用集成触发电路触发的三相桥式全控整流电路设计.docx

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1、用集成触发电路触发的三相桥式全控整流电路设计摘要对于整流电路的研究，主要表达在触发电路的研究上。本文在深入理解三相桥式整流电路工作原理的根底上，设计了一种新式的三相桥式整流电路的触发电路，更好的实现了整流的功能。触发电路设计方面分析了KC04,KC41,KC42,3DK6,3DG27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KC41和KC42之间的关系。关键词：整流电路，触发电路，移相触发脉冲Usingintegratedcircuittriggertriggerofthree-phasefull-bridgecontrolledrectif

2、iercircuitdesignABSTRACTFortheresearchoftherectifiercircuit,mainlyembodiesintheresearchoftriggercircuit.Basedoninunderstandingthebasisoftheprinciple,thepaperdesignanew-styletriggercircuitofthethree-phasebridgerectifiercircuit,thebettertoachieverectificationfunction.TriggercircuitdesignoftheKC04,KC41

3、,KC42,3DK6,3DG27andotherintegratedcircuitsconsistingoftheworkingprincipleofeachfunctionalmodule,whichanalyzestheKC04realizationofwide,narrowpulseprincipleoftwomodesandKC41andKC42relationship.KEYWORDS:：Rectifiercircuit,Triggercircuit,Changeappearancetriggerpulse目录摘要IABSTRACTI目录I1绪论02主电路设计及原理02.1总体框架图

4、02. 2三相桥式全控整流电路的原理12 .2.1三相全控桥的工作特点23 .2.2阻感负载时的波形分析23晶闸管33. 1晶闸管的结构33. 2晶闸管的工作原理34触发电路设计44. 1集成触发电路44 .2KJ004的工作原理45 .3集成触发器电路图54. 4KC04移相触发器54. 5同步电压为锯齿波的触发电路6同步环节6锯齿波形成及脉冲移相环节6脉冲形成、放大和输出环节6双脉冲形成环节6强触发及脉冲封锁环节7特点75保护电路的设计75.1 晶闸管的保护电路75.2 交流侧保护电路85.3 直流侧阻容保护电路86结论86.1 国际技术和市场形势分析86.2中国集成电路产业继续突围开展的

5、根本要领9致谢10参考文献10附录总电路图11附录2三相桥式全控整流电路图11附录3三相桥式全控整流电路正弦波图11附录3三相桥式全控整流电路正弦波图111绪论整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，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

6、的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压Ul,变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载1如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢

7、线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。2主电路设计及原理2.1总体框架图图2-1总体框架图2.2三相桥式全控整流电路的原理一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。(1)2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同1相器件。(2)对触发脉冲的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60o02)共阴极组VT1、VT3

8、、VT5的脉冲依次差120。，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120oO3)同一相的上下两个桥臂，即VTl与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180。(3)Ud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。(4)需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发(常用)(5)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。三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。6

9、个晶闸管导通的顺序是按VT6-VTlfVTl-VT2-VT2-VT3-VT3-VT4-VT4-VT5-VT5-VT6依此循环，每隔60有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为60。三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的a900,使Ud为负值。图2-2三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电

10、路原理图2-3三相桥式全控整流电路带电动机（阻感）负载原理图1.2.1 三相全控桥的工作特点2个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。对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3VT5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VTl与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180。Ud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。（4）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。2.

11、 2.2阻感负载时的波形分析三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，因为带反电动势阻感负载的情况，与带阻感负载的情况根本相同。当60时，Ud波形连续，电路的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。区别在于负载不同时，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，电阻负载时Ud波形与id的波形形状一样。而阻感负载时，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。图2-4和图2-5分别给出了三相桥式全

12、控整流电路带阻感负载力。和a=30的波形。图2-4中除给出Ud波形和id波形外，还给出了晶闸管VTI电流iVTl的波形，可与带电阻负载时的情况进行比拟。由波形图可见，在晶闸管VTI导通段，iVTl波形由负载电流id波形决定，和Ud波形不同。图2-5中除给出Ud波形和id波形外，还给出了变压器二次侧a相电流ia的波形，在此不做具体分析。图2-4触发角为0时的波形图图2-5触发角为30时的波形图当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Ud波形不会出现负的局部，而阻感负载时，由于电感1.的作用，Ud波形会出现负的局部。图2-6给出了a=90时的波形。假设电感1.值足够大，Ud中正负

13、面积将根本相等，Ud平均值近似为零。这说明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的CI角移相范围为90。图2-6触发角为90。时的波形图3晶闸管2.1 晶闸管的结构晶闸管是一种4层功率半导体器件，具有3个PN结，其内部的构造、外形和电路符号如图3T所示。其中，最外层的P区和N区分别引出两个电极，称为阳极A和阴极K,中间的P区引出控制极（或称门极）。图3T晶闸管的结构3. 2晶闸管的工作原理晶闸管组成的实际电路如图3-2所示图3-2晶闸管组成的实际电路为了说明晶闸管的工作原理，可将其看成NPN和PNP两个三极管相连，用三极管的符号来表示晶闸管的等效电路，如图3-3所示。图3-3晶闸管的等效电路其工

14、作过程如图3-4所示。当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UZ而控制极K不加电压时，中间的PN结处于反向偏置，管子不导通，处于关断状态。图3-4晶闸管的伏安特性当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UA,且控制极G和阴极K之间也加正向电压UG时，外层靠下的PN结处于导通状态。假设V2管的基极电流为IB2,那么集电极电流Ic2为B2Ib2,Vl管的基极电流IBI等于Vz管的集电极电流，因而V2的集电极电流ICI为B1B2如，该电流又作为V2管的基极电流，再一次进行上述的放大过程，形成正反应。在很短的时间（一般几微秒）两只二极管均进入饱和状态，使晶闸管完全导通。当晶闸管完全导通后，控制极就失去了

15、控制作用，管子依靠内部的正反应始终维持导通状态。此对管子压降很小，一般为0.6-1.2V,电源电压几乎全部加在负载电阻R,晶闸管中有电流流过，可达几十至几千安。要想关断晶闸管，必须将阳极电流减小到不能维持正反应过程，当然也可以将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极之间加一反向电压。综上所述，可得如下结论：晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件:阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压（实际工作中，控制极加正触发脉冲信号）。晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小到零或使之反向。4触发电路设计控制晶闸管的导通需要触发脉冲，常用的触发电路有单结晶体管触发电路，设计利用KJ004构成的集成触发器实现产生同步信号为锯齿波的触发电路。3.1 集成触发电路本系统中选择模拟集成触发电路KJ004,KJ004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅的双路脉冲移相触发。KJO（M器件输出两路相差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。KJ004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低，有