闸管两端取得同步信号。 从电网电压取得同步信号的电路框图如图二：信息来源:https://www.doczj.com/doc/371049191.html, 电路中包括同步变压器、同步信号处理电路和功率驱动电路、脉冲变压器隔离电路等。当得到触发命令后，在投切点产生触发脉冲列，经过脉冲变压器的隔离,推动晶闸管。同步信号处理电路有滤波处理功能，可以是CMOS等的电子电路组成，也可以是单片机、GAL电路等。电路中包括相序错判断功能。信息来自:输配电设备网 从电网电压取得同步信号的优点为在主回路没有送电时，给触发命令，可以测量晶闸管的触发脉冲幅度和相位，在主回路得电后，给触发命令，可以放心, TSC为正确的投入工作。对于TSC电路中的两只晶闸管+一只二极管的“2+1”电路、两只晶闸管+两只二极管的“2+2”电路、三只晶闸管+三只二极管的“3+3”电路,电容器有二极管预充电, 电容器上一直存在直流电压,晶闸管的交直流电压不变,电网电压取得同步信号触发适合。缺点为电路复杂，对于400V小容量的TSC电路造价高。如果TSC全部采用晶闸管不用二极管，由于晶闸管两端的电压随着电容器放电电压的减少逐渐小，意味着触发点在变动，上述电路不能跟随变化触发点，所以不适应了。信 图二: 电网电压取得同步信号的触发电路 从晶闸管两端取得过零信号比较困难,过零触发要求电压高时截止，电压最低低时导通触发。几乎找不出什么元件是这种特性.如稳压管,电压低截止，电压高维持电压不变.不满足要求。 目前，从晶闸管两端取得过零信号的典型触发电路是MOC3083,它的框图如图三：信 图三：MOC3083电路图 MOC3083芯片内部有过零触发判断电路，它是为220V电网电压设计的，芯片的双向可控硅耐压800V，在4、6两端电压低于12V时如果有输入触发电流，内部的双向可控硅就导通。 用在380V电网的TSC电路上要串联几只3083。在2控3的TSC电路应用如图四：
实验四-单相交直交变频电路的性能研究
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北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） 姓名/学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期：2014-2015学年第一学期 实验四单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 4 5 L1 G3VT3 3 E3 VT4 C G4 E2 图2—8 单相交直交变频电路 G11 E1 G2 2 VT1 VT2
晶闸管投切电容器触发器的技术参数和标准 关键词:晶闸管投切电容器触发器 TSC 电容器谐波对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。 随着TSC补偿装置结构形式、电压等级、晶闸管结构、选取同步触发的信号等的不同，触发器也有所不同。好的TSC触发器保证了TSC装置可靠运行，欠缺的TSC触发器，使得整套TSC装置工作不正常。 下面谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器需要注意的技术性能参数要求、标准。 1.专业术语定义： 1.1 电网同步电压信号：触发器的同步电压信号取自电网电压。 1.2 晶闸管过零同步信号：触发器的同步电压信号取自晶闸管的阴极、阳极。 1.3 晶闸管触发电流变化率：指的是晶闸管触发电流的陡度，1us上升的触发电流mA数值。一般>40mA/us。 1.4 触发脉冲宽度（us）：触发电流上升到10％和下降到10％的时间，单位us.一般>50us。 1.5 晶闸管触发电流强度（mA）:一般为晶闸管触发电流的5～7 倍，>500mA。 1.6 脉冲列触发：TSC的晶闸管触发电流不是单脉冲或双脉冲，而是一串脉冲，脉冲串的宽度可以是120 、180 、甚至是360 。 1.7 擎住电流：门极触发电流的平台。要求有一个“肩膀”；“肩膀”越高，即“擎住电流”峰值越大，晶闸管就越能保证导通；“肩膀”越宽，即“擎住电流”有效值越大，晶闸管就越能保证导通。 1.8 触发器的绝缘水平：指触发器能够耐住的电压水平，指的是触发器的输出端电网侧的高电位和触发器的输入低电位之间可承受的电压水平。 1.9 TSC触发器动作时间（ms）：指的是TSC从停止到再触发的时间，快速的触发器为20ms。不是TSC得到命令到动作的时间。
宁波广播电视大学 机械设计制造及其自动化专业 《机电接口技术》 课程设计 题目晶闸管触发驱动电路设计 姓名张晋远学号1533101200119 指导教师李亚峰 学校宁波广播电视大学 日期2017 年 4 月20 摘要 晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电流），完成此任务的就是触发电路。本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。有阻容移相桥触发电路、正弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成
UAA4002、KJ006触发电路。包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。 关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ006； abstract Thyristor is a kind of switch components, can work under high voltage, high current conditions, in order to control thyristor conduction, must be between control level to the cathode with appropriate trigger signal (voltage and current), complete the task is to trigger circuit. This topic in view of the thyristor trigger circuit design, the main part of the circuit by the trigger circuit, communication circuit, synchronous circuit and other circuit link. There is a blocking phase bridge trigger circuit, the sine wave synchronous trigger circuit, the single crystal trigger circuit, the integrated UAA4002, the KJ006 trigger circuit. This includes the working principle of the circuit and the circuit working procedure and the calculation of the relevant parameters. Keywords: thyristor; Trigger circuit; Pulse; KJ006; 目录 第一章绪论 1.1设计背景与意义…………………………………… 1.2 晶闸管的现实应用……………………………………
电力电子技术 课程设计(论文) 单相交-直-交变频实验装置 院（系）名称电子与信息工程学院 专业班级 学号 学生 指导教师 起止时间：2014.12.15—2014.12.26
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程
摘要 随着科学技术的进步，电力电子技术取得了迅速的的发展，改变着我国工业的整体面貌，在现代化建设中发挥着越来越重要的作用。其中，单相交-直-交变频技术也得到了越来越多的重视。其在工业生产、生活娱乐和仪器应用等方面有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的属于电网互联，将分布式发电技术发出的电变成负载可以使用的交流电或与大电网电压、频率相匹配的工频交流电。可见，研究交—直—交变频系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。 本次设计研究的单相交-直-交变频实验装置可分为主电路和控制电路两部分。其中，主电路包括整流电路、逆变电路和滤波电路三部分。整流电路采用不可控的二极管单相桥式整流电路；逆变电路采用IGBT组成的单相全桥逆变电路；滤波电路采用电容滤波，输出合适频率的正弦交流电。而控制电路由控制电路、驱动电路和保护电路组成。其中，控制电路以ICL8038为核心，生成两路PWM控制信号；驱动电路采用三菱公司生产的M57862L集成驱动器；用双D触发器CD4013构成保护电路。 根据以上电路组合设计，经过Multisim软件进行电路仿真，可以基本满足本次设计任务的要求，且电路比较可靠。 关键词：整流；逆变；IGBT；PWM控制
目录 第1章第1章绪论 (1) 1.1 电力电子技术发展概况 (1) 1.2 本文研究容 (1) 第2章单相交-直-交变频电路设计 (3) 2.1 单相交-直-交变频电路总体设计方案 (3) 2.1.1 方案论证与选择 (3) 2.1.2 整体方案框图 (3) 2.2 具体电路设计 (4) 2.2.1 整流电路设计 (4) 2.2.2 逆变电路设计 (6) 2.2.3 控制电路设计 (7) 2.2.4 驱动电路与保护电路设计 (10) 2.3 元器件型号选择 (11) 第3章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
单向/双向可控硅触发电路设计原理 1，可以用直流触发可控硅装置。 2，电压有效值等于U等于开方{（电流有效值除以2派的值乘以SIN二倍电阻）加上(派减去电阻的差除以派）}。 3,电流等于电压除以（电压波形的非正弦波幅值半波整流的两倍值）。 4，回答完毕。 触摸式台灯的控制原理 这种台灯的主要优点是没有开关，使用时通过人体触摸，完成开启、调光、关闭动作，给使用带来方便。 一、电路设计原理 人体感应的信号加在电源电路可控硅的触发极，使电路导通，并给负载——灯泡或灯管供电，使灯按弱光、中光、强光、关闭4个状态动作，达到调光的目的。电路见图1，该电路的关键器件是采用CMOS工艺制造的集成电路BA210l。 二、降压稳压电路 由R3、VDl、VD4、C4组成。输出9V直流电，供给BA2101，由③⑦脚引入。 三、触发电路 由触发电极M将人体的感应信号，经c3、R8、R7送至④脚的sP端，经处理后，由⑥脚输出触发信号，经cl、R1加至可控硅VS的G极，VS导通，电灯H点亮。第二次触摸，可改变触发脉冲前沿的到达时间，而使电灯亮度改变。反复触摸，可按弱光、中光、强光和关闭四个动作状态循环，达到调节亮度的目的。可控硅VS在动作中其导通角分别为120度、86度、17度。 四、辅助电路 VD2和vD3为保护集成电路而设。防止触摸信号过大而遭破坏。C3为隔离安全电容。R4为取得同步交流信号而设。R5为外接振荡电阻。 五、使用中经常出现的故障 (1)由震动引发的故障。触摸只需轻轻触及即可。但在家庭使用中触击的强度因人而异，小孩去触摸可能是重重的一拳。性格刚烈的人去触摸，可能引起剧烈震动。因此经常出现灯泡断丝。 (2)集成块焊脚由震动而产生脱焊。如③脚脱焊，使电源切断而停止工作；④、⑥脚脱焊，使触摸信号中断，都会引起灯泡不亮。因此要检查集成块各脚是否脱焊。 (3)可控硅VS一般采用MAC94A4型双向可控硅，由于反复触发，或意外大信号触发，会引起可控硅击穿而停止工作。 触摸式台灯的控制原理 这种台灯的主要优点是没有开关，使用时通过人体触摸，完成开启、调光、关闭动作，给使用带来方便。 一、电路设计原理 人体感应的信号加在电源电路可控硅的触发极，使电路导通，并给负载——灯泡或灯管供电，使灯按弱光、中光、强光、关闭4个状态动作，达到调光的目的。电路见图1，该电路的关键器件是采用CMOS工艺制造的集成电路BA210l。 二、降压稳压电路 由R3、VDl、VD4、C4组成。输出9V直流电，供给BA2101，由③⑦脚引入。 三、触发电路 由触发电极M将人体的感应信号，经c3、R8、R7送至④脚的sP端，经处理后，由⑥脚输出触发信号，
谈晶闸管投切电容器TSC的触发电路 摘要：该文介绍了晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求，分析了两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题，指出了一种新型的从主回路晶闸管获取晶闸管电压过零信号的电路框图，以该电路支撑产生一系列触发电路，取得了优秀的触发效果。 关键词： 晶闸管投切电容器TSC, 触发电路 [ Abstract ] This article introduces theprinciple of the thyristor switched capacitor and the requirementfor a fast zero trigger. We analyzed two types oftrigger circuits for thyristor, presenting their characteristics aswell as the problems that exist. We plotted an circuit framediagram for a newly designed mechanism of acquiring the zerothyristor voltage signal from the thyristor in the main closedcircuit. Based on this circuit, a series of trigger circuits weregenerated and excellent trigger effects were achieved. Keyword: Thyristor Switched Capacitor (TSC),trigger circuit 前言：在快速无功补偿和谐波滤波装置中，要用晶闸管作为执行元件投切电容器，做为TSC电路，前文分析了三种TSC的主电路。执行元件晶闸管根据应用场合的不同，有饼式的、模块的和双向可控硅的不同结构型式。针对不同的主回路和不同的晶闸管型式,触发电路也不同。TSC要求在晶闸管电压过零点触发，确定晶闸管电压过零点的方法有两种，一种是从电网电压取得同步信号，一种是从晶闸管的阳极和阴极取得过零信号。 本文分析现存的各种触发电路的特点，由此推出一种新型的从主回路晶闸管上获取晶闸管电压过零信号的电路，以该电路支撑产生一系列触发电路，取得了优秀的触发效果。首先： 1. 介绍晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求 晶闸管投切电容器组的关键技术是必须做到电流无冲击。晶闸管投切电容器组的机理如图一所示，
摘要 为了控制晶闸管的导通，必须在控制级至阴极之间加上适当的触发信号（电压及电
流），完成此任务的就是触发电路。 本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分由触发电路，交流电路，同步电路等电路环节组成。有阻容移相桥触发电路、正弦波同步触发电路、单结晶体触发电路、集成UAA4002、KJ004触发电路。包括电路的工作原理和电路工作过程以及针对相关参数的计算。 关键词：晶闸管；触发电路；脉冲；KJ004
目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (1) 2.1 概述 (1) 2.2 系统组成整体结构 (2) 2.3 设计方案 (2) 第3章电路设计 (4) 3.1 UAA4002集成芯片构成的触发器 (4) 3.2 阻容移相桥触发电路 (5) 3.3正弦波同步触发电路 (6) 3.4单结晶体管触发电路 (8) 3.5集成KJ004触发电路 (9) 第4章课程设计总结 (12) 参考文献 (14)
绪论晶闸管是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器，以前被简称为可控硅。在电力二极管开始得到应用后不久，1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出世界上第一只晶闸管产品，并在1958年达到商业化。由于其开通时刻可以控制，而且各方面性能均明显胜过以前的汞弧整流器，因而立即受到普遍欢迎，从此开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术革命。自20世纪80年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件取代，但是由于其所能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。 20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入一个崭新时代。门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管就是全控型电力电子器件的典型代表。晶闸管的种类较多，有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、直流开关晶闸管（即门级可关断晶闸管）、寄生晶闸管（即功率场效应管IGBT）、无控制极晶闸管等。 晶闸管在电力电子技术上有很广泛的应用，整流电路（交流变直流）、逆变电路（直流变交流）、交频电路（交流变交流）、斩波电路（直流变直流），此外，还可用作无触点开关。 又晶闸管是半控型器件，因此在控制极和阴极间的触发信号是必不可少的。而触发电路的作用是产生符合要求的门级触发脉冲，保证在需要是晶闸管立即由阻断状态变为导通状态。广义上讲，触发电路包括对其触发时刻进行控制的相位控制环节、放大和输出环节。而触发电路的形成又有许多种形式。 本课程设计研究的是基于螺旋式晶闸管KP50的触发电路。 课程设计的方案 概述要使晶闸管开始导通，必须施加触发脉冲，在晶闸管触发电路中必须有触 发电路，触发电路性能的好坏直接影响晶闸管电路工作的可靠性，也影响系统的控制精度，正确设计触发电路是晶闸管电路应用的重要环节。
附件1： 基础强化训练 题目单相交直交变频电路性能研究 学院自动化学院 专业 班级 姓名 指导教师 2012 年7 月10 日
1 总体原理图 (4) 1.1方框图 (4) 1.2电路原理图 (4) 1.2.1 主回路电路原理图 (4) 1.2.2 整流电路 (4) 1.2.3 滤波电路 (5) 1.2.4 逆变电路 (6) 2 电路组成 (8) 2.1控制电路 (8) 2.2驱动电路 (9) 2.3主电路 (10) 3 仿真结果 (11) 3.1仿真环境 (11) 3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11) 3.3具体仿真结果 (14) 3.3.1仿真电路图 (14) 3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15) 3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16) 4 小结心得 (18) 5 参考文献 (19)
基础强化训练任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 单相交直交变频电路性能研究 初始条件： 输入为单相交流电源，有效值220V。 要求完成的主要任务: （1）掌握单相交直交变频电路的原理； （2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真； （3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表 参考文献： [1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业 出版社，2011 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
1 总体原理图 1.1 方框图 图1 总体方框图 1.2 电路原理图 1.2.1 主回路电路原理图 图2 主回路原理图 如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。 1.2.2 整流电路 整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分，变压器设置与否视具体情况而定。 变压器的作用是实现交
北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） 姓名/学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期：2014-2015学年第一学期 实验四单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 图2—8 单相交直交变频电路
绪论 电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在用电负荷和电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。无功功率反映了内部与外部往返交换能量的情况，它并不像有功功率那样表示单位时间所做的平均功率，但是它和有功功率一样是维护电力系统稳定，保证电能质量和安全运行必不可少的。 如果电网中的无功功率不足，致使用电设备没有足够的无功功率来建立和维持正常的电磁场，就会造成设备的端电压下降，不能保证电力设备在额定的技术参数下工作，从而影响用电设备的正常工作。具体表现在以下三方面：（1）降低有功功率，使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。在额定电压和额定电流下，由 P=Ulcos?,若功率因数降低，则有功功率随之降低，是设备容量不能充分利用。 （2）增加输、配线电路中的有功功率和电能损耗。设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，是线路中的有功功率损耗增加。 （3）是线路的电压损失增加。使负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，从而严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。特别是在用电高峰季节，功率因数太低，会出现大面积的电压偏低。
基于上述情况，在电力系统中经常要进行无功补偿。无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功功率和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿和分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的作用具体体现在以下四方面： (1)提高电压质量配电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。由于越靠近线路末端，线路的电抗 X 越大，因此，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。 (2)降低电能损耗安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功功率 P 为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cos?提高到cos咖,因为P=Ulcos?负荷电流I与cos?成反比，又由于P=I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cos?升高，负荷电流I降低，即电流I降低线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cos?时，电网元件中 功率损耗将增加的百分数为△ P L %，计算公式如下： △ P L % = (1/ cos2?-1 ) *100% (3)提高发供电设备运行效率 1)在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功 率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率△P可由下式计算，其 中P1 为补偿前的有功功率 △ P=P-P二S* ( COS&COS? ) 2)如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，所需配电变压器容量厶S
精心整理 TSC 的触发电路 1.介绍晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求 晶闸管投切电容器组的关键技术是必须做到电流无冲击。晶闸管投切电容器组的机理如图一所示，信息请登陆:输配电设备网 当电路的谐振次数n 为2、3时，其值很大。 式(2)的第三项给出当触发角偏离最佳点时的振荡电流的幅值;式(2)中的第二项给出当偏离最佳予充电值时振荡电流的幅值。若使电容器电流ic=C*du/dt=0，则du/dt=0，即晶闸管必须在电源电压的正或负峰值触发导通投切电容器组，电容器预充电到峰值电压。 1. 当得到TSC 电管+高。如果 MOC3083芯片内部有过零触发判断电路，它是为220V 电网电压设计的，芯片的双向可控硅耐压800V ，在4、6两端电压低于12V 时如果有输入触发电流，内部的双向可控硅就导通。 用在380V 电网的TSC 电路上要串联几只3083。在2控3的TSC 电路应用如图四： 图四2控3的TSC 电路 用2对晶闸管开关控制3相电路，电路简单了，控制机理复杂了。这种触发电路随机给触发命令要出现下面的许多麻烦问题。 快速动作时,有触发命令，一对晶闸管导通另一对晶闸管不通电压反而升高了，限于篇幅和重点,本文不分析为什么电压反而高了,只是从测量的2控3电路中看到了确实存在电压升高的现象和危险,这种现象如同倍压整流电路直流电压升高了一样。图五测量不正常工作的两对晶闸管的电压波形。此试验晶闸管存在高压击穿的可能，所以用调压器将电网电压调低。晶闸管导通时两端电压
为零，不导通，晶闸管有电容器的直流电压和电网的交流电压。测量C相停止时峰峰值电压为540V,其有效值=,图中C相升高的电压峰值为810V,升高电压约为电网电压有效值的倍数:。推算，400V 电压下工作，晶闸管有可能承受的电压，400V电网的TSC电路多数是采用模块式的晶闸管，模块的耐压不高，常规为1800V，升高的管压降很容易击穿晶闸管元件。信息请登陆:输配电设备网图五不正常的两对晶闸管的电压波形信息来自:输配电设备网*在晶闸管电压波形过零点，串联的MOC3083由于分压不均匀，使得3083有的导通有的停止。电网电压升高时，原先导通的依然导通，不同的要承受更高的电压，3083有可能击穿。信息请登陆:输配电设备网 *在初次投切时有一定的冲击。下面是国外着名产品的首次投切的电流波形。 图六:国外公司产品的第一次触发冲击波形 记录C相晶闸管两端电压，A相电流。电流投切冲击很大，使得电网电压都产生了变形。信息来自: * * * * 3. 努力， 源: 切停止后，电容器上有电网峰值电压，晶闸管在电网电压和电容器直流电压的合成下，存在着过零电压，在过零点触发晶闸管是理想状态，应该没有冲击电流。 新触发电路达到了快速20ms动作，两路晶闸管都动作，无电流冲击，晶闸管在停止时的承受电压低，最大为3倍的有效值电压。 用双踪示波器测试波形.一只表笔测量晶闸管两端的电压和另一只测量晶闸管的电流波形，这样，可以看出晶闸管是否在过零点投入，又可以看出投入时的电流冲击。由于使用两个开关控制三相电路，用双踪示波器分别测量两路的电压电流，就可以完整的观察到触发器运行的效果。A探头为电压，B探头为电流。 图十二为：连续投切的A相晶闸管电压和C相电流的动作波形。 横轴为时间200ms/格，纵轴电压500V/格，电流20A/格。可控硅工作时两端的电压零，线路中有电流，停止时可控硅两端有电压，电流为零。在连续动作中，电流没有冲击。
单相交直交变频电路的性能研究 一、交直交变频器发展概况 变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。 二、实验目的和要求 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用、工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、阻感负载时的工作情况及其波形作全面，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 三、实验原理及波形 如下图所示，总体设计方案由整流电路、滤波、逆变电路等组成。市电经整流电路变直流电，直流电经滤波电路进行平滑滤波，再输入逆变电路，变为频率和电压均可调的交流电。 单相交直交变频电路由两部分组成，交流电源转化为直流是整流环节，选用了不可控的整流二极管电路，直流电源侧则选用电容和电感来滤波，能够获得比较平直的直流电压。这个环节结构相对简单、运行可靠，性能也符合设计的需求。直流转化为交流即是逆变部分，选用了单相桥式逆变电路，PWM控制，输出电压的大小及频率均可通过PWM控制进行调节。由于中间直流环节为电容滤波，因此选用电压型逆变电路。
摘要 近些年来，随着现代电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。变频调速技术的迅速发展被越来越多的应用于电机控制领域中，是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，以及广泛的适用范围和调速时因转差功率不变而无附加能量损失等优点而被国内外公认为是最有发展前途的高效调速方式。所以，对交—直—交变频调速系统的基本工作原理和特性的研究是十分有积极意义的。 本文研究了变频调速系统的基本组成部分，主回路主要有三部分组成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动的“滤波回路”，也是储能回路；将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。以Matlab/Simulink为仿真工具，搭建交—直—交变频调速系统的仿真模型，并对仿真结果进行分析研究。通过仿真试验对该交—直—交变频调速系统的基本工作原理、工作特性及作用有更深的认识，也对谐波对于交—直—交变频调速系统的影响有了一定的了解。 第一章绪论 1.1 交流调速技术发展概况 在很长的一个历史时期内，直流调速系统以其所具有优良的静、动态性能指标垄断调速传动应用领域。但是随着生产技术的不断发展，直流电机的缺点逐步显示出来，由于机械式换向器的存在使直流电机的维护工作量增加并限制了电机容量、电压、电流和转速的上限值，加之故障率高、效率低、成本高、使用环境受限等缺点，使其在一些大容量的调速领域中无法应用。 而异步电动机特别是鼠笼异步电动机，容量、电压、电流和转速的上限，不像直流电动机那样受限制。而且异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其
双向可控硅及其触发电路 双向可控硅是一种功率半导体器件，也称双向晶闸管，在单片机控制系统中，可作为功率驱动器件，由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。（过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通，由于采用过零触发，因此需要正弦交流电过零检测电路） 双向可控硅分为三象限、四象限可控硅，四象限可控硅其导通条件如下图： 总的来说导通的条件就是：G极与T1之间存在一个足够的电压时并能够提供足够的导通电流就可以使可控硅导通，这个电压可以是正、负，和T1、T2之间的电流方向也没有关系。因为双向可控硅可以双向导通，所以没有正极负极，但是有T1、T2之分 再看看BT134-600E的简介：（飞利浦公司的，双向四象限可控硅，最大电流4A）
推荐电路： 为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，且触发脉冲电压应大于4V ，脉冲宽度应大于20us.图中BT 为变压器，TPL521 - 2 为光电耦合器，起隔离作用。当正弦交流电压接近零时，光电耦合器的两个发光二极管截止，三极管T1基极的偏置电阻电位使之导通，产生负脉冲信号，T1的输出端接到单片机80C51 的外部中断0 的输入引脚，以引起中断。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后发出双向可控硅的同步触发信号。过零检测电路A、B 两点电压输出波形如图2 所示。
可控硅触发电路必须满足的三个主要条件 一、可控硅触发电路的触发脉冲信号应有足够的功率和宽度 为了使所有的元件在各种可能的工作条件下均能可靠的触发，可控硅触发电路所送出的触发电压和电流，必须大于元件门极规定的触发电压UGT与触发电流IGT的最大值，并且留有足够的余量。另外，由于可控硅的触发是有一个过程的，也就是可控硅触发电路的导通需要一定的时间，不是一触即通，只有当可控硅的阳极电流即主回路电流上升到可控硅的擎住电流IL以上时，管子才能导通，所以触发脉冲信号应有一定的宽度才能保证被触发的可控硅可靠导通。例如：一般可控硅的导通时间在6μs左右，故触发脉冲的宽度至少在6μs以上，一般取20～50μs，对于大电感负载，由于电流上升较慢，触发脉冲宽度还应加大，否则脉冲终止时主回路电流还未上升到可控硅的擎任电流以上，则可控硅又重新关断，所以脉冲宽度下应小于300μs，通常取1ms，相当广50Hz正弦波的18°电角度。 二、触发脉冲的型式要有助于可控硅触发电路导通时间的一致性 对于可控硅串并联电路，要求并联或者串联的元件要同一时刻导通，使两个管子中流过的电流及或承受的电压及相同。否则，由于元件特性的分散性，在并联电路中使导通较早的元件超出允许范围，在串联电路中使导通较晚的元件超出允许范围而被损坏，所以，针对上述问题，通常采取强触发措施，使并联或者串联的可控硅尽量在同一时间内导通。 三、触发电路的触发脉冲要有足够的移相范围并且要与主回路电源同步 为了保证可控硅变流装置能在给定的控制范围内工作，必须使触发脉冲能在相应的范围内进行移相。同时，无论是在可控整流、有源逆变还是在交流调压的触发电路中，为了使每—周波重复在相同位置上触发可控硅，触发信号必须与电源同步，即触发信号要与主回路电源保持固定的相位关系。否则，触发电路就不能对主回路的输出电压Ud进行准确的控制。逆变运行时甚至会造成短路事故，而同步是由相主回路接在同一个电源上的同步变压器输出的同步信号来实现的。 可控硅（晶闸管）的交流调压原理 一、双向可控硅交流调压原理 一只双向可控硅的工作原理，可等效两只同型号的单向可控硅互相反向并联，然后串联在调压电路中实现其可控硅交流调压的。为５０Ｈｚ交流电的电压波形。在０～ａ′时间内，ＳＣＲ１因控制极Ｇ无正脉冲信号而正向阻断，而ＳＣＲ２则反向不导通。在ａ′～?π时间内，ＳＣＲ１控制极Ｇ受触发脉冲触发而导通. 将可控硅在正向阳极电压作用下不导通的范围称为控制角，用字母ａ表示，而导通范围称为导通角，用字母θ表示。显然控制角ａ的大小，可改变正负半周波形切割面积的大小。当ａ越小被切割的波形面积越小，输出交流电压的平均值越大。相反，当ａ角越大，被切割的波形面积越大，输出交流电压的平均值越小。 二、单向可控硅交流调压原理 ５０Ｈｚ交流电压通过四个二极管组成的单向器，将５０Ｈｚ正负半波变换为相对应时刻的单向电压，再用一只单向可控硅来实现交流调压。 可控硅的工作电流就等于Ｉ，在实际应用中ＳＣＲ的工作电流一般取１～１．５Ｉ。由于采用了单向器，所以ＳＣＲ不承受反向电压，为了防止单向器二极管击穿短路而损坏可控硅，实际应用时ＳＣＲ反向工作电压仍应取≥４００Ｖ。 双向可控硅交流稳压器电路