基于MATLAB的晶闸管触发电路

基于基于 MATLABMATLAB 的晶闸管触发电路的晶闸管触发电路 一 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 2 2 相控整流电路的触发装置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 3 触发脉冲要有一定的宽度 前沿要陡 为使被触发的晶闸管能保持住导通状态 晶闸管的阳极电流在 触发脉冲消失前必须达到擎住电流 因此 要求触发脉冲应具有一 定的宽度 不能过窄 特别是当负载为电感性负载时 因其中电流 不能突变 更需要较宽的触发脉冲 才可使元件可靠导通 桥式全控整流电路采用单脉冲触发时 脉宽应为 60 120 而采用双脉冲时 脉宽取 10 即可 最后可通过实验决定 对较宽 的脉冲信号 也可采用脉冲序列的形式代替 4 触发电路的触发信号必须在晶闸管的门极伏安特性的可靠触发 区 以保证变流装置的主电路元件的互换性 且触发脉冲应保证变 流电路的对称性 相控触发电路应采取电磁兼容的技术措施 防止 因各方面的电磁干扰而出现失控 5 触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求 触发脉冲的移相范围与主电路的型式 负载性质及变流装置的 用途有关 常用的触发脉冲信号如图 1 图 1 几种常见的触发脉冲信号电压波形 a 为正弦波触发脉冲信号 前沿不陡 触发准确性差 仅用 在触发要求不高的场合 b 尖脉冲 生成较容易 电路简单 也用于触发要求不高的 场合 c 矩形脉冲 d 强触发脉冲 前沿陡 宽度可变 有强触发功能 适用于 大功率场合 e 双窄脉冲 有强触发功能 变压器耦合效率高 用于控制 精度较高 感性负载的装置 f 脉冲序列 具有双窄脉冲的有点 应用广泛 除以上要求外 还要求触发电路具有动态响应快 抗干扰能力 强 温度稳定性好等性能 3 3 脉冲电路与晶闸管的连接方式脉冲电路与晶闸管的连接方式 1 直接连接 操作不安全 主电路干扰触发电路 主要用于实验 2 光耦合器连接 输入和输出之间电隔离 绝缘性能好 抗干扰 能力强 3 脉冲变压器耦合器连接 有良好的电气绝缘 直接连接 光耦合器连接 脉冲变压器耦合器连接 图 2 脉冲电路与晶闸管的连接方式 四 单相可控整流电路的触发电路四 单相可控整流电路的触发电路 1 为满足相控整流电路触发脉冲的基本要求和单相可控整流电路 自身的特点 设计了单相触发电路 如图 3 图 3 单相触发电路 2 原理 在单相触发电路中 输入 1 为控制角的给定值 输入 2 为电源 电压的同步信号输入端 由于整流电路中同一桥臂上下两个晶闸管 元件的控制脉冲互差 180 因而只需将其对应的上桥臂的同步电 压信号反向作为下桥臂的同步信号 输入信号乘以 1 后即可作 为互差 180 的下桥臂的同步信号 模块 Mux 的作用是将两路信号 合并为一个信号列 而每个信号都具有相对独立性 对于每一个信号 当其由负过零变正时 模块 Hit Crossing 便 会产生一个正向脉冲 即电网电压的同步脉冲 此脉冲一方面作用 于积分器的同步输入端 产生积分同步信号 使其开始积分 另一 方面 它将转化成布尔类型的量后作用于 RS 触发器的复位端 R 假 如其置位端 S Q 使其输出 Q 0 该信号经过 非 运算后传递到积 分器 1 为输出脉冲做准备 由于积分器的积分斜率为电源的频率 在每个周期内 其积分值为 Freq T 1 而每个周期对应 360 电角度 每一度对应积分值为 1 360 因而当要求在 a 度触发晶闸管时 只 需要等到 a 个 1 360 时输出触发脉冲即可 模块 Relational Operator1 将给定的触发角转变为积分值与模块 Integrator 输出相 比较 来产生触发晶闸管的时刻 当达到 a 角度时 模块 Relational Operator1 输出 1 转化为布尔类型的量后作用于 Logical Operator 模块 由于其另一个输入端同步信号到来时便已 经为 1 所以此时该模块输出由 0 变为 1 产生一个上升沿 使积分器 Integrator1 开始积分 其输出信号与给定脉冲宽度相比 较后 产生晶闸管的触发脉冲 由于模块 Integrator1 的积分斜率 也为电源频率 与上述原理相似 若要控制输出脉冲的宽度 只需 令模块 Integrator1 的输出小于某值时有脉冲即可 输入 3 的作用是用于控制脉冲的输出 当其输入为非零时 脉 冲被封锁 反之 则允许触发脉冲输出 另一方面 模块 Logical Operator1 的输出经模块 Memory 送入 RS 触发器 当其为高电平时 其 Q 输出端输出 1 为下次触发脉冲做准备 Memory 的作用就是 为了防止当同步脉冲与触发脉冲同时到来时 将触发信号向后稍微 延迟极小的一段时间 避开同步脉冲 这样既为 Integrator1 产生 积分同步信号 又能为下次以做准备 由于输出信号为布尔型变量 不能直接驱动晶闸管 故应将其 转化为双精度变量 这样就是单相可控整流电路所需的脉冲触发电 路 3 触发脉冲调节电角度和调节脉宽时输出波形的仿真结果 1 调节电角度时的脉冲信号波形 脉宽为 20 a 30 时 图 5 a 30 脉宽为 20 a 60 图 6 a 60 脉宽为 20 a 90 图 7 a 90 脉宽为 20 2 调节脉宽 a 90 脉宽为 20 图 8 脉宽为 20 a 90 脉宽为 50 图 9 脉