基于MATLAB仿真的觸發(fā)電路講解

1、觸發(fā)電路可控的 simulink 仿真實(shí)驗(yàn) 單項(xiàng)全控觸發(fā)電路 學(xué)院：水利電力學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化（ 1）班 組員：林超、林麗蓉、江思穎、馬智明 李立、馬丹、曲櫻倩、祁凱凱 學(xué)號(hào)：1100302001、1100302003、1100302004、1100302006、 1100302008、1100302021、1100302022、1100302038 基于 MATLAB仿真的觸發(fā)電路 一、觸發(fā)電路 晶閘管相控電路， 習(xí)慣稱(chēng)為觸發(fā)電路， 即通過(guò)控制觸發(fā)角 a 的大 小（控制觸發(fā)脈沖起始相位）來(lái)控制輸出電壓的大小。在晶閘管裝置 中，觸發(fā)電路的基本作用是在確定的時(shí)刻向?qū)?yīng)的晶閘管提供控制

2、極 電流使其導(dǎo)通。 觸發(fā)信號(hào)可以是交流， 直流或脈沖， 但觸發(fā)信號(hào)只能在它使控制 極為正，陰極為負(fù)時(shí)起作用。 由于晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通后控制極就失去 控制作用，為減少控制極損耗，一般采用脈沖形式 二、相控整流電路的觸發(fā)裝置 在各種相控變流電路中， 晶閘管觸發(fā)脈沖的前沿對(duì)應(yīng)的控制角是 以晶閘管的自然換相點(diǎn)為計(jì)量起點(diǎn)的角度。 自然換相點(diǎn)則決定于加在 晶閘管兩端的交流電源電壓。因此，為保證正確的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)同 步觸發(fā)控制，在觸發(fā)電路中必須引入與電網(wǎng)電壓嚴(yán)格同步的基準(zhǔn)信 號(hào)，成為同步信號(hào)。主電路電源電壓經(jīng)同步變壓器降壓，再經(jīng)阻容移 相，便可獲得符合要求的同步信號(hào)。 為了保證整流電路按正常規(guī)律工作， 相控

3、觸發(fā)電路必須滿(mǎn)足以下 要求： 1 、觸發(fā)信號(hào)要有足夠的功率 為使晶閘管可靠觸發(fā)， 觸發(fā)電路提供的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流必須 大于晶閘管產(chǎn)品參數(shù)提供的門(mén)極觸發(fā)電壓與觸發(fā)電流值， 即必須保證 具有足夠的觸發(fā)功率， 同時(shí)要求脈沖功率不超過(guò)允許瞬時(shí)最大功率限 制線和平均功率限制線，以防止因門(mén)極過(guò)熱而造成元件損壞。 2 、觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓保持同步 為了保證電路的品質(zhì)及可靠性， 要求晶閘管在每個(gè)周期都在相同 的相位上觸發(fā)。 因此，晶閘管的觸發(fā)電壓必須與其主回路的電源電壓 保持某種固定的相位關(guān)系， 即實(shí)現(xiàn)同步。 實(shí)現(xiàn)同步的方法通常是選擇 觸發(fā)電路的同步電壓， 使其與晶閘管主電路電壓之間滿(mǎn)足一定的相位

4、 關(guān)系。 3 、觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，前沿要陡 為使被觸發(fā)的晶閘管能保持住導(dǎo)通狀態(tài)， 晶閘管的陽(yáng)極電流在觸 發(fā)脈沖消失前必須達(dá)到擎住電流， 因此，要求觸發(fā)脈沖應(yīng)具有一定的 寬度，不能過(guò)窄。 特別是當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)，因其中電流不能突 變，更需要較寬的觸發(fā)脈沖，才可使元件可靠導(dǎo)通。 橋式全控整流電路采用單脈沖觸發(fā)時(shí)，脈寬應(yīng)為 60 120， 而采用雙脈沖時(shí)，脈寬取 10即可，最后可通過(guò)實(shí)驗(yàn)決定。對(duì)較寬 的脈沖信號(hào)，也可采用脈沖序列的形式代替。 4 、觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)必須在晶閘管的門(mén)極伏安特性的可靠觸發(fā) 區(qū)，以保證變流裝置的主電路元件的互換性， 且觸發(fā)脈沖應(yīng)保證變流 電路的對(duì)稱(chēng)性。 相控觸發(fā)

5、電路應(yīng)采取電磁兼容的技術(shù)措施， 防止因各 方面的電磁干擾而出現(xiàn)失控。 5、觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)能滿(mǎn)足主電路的要求 觸發(fā)脈沖的移相范圍與主電路的型式、 負(fù)載性質(zhì)及變流裝置的用 途有關(guān) 常用的觸發(fā)脈沖信號(hào)如圖 1： 圖 1 幾種常見(jiàn)的觸發(fā)脈沖信號(hào)電壓波形 （ a）為正弦波觸發(fā)脈沖信號(hào)。前沿不陡，觸發(fā)準(zhǔn)確性差，僅用 在觸發(fā)要求不高的場(chǎng)合； （b）尖脈沖。生成較容易，電路簡(jiǎn)單，也用于觸發(fā)要求不高的 場(chǎng)合； （c）矩形脈沖。 （ d）強(qiáng)觸發(fā)脈沖。前沿陡，寬度可變，有強(qiáng)觸發(fā)功能，適用于 大功率場(chǎng)合； （e）雙窄脈沖。有強(qiáng)觸發(fā)功能，變壓器耦合效率高，用于控制 精度較高，感性負(fù)載的裝置； （f ）脈沖序列。具

6、有雙窄脈沖的有點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。 除以上要求外，還要求觸發(fā)電路具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快， 抗干擾能力強(qiáng)， 溫度穩(wěn)定性好等性能。 三、脈沖電路與晶閘管的連接方式 1 、直接連接：操作不安全，主電路干擾觸發(fā)電路，主要用于實(shí)驗(yàn)。 2 、光耦合器連接：輸入和輸出之間電隔離，絕緣性能好，抗干擾能 力強(qiáng)。 3 、脈沖變壓器耦合器連接：有良好的電氣絕緣。 光耦合器連接 圖 2 脈沖電路與晶閘管的連接方式 四、單相可控整流電路的觸發(fā)電路 1. 為滿(mǎn)足相控整流電路觸發(fā)脈沖的基本要求和單相可控整流電路 自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單相觸發(fā)電路，如圖 3： 圖 3 單相觸發(fā)電路 2. 原理： 在單相觸發(fā)電路中， 輸入 1為控制角的給定值，

7、 輸入 2為電源電 壓的同步信號(hào)輸入端。 由于整流電路中同一橋臂上下兩個(gè)晶閘管元件 的控制脈沖互差 180，因而只需將其對(duì)應(yīng)的上橋臂的同步電壓信號(hào) 反向作為下橋臂的同步信號(hào)。輸入信號(hào)乘以“ -1 ”后即可作為互差 180的下橋臂的同步信號(hào)。模塊 Mux的作用是將兩路信號(hào)合并為一 個(gè)信號(hào)列，而每個(gè)信號(hào)都具有相對(duì)獨(dú)立性。 對(duì)于每一個(gè)信號(hào)，當(dāng)其由負(fù)過(guò)零變正時(shí)，模塊 Hit Crossing 便 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正向脈沖， 即電網(wǎng)電壓的同步脈沖。 此脈沖一方面作用于 積分器的同步輸入端， 產(chǎn)生積分同步信號(hào)， 使其開(kāi)始積分。 另一方面， 它將轉(zhuǎn)化成布爾類(lèi)型的量后作用于 RS觸發(fā)器的復(fù)位端 R。假如其置 位端

8、S=Q使其輸出 Q=0，該信號(hào)經(jīng)過(guò)“非”運(yùn)算后傳遞到積分器 1 為 輸出脈沖做準(zhǔn)備。 由于積分器的積分斜率為電源的頻率， 在每個(gè)周期 內(nèi)，其積分值為 Freq*T=1, 而每個(gè)周期對(duì)應(yīng) 360電角度，每一度對(duì) 應(yīng)積分值為 1/360 。因而當(dāng)要求在 a 度觸發(fā)晶閘管時(shí)，只需要等到 a 個(gè) 1/360 時(shí)輸出觸發(fā)脈沖即可。模塊 Relational Operator1 將給定 的觸發(fā)角轉(zhuǎn)變?yōu)榉e分值與模塊 Integrator 輸出相比較，來(lái)產(chǎn)生觸發(fā) 晶閘管的時(shí)刻。當(dāng)達(dá)到 a 角度時(shí)，模塊 Relational Operator1 輸出 “ 1”，轉(zhuǎn)化為布爾類(lèi)型的量后作用于 Logical Ope

9、rator 模塊，由于 其另一個(gè)輸入端同步信號(hào)到來(lái)時(shí)便已經(jīng)為 “1”，所以此時(shí)該模塊輸出 由“ 0”變?yōu)椤?1”，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使積分器 Integrator1 開(kāi)始積 分，其輸出信號(hào)與給定脈沖寬度相比較后，產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)脈沖。 由于模塊 Integrator1 的積分斜率也為電源頻率，與上述原理相似， 若要控制輸出脈沖的寬度， 只需令模塊 Integrator1 的輸出小于某值 時(shí)有脈沖即可。 輸入 3 的作用是用于控制脈沖的輸出。 當(dāng)其輸入為非零時(shí)， 脈沖 被封鎖。反之，則允許觸發(fā)脈沖輸出。另一方面，模塊 Logical Operator1 的輸出經(jīng)模塊 Memory送入 RS觸發(fā)器。

10、當(dāng)其為高電平時(shí)， 其 Q 輸出端輸出“ 1”，為下次觸發(fā)脈沖做準(zhǔn)備。 Memory的作用就是 為了防止當(dāng)同步脈沖與觸發(fā)脈沖同時(shí)到來(lái)時(shí)， 將觸發(fā)信號(hào)向后稍微延 遲極小的一段時(shí)間， 避開(kāi)同步脈沖， 這樣既為 Integrator1 產(chǎn)生積分 同步信號(hào)，又能為下次以做準(zhǔn)備。 由于輸出信號(hào)為布爾型變量， 不能直接驅(qū)動(dòng)晶閘管， 故應(yīng)將其轉(zhuǎn) 化為雙精度變量。這樣就是單相可控整流電路所需的脈沖觸發(fā)電路。 3. 觸發(fā)脈沖調(diào)節(jié)電角度和調(diào)節(jié)脈寬時(shí)輸出波形的仿真結(jié)果： （ 1）調(diào)節(jié)電角度時(shí)的脈沖信號(hào)波形（脈寬為 20）： a=30時(shí)： 圖 5 a=30 脈寬為 20 a=60： 圖 6 a=60 脈寬為 20 a=

11、90： 圖 7 a=90 脈寬為 20 （ 2）調(diào)節(jié)脈寬（ a=90）： 脈寬為 20： 圖 8 脈寬為 20 a=90 脈寬為 50： 圖 9 脈寬為 50 a=90 脈寬為 100: 圖 10 脈寬為 100 a=90 五、觸發(fā)單相橋式全控整流電路 1 、電路結(jié)構(gòu)與工作原理 1） 電路結(jié)構(gòu) 如圖 11 所示為典型單相橋式全控整流電路， 共用了四個(gè)晶閘管， 兩只晶閘管接成共陽(yáng)極， 兩只晶閘管接成共陰極， 每一只晶閘管是一 個(gè)橋臂，橋式整流電路的工作方式特點(diǎn)是整流元件必須成對(duì)以構(gòu)成回 路，負(fù)載為電阻性。 i 2 VT1 VT3 id u2 ud b VT2 VT4 圖 11 2） 工作原理 1

12、 ）在 u2 正半波的（ ）區(qū)間，晶閘管 VT1、VT4 承受正 向電壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，晶閘管 VT2、VT3承受反向電壓。因此在 0區(qū)間，4個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通。假如 4個(gè)晶閘管的漏電阻相等， 則 Ut1.4= Ut2.3=1/2u2 。 2 ）在 u2 正半波的（ ）區(qū)間，在 時(shí)刻，觸發(fā)晶 閘管 VT1、 VT4使其導(dǎo)通。 3 ）在 u2 負(fù)半波的（ ）區(qū)間，在 區(qū)間， 晶閘管 VT2、VT3承受正向電壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)， 晶閘管 VT1、VT4承受反向電壓也不導(dǎo)通 4 ）在 u2 負(fù)半波的（ ）區(qū)間，在 時(shí) 刻，觸發(fā)晶閘管 VT2、VT3使其元件導(dǎo)通，負(fù)載電流沿 bVT3 R V

13、T2T的二次繞組 b 流通，電源電壓沿正半周期的方向 施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（ ud=-u2 ）和電流，且波 形相位相同。 表1 各區(qū)間晶閘管的導(dǎo)通、負(fù)載電壓和晶閘管端電壓情況 t 0 晶閘管 VT1.4 、 VT1.4 導(dǎo) VT1.4 、 VT1.4 截 導(dǎo)通情 VT2.3 都截 通、VT2.3 VT2.3 都截 止、VT2.3 況 止 截止 止 導(dǎo)通 ud 0 u2 0 -u2 id 0 u2/R 0 -u2/R i2 0 u2/R 0 +u2/R ut ut1.4= ut1.4=0u ut1.4=ut2 ut1.4=uu ut2.3= t2.3=u2 .3= ( ?)u2 t2.3=0 (?)u2 2、建模 圖 12 單相橋式整流電路（純阻性） 3、仿真結(jié)果： a=30時(shí)： 圖 13 a=30純阻性負(fù)載 a=60時(shí)： 圖 14 a=60 純阻性負(fù)載 a=90時(shí)： 圖 15 a=90純阻性負(fù)載 4、結(jié)果分析： 盡管整流電路的輸入電壓 U2 是交變的，但負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波 內(nèi)均有相同的電