晶闸管过零触发电路

PAGE\*MERGEFORMAT#晶闸管过零触发电路1、闸管过零触发电路结构及原理1.1触发电路和过零触发电路的比较在交流调压领域，尤其是应用于交、直流电机的电力拖动系统的交、直流调压电路，多采用移相触发电路，即使触发脉冲相对同步脉冲来说，产生一个相对延迟角，延迟量越大，晶闸管的导通角越小，输出电压越低。电路的实质是调整或控制触发脉冲出现的时刻，若使移相触发脉冲在电网周波的“峰顶位置”出现，晶闸管在电网电压过零点后的T2、T4时刻开通，电网电压的正弦波被“削掉一半”，输出电压的有效值为电源电压的一半。移相触发的结果，使完整的正弦波被“部分砍掉”，形成“缺口波”，此种波形中谐波分量最大，富含奇、偶次（多种频率值的）谐波，易使电网中产生浪涌电压（电流）分量，造成对电网的污染、易对周过电气设备造成干扰。我们可称为这种控制方式为“削波控制”，输出电压频率仍为50Hz，电压（电流）的连续性，还算不错。电网电压过零点信号同步脉冲移相触发脉冲（电网电压门限控制信号移相输出电压T1T3T4T2T1过零输出电压T22、移相触发电路b、过零触发电路图1移相触发与过零触发的波形比较即能实现调压，又能保持输出正弦波波形的完整，这是过零触发电路的最初思路。实现：1）触发脉冲总是在电网过零点附近送出，使晶闸管在电网过零后即行输出，在整个电网周波内“完全开通”，电路输出为完整的正弦波形；2）用门限控制信号来控制晶闸管的导通时间，即控制流过晶闸管周波数的多少，当使控制信号高、低电平时间比T1：T2=1：1时，晶闸管一半时间处于关断，一半时间处于开通，电源中的完整周波有一半为晶闸管所输出，输出电压的有效值也为电源电压的一半。3）过零电路的触发脉冲，是由同步脉冲，不经移相，即直接触发晶闸管的，但取得的同步脉冲往往较“窄”，需要展宽处理，才能可靠触发晶闸管。过零触发电路，晶闸管输出波形为完整的正弦波，晶闸管从过零点开始导通，然后在过零点自生关断，晶闸管承受的电流、电压冲击较小，输出电压的谐波分量少，不污染电网和造成干扰，这是其优点。这种控制方式可称之为“通、断控制”，输出为全压一输出电压为0一输出为全压一输出电压为0—……，输出电压（电流）的连续性很差，电源的通断频率，取决于门限控制信号的变化，因而适用范围更窄，仅适用于阻性负载，如电阻加热恒温控制等，不宜用于控制电力拖动系统。1.2过零触发电路的结构形式在一些需要频繁起停或工作场所特殊出于安全考虑，不允许产生接触器开断时的火花，常采用晶闸管功率器件，来代替接触器，用作电机起停控制，这种电路被称作无触点开关，在控制上非常简单。用继电器KA控制晶闸管的开、断，KA触点闭合时，产生由晶闸管阳极经D、R限流和限向元件，流入晶闸管栅、阴极的触发电流回路，晶闸管开通，KA触点断开，晶闸管截止。假设能精确地控制KA在电网电压过零时接通，则晶闸管开通时冲击电流最小，即成为过零触发控制电路。实际电路中，因继电器KA的滞后动作（电磁/机械转换动作过程），对其闭合时间，很难进行精准的控制，若换用电子器件代替KA,控制电路能在适当时刻发送触发脉冲，即能实现真正的过零触发控制。KADR输入交流源——1『一通断输出SCR图2无触点交流开关的主电路形式输入交流电源晶闸管主电路调压输出控制电源同步信号触发电路保护电路门限控制信号图3过零触发电路的基本电路构成晶闸管过零触发电路，主要由同步信号电路、门限控制信号电路、触发电路等几部分组成。同步信号电路用于采样电网过零信号，形成电网过零脉冲信号，有些电路是直接将同步脉冲用于触发脉冲，有些电路是经展宽处理，变为触发脉冲；门限控制信号电路，是触发脉冲的“可控通道”，控制流通脉冲数，也即时控制晶闸管的导通脉波数，达到过零调压控制的目的。另外，故障发生时，保护电路应送出一个“触发脉冲封锁”信号，使主电路晶闸管全部关断。2、过零触发电路一下图4为模块化过零触发电路，将虚线框内电路密封成一个整体，即成为四线端模块元件，可称为交流固态继电器，或过零触发模块。在左侧输入端给出开关信号，右侧连接交流电源和负载，即成构成完整的过零触发交流开关或交流调压电路。图4模块化过零触发电路上图中，PC1光耦合器，输入端为发光二极管，输出侧为单向晶闸管，电阻R1、电容C1并联于PC1输出侧单向晶闸的栅、阴极，起到消噪作用，提高电路工作的可靠性。整流二极管D1~D4、电阻R5、R6与PC1输出侧单向晶闸管，形成双向晶闸管VT的触发电流通路，R5、R6为触发回路限流电阻。R7、C2为阻容尖峰电压吸收元件，保护晶闸管VT的安全。RL为负载。电阻R2、R3、R4和晶体管VT1组成过零检测电路。D1〜D4将输入交流电压的两个正、负半波整流为100Hz的脉动直流，以使PC1输出侧晶闸管在网正、负周波内均承受正向电压，同时，晶体管VT1只有在电网过零点附近因基极偏压不足，处于截止状态，PC1输入侧若外控制信号为高电平（产生输入电流），输出侧晶闸管受光触发而开通，电网过零后，VT1满足基极偏流条件，处于饱和导通状态，将PC1输出侧晶闸管的栅、阴极短路，不再接受输入端信号控制。换言之，在PC1输入信号为高电平的状态下，只有在电网电压过零点附近，PC1输出侧晶闸管具备导通条件，后级电路VT晶闸管只能在电网过零点附近得到触发电流而开通，形成过零触发控制。光耦合器PC1输出侧晶闸管的开通，是三个条件共同作用的结果：1）阳极、阴极须承受正向电压，因D1~D4的整流作用，使电网过零后的正、负半波期间，均承受正向电压；2）VT1截止期间，也即是电网过零点附近，能接受控制信号被触发导通；3）输入信号为高电平期间，也即是输入侧发光二极管有输入电流产生时，输出侧晶闸管才能形成光/电转换来的触发电流。这里存在一个问题，所谓过零触发，是否在过零点，晶闸管VT即被触发？这是不可能的，晶闸管VT总是要稍微滞后于过零点才能被触发导通，晶闸管VT的开通，同样受到下面几个条件的制约：1）晶闸管须承受一定的正向电阻值后，才能开通，闸管开通也存在一个“门坎电压”；2）在电网过零期间施加的触发脉冲，如宽度不足或出现过早，晶闸管承受的正向电压值尚不能满足开通要求，开通电流达不到“擎住电流”值，则造成触发失败；3）控制电路方面的原因，如本电路中VT1在电网过零后，在尚未满足发射结电压0.4V以上时，还处于截止或微导通状态，并不能将截止期完全对准电网过零点。因而所谓的过零触发，不是绝对的对准一个过零点，理解为一个过零区，更为适宜，改变图4中R3、R4的阻值，可以设定“过零区”的大小。也可以将过零脉冲理解为移相角度极小的触发脉冲，但总会产生一个移相角度，是不可能绝对对准过零点的。上文提到过，图4电路可构成完整的过零触发交流开关或交流调压电路，这取决于控制信号的类型。+5V+5VPC1PC1R1SA300Ra、控制电路1（交流开关）2R1300Rb、控制电路1（交流调压）图5过零触发电路的控制信号方式当控制信号上图中a电路类型时，操作开关SA，输出电压形式也为交流开关电路，电路等效为无触点交流开关。SA闭合时，负载RL上得到全电压，电路接通；SA断开时，负载RL上电压为零，电路断开。当控制电路如上图b电路时，输入控制信号为变化的H、L电平信号，该控制信号可由振荡电路生成，或仪输出信号，调宽H、L信号的时间比例，即控制输出晶闸管的通、断时间比，此时的电路便为调压输出电路。输入的PWM信号，正是门限控制电压信号，高电平时触A发电路“门开”，低电平时触发电路“门关”。这种控制信号，又可称作PWM可调宽信号（当然信号频率要低于50Hz），如使高电平脉冲的占比空产生1〜99%的变化，则输出电压也挖于1~99%供电电源电压，负载所得到的功率也产生1~99%额定功率的变化，因而过零触发调压电路，又往往被称为调功电路（用于电阻负载的功率调节）。3、晶闸管过零触发电路二整机电路由同步信号电路、门限控制信号电路和触发脉冲电路组成，主电路采用晶闸管模块，内含两只单向晶闸管。若采用一只双向晶闸管，脉冲变压器可省掉一个二次绕组。1）同步信号形成电路。电源变压器TB1的二次12V绕组，兼有供电电源和电网同步信号采样两种“职能”，12V绕组的正弦波电压信号，经D1〜D4桥式整流电路整流后，变为100Hz的正向脉波信号，经电阻R1形成晶体管Q1的基极电流，从Q1集成极输出对应电网过零点的（高电平）脉冲信号，加到与非门U2的1脚。接于Q1基极的R1、C1既起到消噪和限流作用，也形成一定的时间常数，使Q1集电极输出的过零同步脉冲有一定展宽。电街点波形电街点波形电备点波形电街点波形输出电压波形图中垂直虚线为电网过零点图7过零触发电路各点电压波形图2）门限控制信号电路。由时基电路U1（NE555）及引脚外接元件组成固定振荡频率、输出脉宽可调的多谐振振荡器，从3脚输出的可调脉宽信号加到与非门电路U2的2脚。本电路门限控制信号电路的振荡周期约为0.35$，固定振荡频率约为2.9Hz，RP1调至中间位置时，晶闸管SCR1、SCR2连续导通8个周波，然后截止8个周波的时间；最多导通脉冲数16个，截止脉冲波1个；反最少导通脉波数1个，截止脉波数16个，电路若为功率调节，则调功比1：16,输出可调电压范围5V~210V左右。3）触发脉冲形成电路。U2（HC4011）数字集成电路内含四级与非门电路，本电路只用了两级。第一级与非门路，将输入同步脉冲信号与PWM脉冲进行与非比较，在门限信号为高电平期间，同步脉冲与门限信号进行相与运算，U2的3脚输出端变为低电平；第二级与非门电路的两个输入端，短接在一起，形成“非门”电路，对3脚输出信号倒相输出，输入脉冲功率放大器Q2的基极，产生脉冲变压器一次绕组的电流，经电磁感应，使TB2二次两个绕组，得到脉冲信号，驱动晶闸管模块内部的两只晶闸管，控制其调压输出。电路在正、负半波的两个过零点期间，输出两个触发信号，加到晶闸管模块内的两只管子的栅阴极上，使其在（电网过零点后）承受正向电压期间，依次开通。将图6电路与图7电路各点波形相对照，可以“形象地看见”过零触发电路的工作过程。旷野之雪1年011月27日星期六