晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)004

晶閘管觸發(fā)電路課程設(shè)計(jì)..《電力電子課程設(shè)計(jì)》課題名稱：晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)學(xué)院:班級(jí)：__學(xué)號(hào)：指導(dǎo)目錄內(nèi)容摘要2晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)要求32.1觸發(fā)電路設(shè)計(jì)目的32.2設(shè)計(jì)的任務(wù)指標(biāo)及要求3三觸發(fā)電路設(shè)計(jì)方案的選擇33.1可供選擇的方案種類33.2方案選擇的論證3四鋸齒波同步移相觸發(fā)電路44.1觸發(fā)電路的基本組成環(huán)節(jié)44.2觸發(fā)電路的工作原理圖44.3各元器件參數(shù)明細(xì)表5五基本環(huán)節(jié)的工作原理55.1鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)55.2脈沖形成,整形放大和輸出環(huán)節(jié)75.3強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖形成環(huán)節(jié)85.4觸發(fā)電路的工作波形9六心得體會(huì)10七參考文獻(xiàn)11內(nèi)容摘要晶閘管電路是電力電子電路常用電路之一,在生產(chǎn),生活中應(yīng)用非常廣泛,是一弱強(qiáng)電電路的過渡的橋梁。要使晶閘管開始導(dǎo)通,必須有足夠能量的觸發(fā)脈沖,在晶閘管電路中必須有觸發(fā)電路。用于晶閘管可控整流電路等相控電路的驅(qū)動(dòng)控制,即晶閘管的觸發(fā)電路。本課題針對(duì)晶閘管的觸發(fā)電路進(jìn)行設(shè)計(jì),其電路的主要組成部分有移相控制電路,觸發(fā)脈沖形成電路,同步電壓環(huán)節(jié),脈沖形成,整形放大和輸出環(huán)節(jié)等電路環(huán)節(jié)組成,涉及觸發(fā)電路的方案選擇以及選擇方案后電路的設(shè)計(jì),包括電路的工作原理和電路工作過程中的輸出波形。由于知識(shí)有限,此次課題設(shè)計(jì)并不全面,有待于進(jìn)一步完善。晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)要求2.1觸發(fā)電路設(shè)計(jì)目的要使晶閘管開始導(dǎo)通,必須施加觸發(fā)脈沖,在晶閘管觸發(fā)電路中必須有觸發(fā)電路,觸發(fā)電路性能的好壞直接影響晶閘管電路工作的可靠性,也影響系統(tǒng)的控制精度,正確設(shè)計(jì)觸發(fā)電路是晶閘管電路應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。2.2設(shè)計(jì)的任務(wù)指標(biāo)及要求1輸入電壓：直流+15V,-15V.2交流同步電壓：20V.3移相電壓：0-10V.4移相范圍：大于等于170度.5對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算元器件參數(shù).三觸發(fā)電路設(shè)計(jì)方案的選3.1可供選擇的方案種類1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路2正弦波同步觸發(fā)電路3鋸齒波同步觸發(fā)電路4集成觸發(fā)電路3.2方案選擇的論證1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路：脈沖寬度窄,輸出功率小,控制線性度差；移相范圍一般小于180度,電路參數(shù)差異大,在多相電路中使用不易一致,不付加放大環(huán)節(jié)。適用范圍：可觸發(fā)50A以下的晶閘管,常用于要求不高的小功率單相或三相半波電路中,但在大電感負(fù)載中不易采用。2正弦波同步觸發(fā)電路：由于同步信號(hào)為正弦波,故受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及干擾影響大,實(shí)際移相范圍只有150度左右。適用范圍：不適用于電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大的晶閘管裝置中。3鋸齒波同步觸發(fā)電路：它不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)與波形畸變的直接影響,抗干擾能力強(qiáng),移相范圍寬,具有強(qiáng)觸發(fā),雙脈沖和脈沖封鎖等環(huán)節(jié),可觸發(fā)200A的晶閘管。適用范圍：在大眾中容量晶閘管裝置中得到廣泛的應(yīng)用。4集成觸發(fā)電路：移相范圍小于180度,為保證觸發(fā)脈沖的對(duì)稱度,要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。適用范圍：應(yīng)用于各種晶閘管。根據(jù)晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求決定采用鋸齒波同步觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。四鋸齒波同步移相觸發(fā)電路4.1觸發(fā)電路的基本組成環(huán)節(jié)1觸發(fā)電路有三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié),脈沖形成、整形放大和輸出環(huán)節(jié),強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖輸出環(huán)節(jié)。4.2觸發(fā)電路的工作原理圖圖2-14.3各元器件參數(shù)明細(xì)表R110KR126.2KC30.1uVD62CP12VT23DG12BR24.7KR13200C40.1uVD72CP12VT33DG12BR34.7KR1420C50.047uVD82CP12VT43DG12BR4200R15300C61uVD92CP12VT53DG12BR510KR1630C72000uVD102CP12VT63DG2BR63.3KR1730VS2cw12VD112CZI/AVT73DG12BR712KR1820VD12CP12VD122CZI/AVT83DA1BR86.2KRP11.5KVD22CP12VD132CZI/AR96.2KRP21.5KVD32CP12VD142CZI/AR1030KC11uVD42CP12VD152CZI/AR1130KC21uVD52CP12VT13CC1D五基本環(huán)節(jié)的工作原理5.1鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)圖2-2鋸齒波同步移相的原理是利用受正弦同步信號(hào)電壓控制的鋸齒波電壓作為同步電壓,再與直流控制電壓與直流偏移電壓組成并聯(lián)控制,進(jìn)行電流疊加,去控制晶體管的截止與飽和導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2-2所示為恒流源電路方案,由、、和等無(wú)件組成,其中、、和為一恒流源電路。當(dāng)截止時(shí),恒流源電流對(duì)電容充電,所以兩端電壓為==按線性增長(zhǎng),即的基極電位按線性增攻。調(diào)節(jié)電位器,即改變的恒定充電流,可見是用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。當(dāng)導(dǎo)通時(shí),由于阻值很小,所以迅速放電,使電位迅速降到零伏附近周期性的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí),便形成了一個(gè)鋸齒波,同樣也是鋸齒波電壓,如圖2-5所示。射極跟隨器的作用是減小控制回路的電流對(duì)鋸齒波電壓的影響。管的基極電位由鋸齒波電壓、直流控制電壓,直流偏移電壓三個(gè)電壓作用的疊加值所確定,它們分別通過電阻和與基極相接。設(shè)為鋸齒波電壓?jiǎn)为?dú)作用在基極時(shí)的電壓,其值為=可見仍為一鋸齒波,但斜率比低。同理偏移電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的電壓為：可見仍為一條與平行的直線,但絕對(duì)值比小。直流控制電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的電壓為：=可見仍為與平行的一直線,但絕對(duì)值比小。如果=0,為負(fù)值時(shí),點(diǎn)的波形由確定,如圖2-5所示。當(dāng)為正值時(shí),點(diǎn)的波形由確定。由于的存在,上述電壓波形與實(shí)際波形有出入,當(dāng)點(diǎn)電壓等于0.7V后,導(dǎo)通。之后一直被鉗位在0.7V。所以實(shí)際波形如圖2-5所示。圖中M點(diǎn)是由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由前面分析可知經(jīng)過M點(diǎn)時(shí)使電路輸出脈沖。因此當(dāng)為固定值時(shí),改變便可改變M點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo),即改變了脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻,脈沖被移相。可見,加的目的是為了確定控制電壓=0時(shí)脈沖的初始相位。當(dāng)接阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)三項(xiàng)全控橋的脈沖初始相位應(yīng)定在=90度;如果是可逆系統(tǒng),需要在整流和逆變狀態(tài)下工作,這時(shí)要求脈沖的移相范圍理論上為180度,由于鋸齒波波形兩端的非線性,因而要求鋸齒波的寬度大于180度,例如240度,此時(shí),令=0,調(diào)節(jié)的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波240度地的中央<120度>,對(duì)應(yīng)于=90度的位置。這時(shí),如為正值,M點(diǎn)就向前移,控制角<90度,晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)；如為負(fù)值,M點(diǎn)就向后移,控制角>90度,晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。在鋸齒波同步的觸發(fā)電路中,觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。從圖2-2可知,鋸齒波是由開關(guān)管來(lái)控制的。由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波,截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度,開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主電路電源同步,使開關(guān)的頻率與主電路電源頻率同步就可達(dá)到。如圖2-2中的同步環(huán)節(jié),是有同步變壓器TS和作同步開關(guān)用的晶體管組成的。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上,用同步變壓器的二次電壓來(lái)控制的通斷作用,這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。同步變壓器TS二次電壓經(jīng)二極管間接加在的基極上。當(dāng)二次電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí),導(dǎo)通,電容被迅速充電。因O點(diǎn)接地為零電位,R點(diǎn)為負(fù)電位,Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近,故在這一階段基極為反向偏置,截止。在負(fù)半周的上升段,+電源通過給電容反向充電,為電容反向充電波形,其上升速度比波形慢,故截止,如圖2-5所示。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí),導(dǎo)通,Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V.直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)時(shí),重新導(dǎo)通,迅速放電后又被充電,截止。如此周而復(fù)始。在一個(gè)正弦波周期內(nèi),包括截止和導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài),對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期,與主電路電源頻率和相位完全同步,達(dá)到同步的目的。可以看出,Q點(diǎn)電位從同步電壓負(fù)半周上升段開始時(shí)刻到達(dá)1.4V的時(shí)間越長(zhǎng),截止時(shí)間就越長(zhǎng),鋸齒波就越寬?？芍忼X波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)決定的。5.2脈沖形成,整形放大和輸出環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由晶閘管、組成,、起脈沖放大作用?？刂齐妷杭釉诨鶚O上,電路的觸發(fā)脈沖有脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出,起一次繞組接在集電極電路中。當(dāng)控制電壓=0時(shí),截止。+〔+15V電源通過供給一個(gè)足夠大的基極電流,使飽和導(dǎo)通,所以的集電極電壓接近于-<-15V>。、處于截止?fàn)顟B(tài),無(wú)脈沖輸出。另外,電源的+<15V>經(jīng)、發(fā)射結(jié)到-<-15V>,對(duì)電容充電,充滿后電容兩端電壓接近2<30V>,極性如圖2-3所示:當(dāng)控制電壓近似等于0.7V時(shí),導(dǎo)通,A點(diǎn)電位由+<+15V>迅速降低至1.0V左右,由于電容兩端電壓不能突變,所以基極電位迅速將至約-2E1<-30V>,由于發(fā)射結(jié)反偏置,立即截止。它的集電極電壓由-<-15V>迅速上升到鉗位電壓+2.1V〔、、三個(gè)PN結(jié)正向壓降之和,于是、導(dǎo)通,輸出觸發(fā)脈沖。同時(shí),電容經(jīng)電源+、、、放電和反向充電,使基極電位又逐漸上升,直到>-<-15V>,又重新導(dǎo)通。這時(shí)又立即將到-,使、截止,輸出脈沖終止?？梢?脈沖前沿由導(dǎo)通時(shí)刻確定,<或>截止持續(xù)時(shí)間即為脈沖寬度。所以脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)有關(guān)。5.3強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖形成環(huán)節(jié)圖2-4強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)有單相橋式整流獲得近似50V直流電壓作電源,在導(dǎo)通前,50V電源經(jīng)對(duì)充電,N點(diǎn)電位為50V。當(dāng)導(dǎo)通時(shí),經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè),與迅速放電,由于放電回路電阻很小,N點(diǎn)電位迅速下降,當(dāng)N點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí),導(dǎo)通,脈沖變壓器TP改由+15V穩(wěn)壓電源供電。這時(shí)雖然50V電源也在向再充電使它電壓回升,但由于充電回路時(shí)間常數(shù)較大,N點(diǎn)電位只能被15V電源鉗位在14.3V。電容的作用是為了提高強(qiáng)觸發(fā)脈沖前沿。加強(qiáng)觸發(fā)后,脈沖變壓器TP一次電壓近似如圖2-5所示。如圖2-2中、兩個(gè)晶體管構(gòu)成一個(gè)"或"門。當(dāng)、都導(dǎo)通時(shí),約為-15V,使、都截止,沒有脈沖輸出。但只要、中有一個(gè)截止,都會(huì)使變?yōu)檎妷?使、導(dǎo)通,就有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘?hào)來(lái)控制或的截止〔前后間隔60度,就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。其中,第一個(gè)脈沖有本相觸發(fā)單元的對(duì)應(yīng)的控制角所產(chǎn)生,使由截止變?yōu)閷?dǎo)通造成瞬間截止,于是輸出脈沖。相隔60度的第二個(gè)脈沖是由滯后60度相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生,在其生成第一個(gè)脈沖時(shí)刻將其信號(hào)引至本相觸發(fā)單元的基極,使瞬時(shí)截止,與是本相觸發(fā)單元的管又導(dǎo)通,第二次輸出一個(gè)脈沖,因而得到間隔60度的雙脈沖。其中和的作用,主要是防止雙脈沖信號(hào)相互干擾。5.4觸發(fā)電路的工作波形圖2-5鋸齒波寬度有充電時(shí)間常數(shù)決定,脈沖寬度由時(shí)間常數(shù)決定,六心得體會(huì)經(jīng)過兩周的課程設(shè)計(jì),使我對(duì)晶閘管觸發(fā)電路有了更深一步的了解。在此次課題的設(shè)計(jì)中,讓我看到了團(tuán)隊(duì)合作,共同進(jìn)步的重要性,并且通過對(duì)資料的查找搜集,歸納總結(jié)和獨(dú)立思考