锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

1 1 设计要求

设计锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路。

输入：三相交流电压380V，50Hz

输出：直流220V，I116A

移相控制电压： -15V～15V。

移相范围： 60°～90°。

输入控制电压： 0-15V。

脉冲封锁信号： 5V。

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。

锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

2 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。

锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

3 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。 锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

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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锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

5 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°的波形。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°时情况 锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

6 图3-4 三相桥式相控整流电路带大电感负载α=90°时情况

=30时的工作情况：

从t1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。 锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

7 ≤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=3×2U2,而线电压uAB超前于相电压uA300，在3内积分，上、下限为32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90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90~0。

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120换流一次，即在电流连续的情况下，每个晶闸管为导通角120T。困此流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为 323222cos34.2cos63)(sin631UUwttdUudcos34.22ddddRURUI3锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

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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120，故变压器二次电流有效值为

晶闸管承受的最大电压为26U

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。 dddTdTIIII313601202dddTTIIII577.031232035222)()(21)(21wtdIwtdI　IddddII816.032锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路

9 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。