一种晶闸管相控数字触发电路
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第19卷第1期总 第 71 期1997年2月
沈阳工业大学学报
Jou rnal of Shenyang Po lytechn ic U n iversity
V o l
.19N o .1Sum N o .71Feb .1997
一种晶闸管相控数字触发电路
王益全 毕大强 吕中枢 史佩礼 聂中国
(电气工程系)
摘 要 介绍一种由锁相环、计数器、模拟开关以及555定时器等构成的数字晶闸管触发电路,该电路结构简单、调试方便、运行可靠,有较高的触发脉冲对称度.
关键词:晶闸管; 数字; 触发电路中图法分类:T P 20212
0 引 言
多相相控晶闸管电路中,触发脉冲的对称性对电路和系统的运行性能有重要影响.
对于图1所示的三相交流调压调速系统,六个晶闸管触发脉冲的对称性决定了三相调压波形的对称性和每相电压正、负半波的对称性.三相调压波形的不对称引起的负序电压将在电机中产生负序基波旋转磁场和负序电磁转矩以及附加的谐波磁场和损耗,使电机的运行性能变坏,如出力减小、效率和功率因数降低、产生振动和噪声等;每相电压中正、负半波的不对称将产生偶次谐波电压,其中的直流分量和较低次的谐波分量也会对电机和系统的运行性能造成严重影响.
对于图2所示的三相桥式整流电路,六个晶闸管触发脉冲的对称性对整流电压供电质量有重要影响.触发脉冲的不对称也会使电网电压波形发生附加畸变,造成附加的谐波污染.图2 三相桥式整流电路
因此,提高相控晶闸管电路触发脉冲的对称性一直是人们关心的课题.
对于传统的模拟触发电路,一般说来,由于元件特性的分散性的有限的测试手段,触发脉冲的严格对称是很难实现的.即使是近年来已推广应用的集成触发器,如KC 系列产品,触发脉冲的不对称度仍为±3.[3].
所介绍的由锁相环、计数器、模拟开关以及555定时器等构成的数字脉冲的触发电路,大大提高了晶闸管触发对称精度.当触发脉冲采用36kH z 的脉冲波进行调制,应用于工频50H z 电网供电的三相相控晶闸管电路时,触发脉冲的对称精度可达±0.5..
1 工作原理
晶闸管相控数字触发电路由同步移相电路、锁相环 本文收到日期:
1996-04-08 第一作者:男.50.副教授
路、脉冲形成与放大电路等主要环节组成,其原理框图如图3所示.图3 原理框图
1.1 脉冲形成
对于图1、图2所示电路,在一个电源周期内,必须按V 1V 2…V 6的顺序,每间隔60.送出触发脉冲.
这一功
能是由模拟开关和一片六进制计数器来完成的.模拟开关是一种按输入的逻辑编码控制各开关通道按顺序开通的数字集成电路芯片.只要由一片六进制计数器提供与电源同步的环形逻辑编码,上述功能是容易实现的.
采用市场销售的十进制计数器时,欲得到一个六进制计数器,只要令十进制计数器在顺序计数过程中跳越过四个状态,就可获得六进制计数器.通常采用复位法实现这种任意进制的状态转换.
计数器输出的0000～0110二进制代码作为模拟开关的输入逻辑编码,以顺序控制其各开关通道的开关状态.
图4 触发脉冲形成电路
触发脉冲形成的原理电路如图4所示.图中选用了最常用的八选一模拟开关4051和十进制计数器4518.1.
2 锁相环路
采用锁相技术是数字触发电路具有较高控制精度的重要手段.锁相环是一个相位反馈系统.首先由鉴相器将同步移相信号和触发脉冲信号的相位鉴别出来,然后利用相位误差信号来控制压控振荡器的频率,最终使触发脉冲信号锁定在同步移相信号的相位上.采用锁相环路对可能变化的触发脉冲相位实行锁定,从而在相位和频率上使触发脉冲与同步移相信号始终保持同步过程.
在锁相环路中引入N 分频器.在相位锁定的情况下,锁相环的输入信号与输出信号的频率关系为f 0=N f i ,这个N 倍频于同步信号的输出信号即是N 进制计数器的时钟脉冲.
锁相环路的原理电路如图5所示.图6 单稳态触发器电路
1.
3 同步移相电路
同步移相电路的设计比较灵活,可以有多种形式.本文采用555定时器接成单稳态触发器形式,电路简单可靠,具有较高的精度,其原理电路如图6所示.
555定时器的TR 端作为同步信号输入端,TH 端
作为控制信号输入端,6,7脚短接并对地接电容C ,由恒流源提供充电电流,以保证触发脉冲移相的线性度.本文略去了同步移相电路工作原理的分析过程,因为这一分析过程与用555定时器接成单稳态触发器的分析相似[1].
改变控制信号电压,就改变了触发器暂稳态
25沈 阳 工 业 大 学 学 报第 19 卷
的持续时间,从而改变了输出脉冲宽度.需要指出的是,由于同步信号的脉冲宽度和相位是固定不变的,因此触发器输出脉冲上升沿的相位也是固定不变的,而下降沿的相位却是随控制信号的变化而移动,从而为数字触发电路提供了一个同步移相控制信号.
图7 输出信号波形
各集成电路芯片输出信号波形如图7所示.
2 应用分析
2.
1 控制精度
本电路用36kH z 脉冲列对晶闸管触发信号进行调制不仅降低了系统的噪声,而且进一步保证了六个触发脉冲的对称精度.
36kH z 调制脉冲列每周期为
1 (36×103)=27.78×10-6=27.78Λs 对于50H z 的工频电源,在一个交变周期的360°内,每度有
1 (50×360)=55.56×10-6=55.56Λs 可见六个触发脉冲之间的不对称度为0.5°,此精度只有采用数字触发电路才能达到.2.
2 实测值
对三相交流调压电路带纯电阻负载情况下,不同控制角的负载相电压和晶闸管管压降进行了实测.电网线电压为390V ,三相负载Y 接法,相电阻为100Μ.实测值和理论的对比如表1所示.表中的电压数据是用D 26-V 型电压表测得的.理论值的额定线电压为380V .
表1 电压有效值的理论值和实测值
移相角Α (.)
理论值 实测值
30
理论值 实测值60
理论值 实测值
90
理论值 实测值
120
理论值 实测值
U U V 220222.5210.5213.8184.95183.8135.713045.7547.5U V V 220222.5210.5213.8184.95183.8135.713045.7547.5U W V 220222.0210.5213.5184.95183.0135.7129.545.7547.0U ’U V 01.15657.3145.9145.0226.5215182235U ’V V 01.15657.3145.9145.0226.5215182235U ’W V
1.056
57.8145.9
145.5226.5
216182
236三相电压不对称度%
0.15
0.094
0.291
0.257
0.7
注:U U ,U V ,U W 为相电压;U -U
,U -V ,U -W 为管压降. 由表1可以看出,在整个移相范围内,三相电压有着良好的对称关系.在较大移相角时,由于波形的严重非线性和电流不连续,使实测值相对理论值有较大偏差,但三相电压和管压降仍然保持着良好的对称关系.三相电压不对称度是由下式算出的
3
5第 1 期王益全等:一种晶闸管相控数字触发电路
三相电压不对称度=三相电压平均值-U W 三相电压平均值
3 结束语
晶闸管数字触发电路触发脉冲的良好对称性,使晶闸管调压电路和晶闸管整流电路的谐波受到最大程度的抑制,从而大大提高了上述系统的运行性能,拓宽了应用范围.在三相调压控制系统中,若配以匹配关系良好的新型感应电动机,则在风机、水泵、辊道、振动及伺服系统等领域有着十分乐观的应用前景.
参考文献
1 闫石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,1989
2 刘竞成.交流调速系统.上海:上海交通大学出版社,1984
3 施益范.晶闸管相控电路的模拟数字触发器.电力电子技术,1993(1):35～38
A D ig ita l Tr igger C ircu its for Thyr istor Pha se-con troll
W ang Y iquan,B i D aqiang,L u Z hong shu,S h i P eili,N ie Z hong g uo
(D ep t.of E lectrical Engineering,SPU)
Abstract
A k ind of digital circu iting,con sist of PLL,register,em u lati on key,555defin iteti m er,etc. is in troduced.It has such p rop erties as si m p le structu re,esily testing,reliab icity w o rk ing and h igh symm etry fo r trigger i m p u lse.
Key words:thyr istor;d ig ita l;tr igger c ircu itss
45沈 阳 工 业 大 学 学 报第 19 卷。
