晶闸管相控触发电路
晶闸管相控整流电路
电源故障
输入电源缺相、电压过高或过 低，影响整流电路的正常运行
。
பைடு நூலகம்
故障诊断方法与步骤
外观检查
观察整流电路的外观，检查是否有明显的烧 毁、断裂等故障现象。
电阻测量
使用万用表测量整流电路中各元件的电阻值， 判断是否正常。
电压测量
测量整流电路的输入和输出电压，判断是否 在正常范围内。
的电压和电流。
电路优化方法
降低损耗 选择低阻抗的元件，以减小电路的导通电阻和漏电流。 采用合理的散热设计，确保元件温度不超过额定范围。
电路优化方法
提高效率
1
2
优化电路布局，减小线路损耗。
3
选择适当的触发延迟角，以平衡输出电压和电流， 提高转换效率。
电路优化方法
01
增强稳定性
02
加入适当的反馈控制，如电压反馈或电流反馈，以提高电 路的稳定性。
稳定性
确保电路在各种工况下都能稳定运行 。
设计原则与步骤
• 可靠性：选用可靠的元件，确保电路的长 期稳定运行。
设计原则与步骤
1. 明确设计要求
确定输出电压、电流的规格以及电路 的效率要求。
2. 选择合适的元件
根据设计要求选择合适的晶闸管、二 极管、电容、电感等元件。
设计原则与步骤
3. 设计主电路
03
优化元件参数匹配，减小参数失配对电路稳定性的影响。
06
晶闸管相控整流电路的 故障诊断与维护
常见故障类型与原因
晶闸管损坏
由于电流过大、电压过高或散 热不良等原因，导致晶闸管烧
毁或击穿。
触发电路故障
双向晶闸管的数字化移相触发控制器设计
对于移相精度，半周期对应的电角度为 180°。理论
上最小移相精度误差为：
η min = 180°
1 T/T
cy
2
（1）
·45 ·
相控制角分别为 α =10 ° 、 α =90 ° 、 α =170 ° 下的实验
波形，可以看出在不同的输出设定下，控制器均能够准
能够实现移相精准、可靠性高的数字化移相触发控制器[4-5]。
在晶闸管触发电路由模拟电路向数字电路的发展过
程中，数字化不仅可以提高系统的精度，而且能够提高
系统的抗干扰能力，还符合当前技术发展由模拟向数字
化转变的趋势。
基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目 （编号：Q20191804）
收稿日期：2020－12－16
控整流电路的作用下进行整流，滤波后经过共射极三极管
开关电路将脉动的直流电信号转换成脉冲波信号，供
MCU进行过零信号的检测。其具体的转换过程如图3所示。
零时刻点、根据设定的输出要求对移相相角进行实时运
算处理，得出触发脉冲的触发时刻点并输出触发脉冲信
号。程序整体流程如图 4 所示。
图4
数字式移相触发器总体流程
反馈下的闭环稳定输出单元；控制器在外部设定的作用
下通过运算计算出触发控制角，生成宽脉冲移相信号，
在交流同步信号的作用下输出，经过驱动放大后驱动双
向晶闸管[8-9]。其具体的系统框架如图 1 所示。
图1
数字化移相控制器系统
2021 年 06 月
机 电 工 程 技 术
图2
第 50 卷 第 06 期
数字化移相控制器硬件电路原理
实现控制电路与主电路的信号隔离，驱动信号在隔离电
（6） 交流信号相位同步检测模块：对交流信号的实
70khz 100va 晶闸管高频触发功率单元
70khz 100va 晶闸管高频触发功率单元70KHz 100VA晶闸管高频触发功率单元是一种用于产生高频率交流电的电子设备。
晶闸管（Thyristor），也称为可控硅，是一种大功率半导体器件，广泛应用于电力电子技术中。
它可以通过改变门极（Gate）的触发信号来控制导通状态，从而实现对电流的控制。
在自动控制系统中，晶闸管可以作为大功率驱动器件，用小功率信号控制大功率设备，如交直流电机调速系统、调功系统及随动系统等。
高频触发功率单元通常包括一个晶闸管和一个触发电路。
触发电路的类型有多种，包括单结晶体管触发电路、锯齿波同步触发电路、集成触发电路和数字触发电路等。
这些触发电路的设计对于确保晶闸管在需要时能够准确触发至关重要。
在设计触发电路时，需要特别注意避免误触发，并确保晶闸管在正确的时刻导通。
当晶闸管导通时，由于载流子存储效应，电流和电压的稳态值不会立即改变。
因此，晶闸管的开关特性也是设计时需要考虑的重要因素。
在晶闸管触发时，只有门极结构附近的小块区域导通，产生的开关损耗必须以热的形式从半导体中散发出去。
70KHz 100VA晶闸管高频触发功率单元是利用晶闸管的特性来产生特定频率和功率的交流电，这种设备在电力电子和自动控制系统中有着广泛的应用。
晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理
晶闸管又称为双向可控硅，是一种电力电子器件，具有双向触发和单
向导电的特点。
它广泛应用于电力电子控制、调节、转换和变换等领域。
首先是关断状态，当晶闸管两个控制极（即阳极和门极）之间的电压
低于它的阻断电压时，晶闸管将处于关断状态。
此时通过门极的控制电流
较小，晶闸管内部的p-n结处于正向偏置状态。
关断状态下，晶闸管不导电，内部不存在主电流。
当通过门极的电流超过晶闸管的触发电流，电压上升到一定程度时，
晶闸管将进入触发和导通状态。
在这个状态下，晶闸管内部的p-n结开始
在阳极和门极之间形成通道，这个过程称为触发。
一旦触发完成，晶闸管
将开始导电，内部主电流开始流动。
接下来是持续导通状态，晶闸管在触发完成之后将一直导通，直到主
电流降到零或改变触发方式。
在持续导通状态下，晶闸管有较低的电压降，表现出较小的功耗。
最后是关断状态，当主电流降到或小于零时，晶闸管将进入关断状态。
此时，电压在晶闸管的结上再次达到阻断电压，因此电流无法继续流动，
晶闸管停止导电。
需要注意的是，即使通过门极的电流消失，晶闸管仍会
处于导通状态，只有当主电流从阳极流过p-n结到达门极时，晶闸管才能
进入关断状态。
综上所述，晶闸管的工作原理是通过门极的控制电流和电压的变化来
控制晶闸管的导通和关断状态。
通过调节门极电流和触发方式，可以实现
晶闸管的灵活控制和应用于各种电力电子系统。
名词解释相控电路
名词解释相控电路
相控电路，全称为相位控制电路，是一种通过改变交流电源电压的相位来实现对电路输出特性（主要是电压或电流）精确控制的技术。
在电力电子领域中，相控电路通常指的是相控整流电路，它是利用可控硅或其他类似的半导体开关元件作为整流元件，通过调整这些元件的触发脉冲时刻（即所谓的触发角），从而控制它们导通和截止的时间点，进而改变整流后输出直流电压的平均值。
例如，在单相半波可控整流电路中，通过调节晶闸管的触发脉冲与电源电压过零点之间的相位差（触发角α），可以控制流经负载的平均电流大小；在三相全控桥式整流电路中，则可以通过独立控制每个晶闸管的触发时刻，实现对输出电压的连续调节。
相控技术不仅应用于整流电路，还在变频调速、无功补偿、功率因数校正等领域有重要应用。
其优点在于能够实现平滑调节，并且具有较高的电能转换效率，但同时也需要复杂的控制系统来保证触发脉冲的准确同步和适时发出。
基于MATLAB仿真的触发电路资料
触发电路可控的simulink仿真实验——单项全控触发电路学院：水利电力学院专业：电气工程及其自动化（1）班组员：林超、林丽蓉、江思颖、马智明李立、马丹、曲樱倩、祁凯凯学号：1100302001、1100302003、1100302004、1100302006、1100302008、1100302021、1100302022、1100302038基于MATLAB仿真的触发电路一、触发电路晶闸管相控电路，习惯称为触发电路，即通过控制触发角a的大小（控制触发脉冲起始相位）来控制输出电压的大小。
在晶闸管装置中，触发电路的基本作用是在确定的时刻向对应的晶闸管提供控制极电流使其导通。
触发信号可以是交流，直流或脉冲，但触发信号只能在它使控制极为正，阴极为负时起作用。
由于晶闸管在触发导通后控制极就失去控制作用，为减少控制极损耗，一般采用脉冲形式二、相控整流电路的触发装置在各种相控变流电路中，晶闸管触发脉冲的前沿对应的控制角是以晶闸管的自然换相点为计量起点的角度。
自然换相点则决定于加在晶闸管两端的交流电源电压。
因此，为保证正确的相位关系，实现同步触发控制，在触发电路中必须引入与电网电压严格同步的基准信号，成为同步信号。
主电路电源电压经同步变压器降压，再经阻容移相，便可获得符合要求的同步信号。
为了保证整流电路按正常规律工作，相控触发电路必须满足以下要求：1、触发信号要有足够的功率为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即必须保证具有足够的触发功率，同时要求脉冲功率不超过允许瞬时最大功率限制线和平均功率限制线，以防止因门极过热而造成元件损坏。
2、触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步为了保证电路的品质及可靠性，要求晶闸管在每个周期都在相同的相位上触发。
因此，晶闸管的触发电压必须与其主回路的电源电压保持某种固定的相位关系，即实现同步。
实现同步的方法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶闸管主电路电压之间满足一定的相位关系。
三相晶闸管数字移相触发的实现
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｉ ｉ ｔｔ ｆ ｃ ｓｏｆｔ ｒ ｄ ｔｏ ｌｃｒ ｕ ｔｔ ｔ ｄ ｆ ｒｔ ｇｉａ ｓｒ ｃ ： ｍ ｎｇ ａ ｈｅｄｅ ｅ ｔ ｈｅｔ ａ ｉｉ ｎａ ｉｃ ｉ ｈｅｍｅ ｈｏ ｏ ｈｅｄｉ ｔ ｌｐｈａ ｅ ｓ ｉｔ ｄ ｔ ｉ ｇｅ ｎ ｓ — ｈ ｆ ｅ ｒｇ ｒｉ ｔ ｅ — ｈａ ｅ ｃｒ ｕｉ ｉ ｒ ｐｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓ ｏ ｈｒ ｅ ｐ ｓ ｉｃ ｔ ｓ ｐ ｏ ｓ ｄ ｏ ｈ ａ ｉ ｆＣＰＬＤ．Ｔｈｅ ｃｒ ｕ ｔｗｏ ｋｓａ ｏｕ ｈｅ ｐ ｏ ａ ｉｃ ｉ ｒ ｒ ｎｄ ｔ ｒ ｇｒ ｍｍ ａ ｌ ｏ ｃｄ — ｂ ｅ ｌ ｇｉ ｅ
ｄｉｉ ｎａ ｉｃ ｔ ｔｏ ｌｃｒ ｕｉ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｔ ｒｓ ｏｒ ｉ ｉａ ａ ｅ ｓ ｆｅ ｒｇ ｒ；ＣＰＬＤ；ｔ ｉ ｌ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｈｙ ｉ ｔ ；ｄ ｇ ｔ ｌｐｈ ｓ — ｈｉｔ ｄ ｔ ｉ ｇｅ ｒｇ ｐｕ ｓ
晶 闸 管 整 流 电路 对 触 发 电 路 的要 求 是 ： 制 控
１ 基 于 ＣＰ Ｄ 的触 发 电路 的实 现 Ｌ
数 字相控 触 发 电路 工 作原 理及 电路 系统 结构 如 图 １ 示， 所 晶闸 管 的移 相 触 发 角 的 大小 由控 制 电压
是存 在控 制精 度不 高 、 称 度不好 ห้องสมุดไป่ตู้ 受温 度漂 移影 对 易 响 等 问题Ｌ ． 用 单 片 机实 现 的 触发 电路 动 态性 能 ３采 ］
触发电路
C7 +15V
R10 C8
KJ004
KJ004
R11 C9
( 1~ 6 脚为6路单脉冲输入 )
1 2 3 4 5 6 7 8
KJ041
16 15 14 13 12 11 10 9
(15~10 脚为6
C4
R16
8 7 6 5 4 3 2 1
R7
9 10 11 12 13 14 15 16
R4 C1
C5
2 1
us+Up
2.8.3 集成触发器
可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。 晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。 国产KC(KJ)系列晶闸管触发器已有10余种品种，可适应各种相控变流电 路的移相控制要求
KC04
与分立元件的锯齿波移相触发电路相似 ,分为同步、锯齿波形成、移相、 脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。 RP1,R23,C1调锯齿波的宽度。 R28，C2调脉冲的宽度。 同步电压US滞后主电路电源电压30度。
R R 可见u s为锯齿波 R R R R C T R C R C
快速放电( R5 R4 , R5 10K )
R
V2
1
(2)同步的实现 选择合适的R1 / C1值 使V2在电源周期内 导通240 , 截止120
当电容电压为图示 方向时V2总是截止
(3V )同步电压与移相电压的 叠加 V u G D D 位于图示位置 , U C 脉冲左移,
2.8.3 集成触发器
完整的三相全控桥触发电路
3个KJ004集成块和 1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲， u u u 再由六个晶体管进行脉冲放大即可。
sa sb sc
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_?
? U (1 ? e RC )
求得： a ? ?? CR ln(1 ? U G )
U
由上式可知：当U ,U G为定值时，a与R为线性关系，改变 R便可调节
a；
当U G , R为定值时，改变电源电压U也可调节控制角a，a与U为非线性
通常采用可变电阻调节控制角a。
控制角a 的移相控制方法
二.垂直移相控制方法
门极触发电流IGT：指在规定的环境温度和 阳极与阴极间加一定正向电压的条件下， 使晶闸管从阻断状态到导通状态所需要的 最小门极直流电流。一般为几十到几百毫 安。
IGD
H
I J
0
UGD
(b)
晶闸管门极伏安特性
门
极触发电压U
：指与门
GT
极触发电流
C 相对应的门极直流电压，
UGT
一般为1V ~ 5V
二.对相控触发电路的基本要求
F
加的触发电压，电流在该范围内时，任
A
BC
L G
何合格的晶闸管元件都不会被触发，从 而确定了晶闸管的抗干扰性能。
2
4 UGT 6
A
(a)
8 U U GFM G V
B
ABCJIHA区域为不可靠触发区：当晶 闸管门极施加的触发电压，电流在该
H
I
J
区域时，有的晶闸管可以触发开通， C 有的则不能触发开通。因此，触发电
0
a
线性垂直移相控制方法
1.线性垂直移相控制方法：
即移相信号电压usy在移相范围内线性变化。
u
：锯齿波信号
h
u p：负偏移电压
u k：控制信号
?? ???
u sy ? uh ? u p
u sy ? u k ? 0, u o ? 1 u sy ? u k ? 0, uo ? 0
调整 u p，使 u sy 恰好在 a
?
? 处过零，则
2
? ?
uk ? 0
?
? ?
uk ? 0
?
? ??
uk ? 0
a ??
2
a ??
2
a ??
同时有隔离电路：通常采用脉冲变压器，光电耦合器和光导纤维。
对相控触发电路的基本要求
IG A
I GF M
3
2
1 I GT
0
I GT
IGD
0
DE
一.晶闸管的门极伏安特性
图(a)为门极伏安特性区域，0D为低阻特性，
0G为高阻特性。图(b)为图(a)中0ABC0的放
PGM ? 15W
大图形。
K
0HIJ0区域为不触发区：当晶闸管门极施
? 控制电路：综合系
统信息进行处理，产
生和负载所需电压相
适应的相位控制信号。
移相 同步信号 控制电路
反馈信号
? 同步电路：获得与
交流源同步的正弦交
相位 控制信号
控制电路
给定信号
流信号,确定各元件自 然换相点和移相范围。
? 移相控制电路：由相位控制信号和同步信号结合，产生移相 脉冲信号。
? 驱动电路：移相脉冲信号进行整形处理,产生所需的触发脉冲信号。
对于并联晶闸管的大电 流变流装置及串联晶闸 管的高电压装 应采用强触发脉冲。
I
IGM
0
t1 t2
t3
对相控触发电路的基本要求
采用强触发脉冲的目的是：
缩小晶闸管管间开通时间的差异，有利于动态 均流和均压。
t1为前沿时间；t2为强脉冲宽度；t3为脉冲持续时间； IGM为强触发脉冲幅值，是触发电流I的G 5倍左右。 IG 大容量晶闸管门极触发电流要求脉冲峰值在
U GD
U GT
(b)
晶闸管门极伏安特性
路产生的触发信号也不应该落在该区 域中。
IG A
I GFM
3
2
1 I GT
0
I GT
对相控触发电路的基本要求
DE
PGM ? 15W
K
A
2
A
BC
4 UGT 6 (a)
F
L G
8 U U GFM G V
B
ADEFGCBA区域为可靠触发区：当晶 闸管门极施加的触发电压，电流在该范 围时，所有合格元件均能可靠触发开通， 则可以保证合格元件的通用性。
要 6? s以上，应有足够的裕量 。 负载脉冲宽度应有 20 ? s ~ 50 ? s; 好不小于 100 ? s，一般取 1ms 。
能陡。
(3)触发脉冲应满足晶闸管电路的工作要求。
对于三相桥式全控变流 电路，应采用脉冲宽度 大于600的宽脉冲或双 也可以用脉冲列组成宽 脉冲或双窄脉冲，脉冲 列的频率7KHz左右。
晶闸管相控触发电路
晶闸管相控触发电路
?晶闸管门极驱动电路也称为触发电路； ?晶闸管通常采用相位控制方式。
电源
变流电路
触发信号
负载
同步电路 驱动电路
反馈信号
移相 同步信号 控制电路
相 位 控制电路
控制信号
给定信号
一般晶闸管变流电路的控制框图
晶闸管相控触发电路
电源
变流电路
触发信号
同步电路 驱动电路
负载
一.延时移相控制方法
延时移相控制方法由同步环节提供自然换相点，再由自然换相点开 始计时，以控制角对应的
C
uC
当t ? 0时，uC ? 0，零初始条件下的 RC电路响应
?t
则 uC ? U (1 ? e RC )
a
令?t
? a时，uC
? U G , 代入上式得：U G
(1)触发电路的触发信号必须在晶闸管门极伏安特性的可靠触发区。 同时要求脉冲功率不超过允许瞬时最大功率限制线和平均功率限制线。
(2)触发脉冲应具有一定的宽度，触发脉冲消失前，阳极电流应能上升至 擎住电流，保证晶闸管可靠开通。
通常晶闸管开通时间需 在实际应用中，电阻性 电感性负载脉冲宽度最 触发脉冲的前沿要尽可
t 1A~ 1.5A以上，前沿的电流上升率大于1 A ?s
(4)触发脉冲与主电路电源电压必须同步，并保持与工作状态相适应的相 位关系。
(5)触发电路应保证变流电路各元件触发脉冲的对称性。
(6)相控触发电路应采取电磁兼容技术措施，防止因各方面的电磁干扰而 出现失控。
控制角a 的移相控制方法
晶闸管相控触发电路中，实现触发脉冲随控制信号变化作相位移动 的控制为移相控制。
当usy ? uk＝0时，V1由截止变为饱和导通， 由A点输出一负脉冲。
对应于一个稳定工作状 态，uk应为定值。 改变uk ,就可以改变产生脉冲的 时刻，起到移相控
用。
垂直移相控制方法
uh up
W1 W2
uk
W3
uh up
0
?
usy U sym
?
0
2
?U sym
uo
uo
uh
? up a
u sy
? uk a
U
usy
R1 R3
CA
uk
VD2
R2 VD1
V1
垂直移相控制电路
usy为移相信号电压， uk为控制电压
由 V1构 成 一个 比较器 ，u sy与uk 接 于 V1基 极 ， 进行比较。假定V1为理想元件，且R1 ? R2
当usy ? uk ? 0时，V1截止，电容CR经 3, VD2充电，电容电压极性为左正右负；