电子课件-《电力电子技术》-B02-2107 项目二 直流调速装置电路

项目二 直流调速装置电路
锯齿波触发电路的工作波形图
项目二 直流调速装置电路
同步环节 在锯齿波同步的触发电路中，触发电路与主电路的同步 是指要求锯齿波的频率与主电路电源频率相同且相位关系确 定。 在三相桥式全控整流电路中，器件的导通顺序为 VT1— VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，彼此间隔 60°，相邻器件 成双导通。
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触发脉冲与主电路的同步
项目二 直流调速装置电路
触发脉冲与主电路的同步
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触发脉冲与主电路的同步
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同步信号电压 us 与主电压 ua 的对应关系 ａ) 正弦波移相 ( NPN 管) ｂ) 正弦波移相 ( PNP 管) ｃ) 锯齿波移相 ( NPN 管) ｄ) 锯齿波移相 ( PNP 管)
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三相全控桥式整流电路 α ＝ 0°时的晶闸管触发脉冲波形
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４. 三相全控桥式整流电路的输出电压是 6 个不同线电压 的组合，当 α ＝ 0° 时，输出电压为三相线电压的正向包络 线，整流电压在一个周期内脉动 6 次，脉动频率为 6 × 50 Hz ＝300 Hz。三相全控桥式整流电路的控制角 α 仍从自然换 相点算起。
１. 掌握直流电动机的三种调速方法以及直流电动 机正反转的方法。 ２. 掌握直流调速装置的结构与工作原理，能够对 直流调速装置进行调试与维修。
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任务描述
本任务的主要内容就是学习直流调速的基本概念 和基本原理，并完整直流调速装置的接线、调试和检 修。
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相关知识
项目二 直流调速装置电路 ２. KC04 集成芯片电路组成
KC04 电路原理图
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四、集成触发电路
KC41C 与三块 KC04 可组成三相全控桥双脉冲触发电路。
三相全控桥双脉冲触发电路
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KC41C电路各点电压波形
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任务 ３ 直流调速装置的接线、调试与检修 学习目标
三相半波可控整流电路接电感性负载及 α ＝ 60°时波形图 ａ) 电路图 ｂ) 波形图
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二、三相全控桥式整流电路
三相全控桥式整流电路的输出电压脉动较小，易滤波， 控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相全控桥式 整流电路。
三相全控桥式整流电路
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三、KC04 集成芯片
集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调 试方便。
１. KC04 集成芯片各引脚定义 如图所示为 KC04 集成芯片封装图。
KC04集成芯片封装图
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1 脚：脉冲输出 ( 在同步电压正半周) 。 3 脚和 4 脚：接电容形成锯齿波。 5 脚：电源 ( 负) 。 7 脚：接地 ( 零电位) 。 8 脚：接同步电压输入。 9 脚：移相信号控制端。 11 脚与 12 脚：接电容，控制 V7 产生脉冲。 15 脚：脉冲输出 ( 在同步电压负半周) 。 16 脚：＋ 15 V 电源。
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任务描述
本任务将学习三相半波可控整流电路、三相全控 桥式整流电路和三相半控桥式整流电路的基本工作原 理和特点，并完成相关电路的安装、调试与维修。
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相关知识 一、三相半波可控整流电路
１. 电阻性负载 晶闸管整流电路的换流点不一定在自然换流点 上，而取决于触发脉冲的相位控制角 α。在下图 b 中，相电压的交点处 ωt1 、ωt2 和 ωt3 是各相晶闸 管能触发导通的最早时刻，所以将其作为计算各晶 闸管触发角 α 的起点，即 α ＝ 0°，这个交点叫自 然换相点。
ud ＝ 1.17u2 cosα 当 α ＝ 0°时，输出电压最大，Ud ＝ 1.17 U2 。 (２) 当 α > 30°时：
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项目二 直流调速装置电路 ２. 电感性负载 当三相半波可控整流电路的负载为大电感时，由于 L 值 很大，整流电流基本是持续平直的。如图所示为三相半波可 控整流电路接电感性负载及 α ＝ 60°时波形图。
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三相半波可控共阴极整流电路接电阻性负载，α ＝ 0°时电路及波形
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三相半波可控整流电路 α ＝ 30°时波形图
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三相半波可控整流电路 α ＝ 60°时波形图
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输出电压平均值的计算分为两种情况： (１) 当 α ≤ 30°时：
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六个触发器的连接顺序图
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二、触发电路与主电路的同步
１. 同步的概念 正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号 电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。 每一个触发电路的同步信号电压 us 与被触发晶闸管的阳 极电压之间的相位关系，取决于主电路的不同形式、不同的 触发电路、负载性质以及不同的移相要求。
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二、直流电动机的正、反转
改变电动机转向的方法有两种：一是将励磁绕组反接； 二是将电枢绕组反接。
他励电动机正、反转的原理电路
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三、认识直流调速装置
１. 电路组成 调速装置主电路采用三相全控桥式整流电路，使用交流 电流互感器检测负载电流。
DSC － 32 型晶闸管直流调压、调速实训装置
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４. 三相半控桥式整流电路带大电感负载时，如负载端不 接续流二极管，当突然切断触发信号或把控制角突然调到 180°以外时，与单相半控桥式整流电路一样，也会发生某个 导通着的晶闸管不关断，而共阳极组的 3 个整流管轮流导通 的现象，即失控现象。
５. 为避免失控现象，必须在负载两端并联续流二极管， 但只有在 α > 60°时，续流二极管才有电流通过。
项目二 直流调速装置电路 (５) 触发脉冲前沿要陡，脉冲顶部尽可能平直。常见的 触发脉冲电压波形如图所示。
常见的触发脉冲电压波形
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一、同步信号为锯齿波的触发电路
锯齿波触发电路输出为单窄脉冲，也可为双窄脉冲，适 用于有两个晶闸管同时导通的电路，如三相全控桥。
同步信号为锯齿波的触发电路
６. 在 0° < α ≤180°中，输出电压平均值： ud ＝ 1.17u2 (1 ＋ cosα)
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任务 ２ 集成触发电路的安装与调试 学习目标
１. 熟悉同步信号为锯齿波的触发电路的工作原理， 能够对同步信号为锯齿波的触发电路进行调试。 ２. 认识 KC04集成芯片，并能够对集成触发电路 进行调试。
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电压、电流双闭环不可逆直流调速系统原理
项目二 直流调速装置电路 ２. 结构组成 晶闸管直流调速 ( 调压) 装置采用功能模块化设计，立柜 式结构。
DSC － 32 型直流调速装置系统框图 ａ) 直流调速系统操作面板布局
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DSC － 32 型直流调速装置系统框图 ｂ) 、ｃ) 系统框图
２. 共阴极组中晶闸管 VT1、VT3、VT5 的触发脉冲相位 互差 120°，共阳极组中晶闸管VT2、VT4、VT6 的触发脉 冲相位也是互差 120°；接在同一相上的两管触发脉冲相位 互差180°，如 VT1 与 VT4，VT3 与 VT6，VT5 与 VT2；由 于电路中共阴极与共阳极换流点间隔 60°顺序导通，所以两 个触发脉冲相位互差 60°。
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四、直流调速装置的工作原理
１. 整流变压器 整流变压器用于电源电压的变换。为了减少对电网波形 的影响，整流变压器接线采用△ / 0 － 11方式。 ２. 晶闸管可控整流部分
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３. 为了保证整流装置能正常启动工作，或在电流断续后 能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发 脉冲。为此可采取两种方法，一种是宽脉冲触发，使每一个 触发脉冲的宽度大于 60° ( 必须小于 120°，一般取 80° ~ 100°) 。另一种是双窄脉冲触发，即在触发某一个晶闸管的 同时给前一个晶闸管补发一个脉冲，使共阴极与共阳极的两 个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于用两个窄脉冲等 效代替了大于 60° 的宽脉冲。
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任务 １ 三相可控整流电路的安装、调试与维修 任务 ２ 集成触发电路的安装与调试 任务 ３ 直流调速装置的接线、调试与检修
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任务 １ 三相可控整流电路的安装、调试与维修 学习目标
１. 掌握三相半波可控整流电路、三相全控桥式整 流电路和三相半控桥式整流电路的结构、原理及 分析计算方法。 ２. 能对三相半波可控整流电路、三相全控桥式整 流电路和三相半控桥式整流电路进行接线、安装 调试与维修。
(２) 保证控制电路与主电路之间有可靠的电隔离， 并触发脉冲与主回路电源电压必须同步，以保持一 定的相位关系。
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(３) 要有足够的触发功率，脉冲必须具有足够的功率， 且不超过晶闸管门极最大允许功率。
(４) 触发脉冲的移相范围应满足可控整流装置提出的要 求。如电阻性负载下的三相半波和三相全控桥整流电路，移 相范围分别为 0° ~ 150°和 0° ~ 120°，而电感性负载 ( 电流连续时) 皆为 0° ~ 90°。
三相全控桥式整流电路接电感性负载 α ＝ 0°时波形
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三相全控桥式整流电路接电感性负载 α ＝ 30°时波形
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三相全控桥式整流电路接电感性负载 α ＝ 90°时波形
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通过上述分析，可归纳出三相全控桥式整流电路有如下特 点：
１. 三相全控桥式整流电路在任意时刻必须有两个晶闸管 同时导通才能构成回路，共阳极与共阴极组各有一个晶闸管 导通，且不能是同相的两个。
５. 对于电感性负载，其移相范围为 90°，由于电感的原 因输出电流几乎是平直的。对于电阻性负载，0°≤ α ≤ 60° 时电流连续，α > 60°时输出电流开始出现断续，当 α ＝ 120°时，输出电压为零，所以移相范围为 120°。
项目二 Байду номын сангаас流调速装置电路
６. 三相全控桥式整流电路输出电压与控制角的关系 (１) 电阻性负载 １) 当 0°≤ α ≤ 60°时 ２) 当 60° < α < 120°时
一、直流电动机的三种调速方法
直流电动机转速稳态表达式如下：
项目二 直流调速装置电路 由上式可以看出，调节直流电动机的转速有以下3种方法。 １. 调压调速 调压调速即通过调节电枢供电电压 U 来调节电动机的转 速 n。
调压调速的机械特性曲线
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２. 弱磁升速 弱磁升速即通过减弱励磁磁通 Φ 来提高电动机的转速n。 ３. 串电阻调速 串电阻调速即通过改变电枢回路电阻 R 来改变电动机的 转速 n 。
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(２) 电感性负载 整流电压：
流过晶闸管的电流有效值：
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三、三相半控桥式整流电路
三相半控桥式整流电路
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三相半控桥式整流电路 α ＝ 0°时波形
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三相半控桥式整流电路的特点如下： １. 三相半控桥式整流电路只用 3 个晶闸管，只需 3 套触 发电路，且不需要双窄脉冲或大于 60°的宽脉冲。 ２. 三相半控桥式整流电路只能工作于可控整流，不能工 作于逆变状态。 ３. 三相半控桥式整流电路无论是接电阻性负载还是接电 感性负载，移相范围都是 0° ~180°，α ＝ 60°为临界连续 点。
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任务描述
本任务将重点学习同步信号为锯齿波的触发电路 和 KC 系列的集成触发电路基本知识，并完成相关电 路的安装与调试。
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相关知识
为使晶闸管稳定可靠地工作，对触发电路的输出 脉冲提出以下要求：
(１) 足够的脉冲宽度，以保证晶闸管阳极电流超 过维持电流，使晶闸管开通稳定。对于纯电阻性负 载，一般要求脉冲宽度为 6 ~ 30 μs；对于感性负载， 因阳极电流上升缓慢，要求脉冲宽度大于 50 μs。