基于MATLAB的晶閘管觸發(fā)電路

1、基于MATLAB的晶閘管觸發(fā)電路一、觸發(fā)電路 晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路，即通過(guò)控制觸發(fā)角a的大?。刂朴|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2、 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)

2、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，相控觸發(fā)電路必須滿足以下要求： 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

3、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足一定的相位關(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

4、代替。 4、觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)必須在晶閘管的門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)稱性。相控觸發(fā)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

5、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。3、 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。 直接連接 光耦合器連接 脈沖變壓器耦合器連接 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

6、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，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

7、其開(kāi)始積分。另一方面，它將轉(zhuǎn)化成布爾類型的量后作用于RS觸發(fā)器的復(fù)位端R。假如其置位端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)化為布爾類型

8、的量后作用于Logical Operator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?”，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。當(dāng)其為高電平時(shí)，其Q

9、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20a=60°： 圖6 a=60°脈寬為20a=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5