相位控制型整流器.ppt

第4章 相位控制型整流器,4.1 可控整流电路,4.1.1 单相半波可控整流电路 1.电阻性负载 电阻负载单相半波可控整流电路如图 4-1 所示。图中VT是晶闸管，u2是电源电压瞬时值，i2是电流瞬时值，ud是负载电压瞬时值，id是负载电流瞬时值，Ud是负载电压平均值，Id是负载电流平均值，uVT是晶闸管压降瞬时值。,图 4-1 电阻负载单相半波可控整流电路及工作波形,1)工作过程 在电源电压u2正半周内，晶闸管承受正向阳极电压，但是,t时，由于未加门极触发信号，所以，晶闸管不能导通。在t=处，加入控制电压ug，晶闸管触发导通，电压u2加在负载两端(忽略uVT)，电流流过负载，如图 4-1(d)所示。当u2过零变负时，晶闸管因流过它的电流小于维持电流而关断。在u2负半周内，晶闸管承受反向阳极电压，不管门极有无触发信号，都不会导通，负载Rd上的电压、电流均为零。,t=t2时，加入触发电压ug，晶闸管导通。如果触发信号周期地加到门极，负载就可得到一连串单向脉动电压ud和电流id，波形如图 4-1(d)所示。如果忽略晶闸管的压降，则VT导通时uVT=0,VT截止时，uVT=u2，uVT的波形如图 4-1(e)所示。,图中称为控制角，它是指晶闸管开始承受正向电压到触发脉冲加入之间的电角度。称为导通角，它是指一个周期内晶闸管导通的电角度。改变加入触发信号ug的时刻，控制角便随之改变，这叫做触发信号移相。,2)输出电压电流与控制角的关系(1)负载电压平均值Ud、负载电流平均值Id与的关系。由波形图可以看出，负载电压平均值Ud为：,由于负载是电阻性的，所以输出电流平均值为：,图 4-2 电压比、电流比和cos 与的关系,不难看出，Ud、Id随控制角而变，越大，Ud、Id越小；反之，Ud、Id增大；当=0时，Ud=0.45U2，当=时，Ud、Id为零。不同时，负载电压平均值与电源电压有效值的比值Ud/U2如图 4-2 中的曲线所示。如果控制角已经确定，则可方便地从图 4-2 找出Ud/U2；若已知Ud，便可求出U2；若已知U2，也可求出Ud。若U2、Ud都已知，即可按下式求出：,(2)负载电压有效值U、负载电流有效值I与的关系。负载电压有效值为：,负载电流有效值为：,I与Id的比值为：,3)功率因数cos 与的关系 电源供给的有功功率与电源的视在功率之比，叫做功率因数，用cos 表示。电源的视在功率为：S=U2I2=U2I 电源供给的有功功率为：P=UI 因此，,4)晶闸管的选择 由波形图可以看出，晶闸管正、反向阻断时，承受的电压最大值就是U2的峰值，即。考虑安全系数，晶闸管额定电压应选为：,晶闸管的额定电流应为=0时负载电流平均值Id0的 1.52倍，即IN=(1.52)Id0。,例：电源电压为 220 V、电阻性负载的单相半波可控整流电路，要求输出电压平均值为 24 V，最大输出直流电流为 10 A。试计算晶闸管的控制角、电流有效值I、功率因数cos，并选用合适的晶闸管。,2.电感性负载 在有些应用中，整流电路的负载既有电阻，又有电感。当负载的感抗L与电阻Rd相比不可忽略时，负载即为电感性。整流器输出端接的平波电抗器、电机的励磁线圈等就是电感性负载。电感负载单相半波可控整流电路如图 4-3(a)所示。,在电源电压u2正半周t=处，晶闸管触发导通，忽略晶闸管的压降，输出电压的有效值Ud为：,即,该方程的解为：,式中，负载阻抗，阻抗角，常数A可根据起始条件(t=时i=0)求出。,当t=时，负载电流i=0，即：,可见，给定、R、L时，即为确定值。,负载电流的波形如图 4-3(d)所示，该电流由两个分量组成。由于负载电感的作用，晶闸管导通后，电流id只能从零开始逐渐增大，此时，电源供给的能量，一部分消耗在电阻R上，一部分贮存在电感中。当电源电压u2下降过零变负时，电流id逐渐减小，电感上产生左“-”右“+”的感应电势，阻碍电流id减小。只要 eLu2，晶闸管就仍然维持导通状态，这时，电感释放的能量，一部分消耗在电阻上，一部分送回电源，负载电压瞬时值ud出现负值，如图 4-3(e)所示。t=时，u2与eL数值接近(方向相反)，阳极电流Ia小于维持电流IH，晶闸管关断，并立刻承受反向电压，如图 4-3(f)所示。,图 4-3 电感负载单相半波可控,由波形图可以看出，由于负载电感的作用，导通角增大了0导通角与负载阻抗角有密切的关系，在负载电阻R一定的条件下，值越大，表示电感L越大，电源电压上升时，L贮存的能量越多，因而，电源电压下降时，维持晶闸管导通的时间越长，即越大。也受的影响，一般来说，越小，越大。由于负载电感的存在，晶闸管的导通角增大，负载电压出现负值，因而负载电压平均值Ud降低。为了防止输出电压出现负值，可在负载两端并联一只二极管VD，如图 4-4 所示。,图 4-4 带续流二极管的单相半波整流电路及 工作波形可控整流电路及工作波形,加续流二极管后，输出电压不再出现负值，从而提高了平均电压Ud。输出电压ud的波形与电阻负载时相同，负载电流的波形与电阻性负载时差别很大，晶闸管导通时，负载电流ID由电源提供；续流二极管导通时，id由自感电势提供，如图 4-4(f)、(g)所示。若负载的感抗LdRd，id的脉动很小，波形趋于一条直线。在大电感负载整流电路中，触发信号要有一定的宽度，以免晶闸管触发后，阳极电流尚未达到掣住电流，触发信号就消失，使晶闸管又恢复阻断状态。,单相半波可控整流电路的优点是电路简单，调整方便；缺点是输出电压低，脉动大，输入端不接电源变压器时，交流回路中有直流电流流过，造成电网损耗增大。使用电源变压器时，次级电流的直流分量使铁芯磁化，变压器利用率降低。所以，这种电路只适用于小容量整流器。,4.1.2 单相半控桥式整流电路 单相半控桥式整流电路如图 4-5 所示，它由两个晶闸管、两个二极管和负载组成。VT1与VD2组成一个桥臂，VT2与VD1组成另一个桥臂。,图 4-5 单相半控桥式整流电路及工作波形,1.电阻性负载 1)工作过程 当电源电压u2的a端为正、b端为负时，晶闸管VT1与二极管VD2承受正向电压。在t=时，VT1触发导通，电流id经a点VT1RdVD2回到u2。u2过零时，VT1因通过它的电流小于IH而关断。当u2的b端为正、a端为负时，VT2与VD1承受正向电压。在t=+时，VT2触发导通，电流由b点VT2RdVD1回到u2，当u2再次过零时，VT2因电流小于IH而关断。ud、id波形如图 4-5(b)所示。,晶闸管VT1两端电压uVT1的波形如图 4-5(c)所示。在0之间，VT1和VD2承受正向电压，VD2导通，uVD2=0，所以uVT1=u2;在之间，VT1导通，uVT1=0;在+之间，输出电压ud=0，d点和c点同电位，二极管VD1两端电压uVD1=0,a点与c点同电位，因此a点与d点同电位，即uVT1=0；在+到2之间，VT2导通，b点与d点同电位，因此uVT1=u2。,2)平均值、有效值与控制角的关系(1)输出电压和电流的平均值与的关系：,(2)输出电压和电流有效值与的关系：,(3)通过晶闸管和二极管的电流有效值与的关系：,=0时，Ud=0.9U2，=时，Ud=0，该电路的移相范围为0180。,(4)功率因数cos 与的关系：,2.电感性负载 电感性负载单相半控桥式整流电路和波形，如 图 4-6 所示。假定 LdRd，输出电流id的波形为一条直线，还假定电路工作已稳定。,图 4-6 电感负载单相半控桥式整流电路及工作波形,在u2正半周内，晶闸管VT1与二极管VD2承受正向电压。当t=时，VT1导通。当u2过零变负时，电感产生的自感电动势使VT1继续导通，但是，这时，VD2截止，VD1导通，电流流过Ld、Rd、VD1、VT1。VT1与VD1起续流作用，输出电压等于VT1与VD1两管的通态压降，近似为零。,在u2负半周内，VT2与VD1承受正向电压。在t=+时，VT2触发导通，VT1因承受反向电压而关断。电流流经VT2、负载、VD1。当u2过零变为正时，VD2导通，VD1截止，VT2、VD2续流，输出电压近似为零。输出电压波形与电阻性负载时完全相同，所以，可用同一公式计算。移相范围也是0180。输出电流是稳定直流，iVT1、iVT2、iVD1、iVD2的波形都是宽度相等的方波，晶闸管和二极管承受的最高电压仍为 U2。,为了避免出现失控现象，通常在输出端并联一个续流二极管VD3，如图 4-7(a)所示。续流期间，负载电流流过VD3，晶闸管因阳极电流小于维持电流而关断，输出电压、电流波形如图 4-7(b)所示。,图 4-7 带续流二极管的桥式整流电路及工作波形,3.反电势负载 蓄电池和直流电动机为整流电路的反电势负载。负载为蓄电池时，整流电路及其输出电压电流波形如图 4-8 所示。,图 4-8 反电势负载单相半控桥式整流电路及工作波形,如果电源电压u2和反电势E已定，u2小于E时，晶闸管不导通，停止导电角可由下式求出：,当时，输出电压平均值为：,当时，因为u2E，在t=处加入触发脉冲，晶闸管不能立刻导通。为了保证触发，触发脉冲要有较大的宽度，此时，输出电压平均值为：,4.1.3 三相半波可控整流电路 三相半波可控整流电路如图 4-9(a)所示，它由晶闸管VT1、VT2、VT3、负载和电源变压器组成。三个晶闸管的阴极接在一起，这种接法叫做共阴极接法(三个晶闸管的阳极接在一起时，叫共阳极接法)。图 4-9(b)中，1、2、3点是相邻两相电压的交点，是不可控整流电路的换相点，称为自然换相点。对三相可控整流电路来说，自然换相点就是控制角的零点。,1.工作过程 1)=0时 触发信号在自然换相点加入，三个晶闸管按VT1、VT2、VT3的顺序依次导通、关断。在t1t2期间，a相电压最高，VT1触发导通，VT3因承受反压而关断，负载得到a相电压。在t2t3期间，b相电压最高，VT2触发导通，VT1关断，负载得到b相电压。在t3t4期间，c相电压最高，VT3触发导通，VT2关断，负载得到c相电压。依此类推，每个管子在一个周期内导通 120，负载电压ud在一个周期内脉动三次。,电流id的波形与电压波形相同，如图 4-9(d)所示。晶闸管VT1两端电压uVT1的波形如图 4-9(f)所示，VT1导通期间，uVT1=0，VT2导通期间，uVT1=uab，VT3导通期间，uVT1=uac。流过VT1的电流iVT1的波形如图 4-9(e)所示，显然IVT1=Id/3。,图 4-9 三相半波可控整流电路及=0时的波形,2)030时 每个晶闸管仍然导通 120，负载电压波形连续。图 4-10是=30时整流电路的波形。从图中可以看出，在t0点，VT1虽承受正向电压，但因没有触发信号而不能导通。在t1点，VT1触发导通，VT3因承受反向电压而关断。同理，在t2点，VT2触发导通，VT1关断。在t3点，VT3触发导通，VT2关断。如此循环，在负载上可得到连续脉动的直流电压ud，如图 4-10(c)所示。,3)30150时 30时，电压ud波形间断。=30是输出电压ud连续与断续的临界角。图 4-11 是=60时整流电路的波形。在t0点后，a相电压虽然最高，但无发触发信号，VT1不能导通，ud为零。在t1时，VT1触发导通，到t2时，VT1自行关断。t3时，VT2导通，依此类推，负载上得到断续的电压波形，如图 4-11(c)所示。,晶闸管VT1两端电压uVT1的波形如图 4-11(e)所示。VT1导通期间，uVT1=0；VT2导通期间，uVT1=uab；VT3导通期间，uVT1=uac；三只晶闸管均不导通时，ud=0，在电路图中，d点与 0 点同电位，因此，uVT1=ua。,图 4-10=30时的波形,图 4-11=60时的波形,2.输出电压和电流的平均值与的关系 由于每个晶闸管的导电情况完全相同，所以整流电压平均值可通过计算某一相电压在一个脉动期的平均值求得。30时，,30时，,由该式可以看出，=5/6 时，Ud=0，因此，的移相范围为 150。当为不同数值时，根据负载电压平均值，即可求出相应的负载电流平均值Id：,在每个周期中，三只晶闸管交替工作，因此，流过每只晶闸管的电流应为负载电流的三分之一，即：,三个晶闸管都不导通时，每个管子上承受的电压是相电压；某个管子导通时，另外两个管子承受的最高电压为峰值线电压 U2。晶闸管的额定值应为：,当很大时，流过晶闸管的电流有效值IVT远远大于电流平均值IdVT，因此，选择元件时，应首先计算电流有效值，然后再换算为=0时的电流平均值，即：,4.1.4 三相半控桥式整流电路 为了提高输出电压，改善输出电压波形，并保证三相电网平衡，大功率整流装置一般都采用图 4-12(a)所示的三相半控桥式整流电路。它实际上由三相半波可控整流电路和三相半波不控整流电路串联而成。对共阳极组的VD4、VD6、VD2来说，阳极电位相同，阴极电位最低的二极管导通；对共阴极组的VT1、VT3、VT5来说，阴极电位相同，阳极电位最高且加有触发信号的晶闸管导通。负载电流总是通过一个晶闸管和一个二极管。,图 4-12 三相半控桥式整流电路及=0时的波形,1.工作过程 1)=0时 为了讨论方便，我们把一个周期分成六段，根据共阴极组晶闸管与共阳极组二极管的导通原则，一个周期内，它们的导通顺序和输出电压为：,区 间(1)(2)(3)(4)(5)(6)导通的晶闸管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 导通的二极管 VD6 VD2 VD2 VD4 VD4 VD6 输出电压 uab uac ubc uba uca ucb,2)60时 当由0向60变化时，输出电压ud的波形由六个完全对称的波头变成六个不对称的波头。=60时，变成三个对称连续的波头。图4-13 为=30时，输出电压的波形。,图 4-13=30时的波形,3)60时 当控制角60时，整流电路输出电压波形间断。图 4-14 是=90时的波形。在t1，VT1触发导通，负载电压为uac。在t2，线电压uac过零，VT1关断，VT3因没有触发信号而不能导通。输出电压为零，在t3，VT3触发导通，输出电压为uba。VT3一直导通到uba过零，其余类推。,图 4-14=90时的波形,2.输出电压、电流的平均值与的关系 为了计算输出电压平均值，我们将输出电压波形向右移动/6，VT1导通时，输出电压波形如图 4-15 所示，。,图 4-15 VT1导通时输出电压波形,经过简单的积分运算，可得出：,4.1.5 三相全控桥式整流电路 三相全控桥式整流电路，如图 4-16 所示。VT1、VT3、VT5为共阴极组，VT4、VT6、VT2为共阳极组。共阴极中相电压最高、共阳极组中相电压最低、且加有触发信号的两个晶闸管导通。,图 4-16 三相全控整流电路及=0时的波形,1.工作过程 1)=0时=0时电路的波形如图 4-16 所示。在 t1t2期间，a相电压最高，b相电压最低，晶闸管VT1、VT6承受正向电压，在t1点，触发VT1、VT6，输出电压为uab。在t2t3期间，a相电压最高，c相电压最低。在t2时，VT1、VT2触发导通，VT6因承受反向电压而关断，负载电压为uac。t3t4期间，VT3、VT2导通，ud为ubc。t4t5期间，ud为uba。t5t6期间，ud为uca。t6t7期间，ud为uab。,由以上分析可知，在全控桥电路中，要构成负载电流通路，必须同时有两只晶闸管导通，因此，必须给承受正向电压的两只晶闸管同时加入触发信号。为此，可以采用双脉冲触发信号，如图 4-17 所示。,图 4-17 脉冲触发信号,2)=60时=60时，输出电压波形如图 4-18 所示。应当注意，在三相全控桥整流电路中，任意瞬间，哪两只晶闸管导通，不仅决定于那两只管子承受正向电压，还决定于那两只管子得到触发脉冲。3)=90时=90时，输出电压ud的波形如图 4-19 所示。在t1，给VT1、VT6加入触发脉冲，VT1和VT6导通，输出电压ud=uab，在t1处，uab=0，VT1和VT6自然关断，ud=0。,图 4-18=60时三相全控整流电路工作波形,图 4-18=60时三相全控整流电路工作波形,图 4-19=90时三相全控整流电路工作波形,2.输出电压、电流的平均值与的关系60时，根据图 4-20 所示的波形可知：,60时，根据图 4-21 所示的波形可知：,输出平均电流,图 4-20 60时输出电压波形,图 4-21 60 时输出电压波形,4.2 触 发 电 路,单结晶体管触发电路 1.单结晶体管 1)单结晶体管的结构 单结晶体管的结构如图 4-22 所示。图中N型硅片与P型硅片之间形成PN结，N型硅片上焊有两块陶瓷片，在N型硅片与陶瓷片之间引出第一基极b1和第二基极b2，在P型硅片上引出发射极e。由于这种器件只有一个PN结，所以通常称为单结晶体管，由于它有两个基极，所以也称为双基极二极管。,图 4-22 单结管的结构和符号,2)单结管的特性 单结管特性的实验电路如图 4-23(a)所示。开关S打开时，b1,b2两端电压Ubb为零，e与b1构成普通二极管。Ue与Ie关系曲线与普通二极管的伏安特性曲线一样。合上S后，Ubb加到b1,b2之间(Ue=0)，经Rb1与Rb2分压，A点与b1之间的电压为：,图 4-23 单结管特性实验电路及特性曲线,2.单结管张弛振荡器 1)工作过程 单结管张弛振荡器电路如图 4-24(a)所示。接通电源后，电源E经电阻Re给电容C充电，C上电压uC(=ue)按指数规律逐渐上升。充电时间常数充为ReC。uC小于峰点电压UP时，单结管截止；uC达到UP时，单结管导通，工作于负阻区，电容C经Rb1、R1迅速放电。放电时间常数放为(Rb1+R1)C。当uC降低到谷点电压UV时，发射极电流Ie小于谷点电流IV，单结管迅速截止，uR1消失。,图 4-24 单结管张弛振荡器及其工作波形,2)振荡频率 由于电容C的充电时间常数充远大于放电时间常数放，计算振荡周期时，可忽略C的放电时间，因此，振荡周期T就等于电容两端电压uC从零上升到峰点电压UP的时间。已知:,因为单结管导通前，内阻较大，故流过电阻Rbb、R1和R2的电流很小，可认为UbbE，所以,UP=Ubb+UVD=E+UVDE,当t=T时，uC=UP时，即：,故振荡频率f为：,3)输出脉冲的宽度和幅度电容C放电时，uC从UP按指数规律下降，即：,当uC下降到谷点电压UV时，单结管截止，输出脉冲消失，因此电容C的放电时间t放(即输出脉冲的宽度)等于uC从UP下降到UV所需的时间，即：,因此，输出脉冲宽度t放为：,单结管导通后，等效二极管VD和电阻Rb1上的压降相当小，输出脉冲电压Ug的幅值为：Ug=UP,4)元件的作用与选择 Re：Re是限流电阻。当单结管发射极电压Ue上升到峰点电压UP时，通过电阻Re的电流大于IP，单结管才能导通。因此，Re要满足关系式：,即：,当Ue下降到谷点电压UV时，Ie要小于IV，单结管才能截止。因此，Re还要满足关系式：,即：,因此，Re应按下式选择：,3.单结晶体管触发电路 单结管触发电路由同步电压形成电路、移相控制电路、脉冲形成和输出电路三部分组成，如图 4-25(a)所示。1)同步电压形成电路 变压器次级电压经不可控桥式整流电路整流后，变为脉动直流电压，再经稳压管削波稳压，得到梯形波同步电压uT。uT除了作同步电压外，还作单结管的电源电压。,图 4-25 单结管触发电路及其波形,图 4-25 单结管触发电路及其波形,2)移相控制回路 移相电路由电阻Re和电容C组成。改变Re的阻值，C的充电电流变化，uC上升到UP的时间改变，因而触发脉冲的相位改变。3)脉冲形成和输出电路 脉冲形成由单结管张弛振荡器完成。在该电路中，触发脉冲直接由R1两端输出。但是，为了避免高压主回路与低压触发电路直接相连，通常用脉冲变压器代替R1。,晶体管触发电路 1.正弦波电压同步的晶体管触发电路 最基本的正弦波同步晶体管触发电路由同步电压产生电路、移相控制电路、脉冲形成电路和输出电路组成，如图 4-26 所示。,图 4-26 正弦波电压同步触发电路及其波形,1)同步电压产生电路 该电路由同步变压器Tr、电容器C1、电阻R1、R2组成。2)移相控制电路 正弦波同步电压uT与数值可调的直流控制电压Uy叠加后，加到晶体管V1的发射结。,3)脉冲信号形成和输出电路 t1点后，uTUy，V1的基极电位高于发射极电位，V1由导通变为截止，其集电极电位突跳到-E，电源E通过V2的发射结和R3给电容C2充电。,在实际应用中，有时为了提高触发电路输出脉冲前沿的陡度，脉冲形成和输出电路常常采用单稳态电路，如图 4-27 所示。单稳态电路在电子电路课程中已详细分析，这里不再介绍。,图 4-27 带阻容正反馈的正弦波同步触发电路,正弦波同步触发电路的主要优点是整流器的输出电压Ud与控制电压Uy保持线性关系，因而，输出电压的调整大为简化。但是，在该电路中，当电源电压波动较大时，uT与Uy没有交点，因而触发电路不产生脉冲，造成整流工作混乱。另外，该电路受电网电压波形畸变的影响较大，因此，同步电压输入端通常应加入RC滤波电路。,2.锯齿波电压同步的晶体管触发电路 锯齿波电压同步的触发电路，通常都由锯齿波电压产生电路、移相控制电路、脉冲形成和输出电路等部分组成，如图 4-28 所示。移相控制电路、脉冲形成与输出电路同正弦波同步的触发电路基本相同，这里不再重复，下面着重分析同步电压产生电路。,图 4-28 锯齿波电压同步的晶体管触发电路,图 4-29 锯齿波电压发生器及其波形,4.2.3 集成触发器TCA785 应用 1.概述 TCA785能够输出两路相位差 180的触发脉冲，并且触发脉冲可在 0180之间任意移动，可用来触发晶闸管、双向晶闸管和晶体管，在各种整流设备中有极其广泛的应用。该触发器采用双列直插C16 封装，管脚排列如图 4-30 所示。管脚功能如下：,图 4-30 TCA785管脚排列,1 脚GND：接地脚；2 脚Q2：输出 2 的反相端；3 脚Qu：输出U；4 脚Q1：输出 1 的反相端；5 脚VSYNC：同步电压输入端；6 脚I：封锁端；7 脚QZ：Z输出端；8 脚Vref：基准电压；9 脚R9：外接锯齿波斜率调整电阻；10 脚C10：外接锯齿波斜率调整电容；11 脚VF：移相控制电压；,12 脚C12：外接脉宽调整电容；13 脚L：宽脉冲控制端；14 脚Q1：输出 1；15 脚Q2：输出 2；16 脚VCC：外接电源电压。,2.基本工作原理 TCA785内部主要由过零检测电路、同步寄存器、基准电压、锯齿波产生电路、放电监控比较器、移相比较器、定时控制与脉宽控制电路、逻辑运算电路等部分组成，如图 4-31 所示。,图 4-31 TCA785内部框图,TCA785内部的同步寄存器和逻辑运算电路均由基准电压源供电。基准电压的稳定性对整个电路的性能有很大影响。该电路中，基准电压的典型值为 3.1 V，通过第8脚可测量基准电压是否正常。,锯齿波产生电路主要由内部的恒流源、放电晶体管和外接的R9、C10等组成，恒流源的输出电流由电阻R9决定，该电流对电容C10充电。由于充电电流恒定，所以C10两端可形成线性度极佳的锯齿波电压。定时控制电路输出脉冲加到放电晶体管的基极。该输出脉冲为低电平时，放电管截止，恒流源对C10充电。定时电路输出脉冲为高电平时，放电管导通，C10通过放电管放电。由于定时控制电路输出脉冲的频率为同步信号频率的两倍，所以同步信号每经过半个周期，C10两端就产生一个锯齿波电压，波形如图 4-32 所示。,图 4-32 TCA785各管脚的波形,3.实际应用电路 由TCA785、J555 等组成的晶闸管厚膜触发电路如图 4-33 所示。,图 4-33 TCA785组成的晶闸管厚膜触发电路,图 4-34 触发电路各点波形,各点电压波形如图 4-34 所示。该电路的主要电参数如下：电源电压VCC：+15 V5%电源电流ICC：10 mA同步电压：任意同步输入电流：500 A移相范围：0180脉冲列频率：710 kHz,锯齿波电压幅度：10 V输出脉冲宽度：550 s输出脉冲幅度：12 V输出脉冲前沿上升时间：1 s最大输出电流：800 mA允许工作温度：-10+70,4.3 DZ603系列通信用晶闸管整流器,主要技术指标和主要组成部分 DZ603系列晶闸管整流器具有自动稳压和稳流功能。它对通信设备供电时，可以自动稳定输出电压，对蓄电池组充电时，可以自动稳定充电电流。一旦自动调整系统出现故障，它还可手动调整输出电压和电流。,1.主要技术指标 当整流器由 380 V、50 Hz三相正弦交流电供电时，可满足以下技术指标：1)稳压偏差值(稳压精度)当电源电压在额定值的 80%110%之间、负载电流在额定值的 10%100%之间变化时，整流器输出电压在稳压工作范围内(2428 V或 5871 V)任意数值上，稳压偏差值不超过2%。,2)稳流偏差值(稳流精度)当电源电压在额定值的 90%110%之间、输出电压在稳流工作电压范围内变化时，整流器在稳流工作范围内的任意数值上，稳流偏差值不超过5%。,3)杂音电压 当整流器工作于稳压状态且输入和输出电压均为额定值时，用杂音计在电阻性负载两端测得的杂音电压应满足以下要求：24 V整流器 小于 24 mV 60 V整流器 小于 50 mV,4)过压、过流保护 当输出电压超过最高输出电压 10%或输出电流超过额定电流 10%时，整流器能自动停机，并发出告警信号。5)稳压限流 整流器工作于稳压状态时，一旦输出电流超过额定值的5%，该装置能自动降低输出电压，把输出电流限制在额定值的105%以下。,2.主要组成部分 DZ603系列整流器主要由三相电源变压器、三相半波桥式整流电路、滤波电路、自动调整回路、手动调整回路、移相脉冲发生器等部分组成，如图 4-35 所示。,图 4-35 DZ603晶闸管整流器方框图,主回路工作原理 DZ603晶闸管整流器的主回路由三相电源变压器、三相半控桥式整流器和T型滤波器等部分组成，简化电路如图 4-36 所示。,图 4-36 DZ603晶闸管整流器主回路简化电路,1.主回路的作用 主回路的作用是将 380 V、50 Hz的三相交流电变成直流电。主回路由三相电源变压器、三相半控桥式整流电路和滤波电路组成。端子板J1接用电装置，J2接三相交流电源。,2.各元、部件的作用(1)交流接触器C(4)主接点：三相交流电源开关，其通断由电磁铁控制。(2)主熔断器RDZ1(5)、RDZ2(6)、RDZ3(7)：交流侧保护。(3)信号熔断器RDX1(9)、RDX2(10)、RDX3(11)：与主熔断器并接，随主熔断器熔断而熔断，从而接通告警电路。(4)电源变压器BZ(16)：将 380 V电压变为所需要的交流电压。,(5)三相半控桥式整流电路：把交流电变成脉动直流电。(6)T型滤波器：由平波电抗器(扼流圈)KL1(24)、KL2(25)和电解电容器C26(169)(若干个电容器并联)组成。作用是滤除谐波成分，抑制电流变化率，使输出电压脉动减小。整流器与蓄电池浮充供电时，输出杂音电压大大降低。(7)直流互感器HZ1(162)、HZ2(163)：作用是检测输出电流的变化，为自动稳流和过流保护电路提供信号。,(8)电压表V(2)：与整流器输出端并接，测量输出电压。(9)电流表A(1)：与整流器输出端串接，测量输出电流。(10)泄放电阻R42(168)：停机后，C26经R42放电，释放能量。,调整系统工作原理 调整系统的重要组成部分是移相脉冲发生器。为了控制三只晶闸管，必须有三组移相脉冲发生器。它们的实际电路完全相同，只是同步电压的相位不同。下面以A相正弦交流电压同步的移相脉冲发生器(即触发电路)为例，说明其基本工作原理。,1.移相脉冲发生器 1)基本工作原理 DZ603系列整流器触发电路如图 4-37(a)所示。它由锯齿波发生器、移相控制电路和脉冲形成电路三部分组成。锯齿波发生器实质上是电容滤波单相半波整流电路。交流同步电压由电力变压器BZ的辅助绕组供给。在交流电压正半周(极性如图中所示)的 0/2内，二极管VD8导通，电容C6充电。C6的端电压逐渐上升，t=/2以后，VD8因承受反向电压而截止，C6经R14放电，这样，在R14两端即可得到近似锯齿波的同步电压uT。uT的波形如图 4-37(b)所示。,图 4-37 DZ603整流器的触发电路及其波形,移相控制电路由晶体管V3、控制电压uK等部分组成。在 0t1之间，同步电压uT小于直流控制电压UK，V3因发射结反向偏置而截止，uce3-E。在t1t2之间，uTUK，V3导通，uce30。由波形图可以看出，改变UK的大小，可以改变V3由导通转变为截止的时刻，这样通过脉冲形成电路即可改变输出触发脉冲的相位。,2)移相脉冲发生器的触发方式 如前所述，在带续流二极管的电感负载三相半控桥式整流电路中，触发脉冲的移相范围为 0180。如图 4-38 所示，与A相电源相连的晶闸管导通的范围是t1t3，与B相电源相连的晶闸管导通的范围是t2t5，与C相电源相连的晶闸管导通的范围是 t4t6。,图 4-38 触发电路移相范围与电源电压的关系,2.手动调整回路 手动调整回路的电路如图 4-39 所示，它由移相脉冲发生器和辅助电源Z20、Z21等组成。手动调整回路的工作原理是：调整面板上的手动调整旋钮，改变Rt3的阻值，使控制电压UK随之改变，从而使触发脉冲的相位改变，晶闸管的导通角改变，达到调整输出电压(电流)的目的。,图 4-39 手动调整回路简化电路,3.自动调整回路 实际工作中，电网电压和负载的瞬时变化，往往使整流器输出电压忽高忽低，负载电流时大时小。若电压、电流的变化超出允许范围，通信质量就要受到严重影响。这种变化很难用手动调整电路来调整。因此，整流器一般都工作于自动调整状态。,1)自动稳压调整回路 自动稳压调整回路控制部分电路如图 4-40 所示。由图看出，当整流器输出电压Ud变化时，取样电压Uy变化，Uy与基准电压UD比较，其差值使V9的基极电流Ib9变化，IC9变化，UK(URt3)变化，移相脉冲Ug的相位改变，从而使主回路晶闸管的导通角变化，最终使输出电压稳定。,图 4-40 自动稳压调整回路简化电路,2)自动稳流调整回路 自动稳流控制电路如图 4-41所示。自动稳流系统与自动稳压系统相比，只是取样电路不同。自动稳流系统的取样电路由直流互感器HZ2(163)、变压器BD2(116)、整流桥VD24(161)、扼流圈KL6(159)、滤波电容C24(160)和电位器Rt3(157)、Rt9(158)组成。HZ2检测出电流Id的变化，经过BD2、Z24将输出电流变化转换为电压变化，在Rt8、Rt9上得到取样电压Uy。,图 4-41 自动稳流调整回路简化电路,3)稳压限流调整回路 整流器工作于自动稳压状态时，若输出电流超过额定值，也会损坏整流元件。为了防止稳压工作时输出电流过大，本机设置了稳压限流电路，如图 4-42 所示。,图 4-42 稳压限流电路简图,信号保护电路工作原理 过电压和过电流对整流设备危害很大，为了避免过压过流，可以加入过压过流保护电路、阻容吸收电路和快速熔断器。下面着重介绍过压过流保护电路。1.过流保护电路 过流保护电路如图 4-43所示。取样电路由互感器HZ1、变压器BD2、整流桥V2、平波电抗器KL4、滤波电容C2和电位器Rt2组成。Rt2上的过流保护取样电压加在张弛振荡器的输入端，经二极管Z4、电阻R6给电容C3充电。,图 4-43 信号保护电路,2.过压保护电路 过压保护电路除取样电路外，与过流保护电路完全相同，如图 4-43 所示。过压取样电路由Rt1、R5组成。Rt1两端电压经二极管Z3、电阻R6对C3充电。当整流器输出电压超过额定值的 10%时，C3上的电压升到峰点电压UP，单结管V1导通，BP1次级输出触发脉冲，产生与过流保护相同的一系列动作。,3.事故信号保护电路 RDX1RDX7为信号熔断器。它们分别接在整流器的输入端、辅助电源的输入端和电压取样回路中。当整流器出现短路故障时，信号熔断器几乎与主熔断器同时熔断。除RDX6外，任何一个信号熔断器熔断后，都使继电器JZ1闭合。,常闭接点 310 断开，使接触器C(4)释放，切断三相交流电源，自动关机；常开接点 29 闭合，红色事故信号灯XD1亮；常开接点 712 闭合，使“J3”端子板上的 712 闭合，接通机外告警电路，发出告警信号。RDX6熔断后，切断了启动电路和信号电路的交流电源，C(4)释放，切断三相交流电源，自动关机；其信号接点接通机外告警电路，发出声、光告警信号。发现告警信号时，应首先排除机器故障，再换上新的(或修好的)熔断器，红色信号灯熄灭，铃声消失，机器才能再投入运行。,4.一般保护措施 在整流器的输入端接有快速熔断器RDZ1RDZ3，在整流器输出端接有R43和C25组成的阻容吸收电路，这些也是保护整流器的有效措施。快速熔断器也可与每个整流元件串接。阻容吸收电路还可与晶闸管并接，吸收浪涌电压，保护整流元件；输出端接平波电抗器，可限制电流上升率，起到过流保护作用。,开机和停机电路工作原理 1.开机延时电路 DZ603系列整流器工作于自动调整状态时，开机后如果立即接通比较器的基准电源和主回路晶闸管的门极电路，就会产生过载现象(自动停机，黄色过载信号灯XD2亮)。其原因是：(1)开机时阻尼电容充电电流很大，充电路径为Z21(+)V9发射结C20、C22(C19、C21)R38(R37)Rt4Rt3VD21(-)，此电流就是V9的基极电流。,(2)开机瞬间，整流器输出电压为零，取样电压也为零，标准量源电压(8 V)单独加到误差放大器V9的发射极和基极之间。开机延时简化电路如图 4-44 所示。,图 4-44 开机和关机延时简化电路,如图 4-45 所示，JZ3动作之前，虽然VD21对振荡阻尼电路电容C20、C22(C19、C21)的充电电流仍能使V9饱和导通，但是，因为JZ3的 29 接点未闭合，触发信号不能加到主回路晶闸管门极，Vg1、Vg2、Vg3不导通，也就不可能产生开机超调现象。,图 4-45 开机延时电路的作用,2.停机电路 按下停机按钮AN1，晶闸管Vg4因阳极电压瞬时短路而关断，JZ2、JZ4释放，JZ4的常开接点 1112 断开，切断主回路晶闸管的门极信号，Vg1、Vg2、Vg3关断。JZ2的常开接点 310 断开，交流接触器C(4)释放，切断三相交流电源，绿色工作信号灯XD3熄灭，整流器停机。,使用维护注意事项(1)开机前，应把KW1、KW2置于所需位置，各调整电位器逆时针旋转到头(或接近到头)，以免开机时产生冲击电压、电流。开机后，再将输出电压和电流调整到所需数值。(2)输出电压低于 56 V、22 V、11 V(分别对应于 60 V、24 V、12 V整流器)时，不允许满载工作。因为，晶闸管全导通时，整流器输出最高电压和额定电流。降低输出电压，就意味着减小晶闸管的导通角。导通角较小时，若输出满载电流，那么通过晶闸管的峰值电流和有效值电流势必增大很多，这样，易损坏整流元件。,(3)整流器运行中，若发现红色事故灯亮，应立刻检查，找出原因，排除故障，方可再次开机。若不检查处理就继续开机，可能损坏其他元件。(4)整流器对通信设备通常都采用浮充供电。这样，可利用蓄电池的滤波作用，降低输出杂音电压。整流器单独供电时，为了保证通信质量，一般要附加滤波电路。,(5)锯齿波产生电路的电阻R14、R19和R24以及过流、过压保护电路的电位器，出厂时均已调整好，一般不许随便调整。更换主回路晶闸管后，应适当调整相应的电位器。其方法是：在更换的晶闸管两端接上示波器或三用表，把相应的电位器逆时针旋转到头(阻值最大)，然后顺时针转动，直到晶闸管能正常导通时，再稍微旋转一点即可。,(6)本机适合在环境温度 040、相对湿度小于 85%、海拔 1 000 m以下、无腐蚀性气体的室内使用。(7)本机在运行中，有关元