晶闸管范文10篇
时间：2023-04-06 01:30:21
晶闸管范文篇1
关键词：电子设备自动化；晶闸管；数字移相触发；VHDL；相序自适
引言
移相触发器是控制晶闸管电力电子装置的一个重要部件，其性能的优劣直接关系到整个电力电子装置的性能指标，因而历来受到人们的重视。过去常用的模拟触发电路具有很多缺点，给调试和使用带来许多不便。近年来，数字移相触发技术发展极为迅速，出现了以单片机、专用微处理器以及可编程门阵列为核心的多种触发器集成电路。本文使用ALTERA公司的EPF10K10芯片，采用VHDL语言设计了一种以全数字移相技术为核心、具有相序自适应以及针对调压与整流的模式识别功能的双脉冲列式三相晶闸管数字移相触发电路。
1三相晶闸管相控触发电路工作原理
触发电路的主要功能是根据电源同步信号以及控制信号来实现对晶闸管的移相控制。
对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔60°。本设计采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差180°的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出6路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6路脉冲。
图1
2EDA设计的实现
此单元模块包括PULSE（脉冲形成、调制及保护）模块和PULSE_ASSIGN（补脉冲形成及脉冲分配）模块。整个电路由三组相同的单相触发脉冲形成电路组成，各相形成正负两路触发脉冲，6路脉冲经补脉冲形成及分配模块形成6路双窄补脉冲输出。根据同步信号a_input（或b_input，c_input）输入的上升沿或下降沿到来时刻，采用九位计数器计数。当计数值与pulse_input端（相位控制信号输入端）输入的数值相等时则输出相应的触发脉冲。将外接系统时钟进行分频作为调制脉冲对触发脉冲进行调制。当保护端pulse_enable输入为‘1’时，不输出触发脉冲，为‘0’时则正常输出，以此来实现保护功能。基本原理框图如图1所示。
2.1PULSE模块
此模块完成脉冲形成、调制及保护功能。次模块电路如图2所示，分为4部分，即A部分将同步控制脉冲信号Syn_A转换为正负半周同步控制电平。
B部分完成移相功能。C255是255进制的计数器，其时钟Clk2为25kHz，计数结果通过比较器T1及T2与输入相位控制信号data进行比较。以此实现移相功能。
C部分通过25进制计数器C25实现脉宽形成功能。通过在线改变内部参数还可以改变脉冲宽度。
D部分实现脉宽调制功能。
下面给出B部分VHDL硬件描述语言程序：
LIBRARYieee;
USEieee.std_logic_1164.all;
USEieee.std_logic_arith.all;
USEieee.std_logic_unsigned.all;
ENTITYpulseIS
PORT
(clk2:instd_logic;
syn_output1:instd_logic;
syn_output2:instd_logic;
pulse_data:instd_logic_vector(7downto0);
out1,out2:outstd_logic
);
ENDpulse;
ARCHITECTUREaOFpulseIS
signalout1,out2:std_logic;
signalcount1,count2:std_logic_vector(7downto0);
BEGIN
pulse_generator1:process(clk2)
begin
IFsyn_output1=''''0''''THEN
count1<="11111110";
out1<=''''0'''';
elsif(clk2''''eventandclk2=''''1'''')then
count1<=count1－1;
if(count1>pulse_data)then
out1<=''''0'''';
else
out1<=''''1'''';
count1<="00000000";
endif;
endif;
ENDPROCESSpulse_generator1;
pulse_generator2:process(clk2)
begin
IFsyn_output2=''''1''''THEN
count2<="11111110";
out2<=''''0'''';
elsif(clk2''''eventandclk2=''''1'''')then
count2<=count2－1;
if(count2>pulse_data)then
out2<=''''0'''';
else
out2<=''''1'''';
count2<="00000000";
endif;
endif;
ENDPROCESSpulse_generator2;
enda;
2．2PULSE_ASSIGN模块
此模块完成补脉冲形成及脉冲分配功能。为了保证整流桥合闸后共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导电，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时发触发脉冲。例如当要求VT1导通时，除了给VT1发触发脉冲外，还要同时给VT6发一触发脉冲；触发VT2时，必须给VT1同时发一触发脉冲等。
补脉冲形成方案如下：
out1<=in1orin6;
out2<=in6orin3;
out3<=in3orin2;
out4<=in2orin5;
out5<=in5orin4;
out6<=in4orin1;
其中：in1，in2，in3，in4，in5，in6分别对应PULSE模块的A相正负脉冲，B相正负脉冲、C相正负脉冲输出。out1，out2，out3，out4，out5，out6输出到对应整流电路中的1－6号晶闸管。
3仿真及实验结果
为了检验上述设计的有效性及可行性，分别按程序软件仿真、单相实际电路测试和三相闭环系统对该触发器的性能进行了检验，并取得了良好的仿真及实验结果。
3．1仿真结果
应用ALTERA公司的MAXPLUSII软件对上述程序进行了仿真。图3是6路触发脉冲电路的仿真波形。a_input，b_input及c_input分别是间隔120°的三相同步输入信号；1，2，3，4，5，6分别是对应1－6号晶闸管门极的触发器输出信号，可见该结果是比较理想的。
3．2单相实验测试波形
针对上述的仿真结果，组成硬件实验电路进行了测试。图4给出了典型控制角时A相同步信号及其相应的1号晶闸管触发脉冲波形。为了使波形更清楚些，此处给出的是没有进行调制的触发脉冲波形。
4在三相整流系统中的应用情况
应用前述触发脉冲形成电路及所编程序构成三相晶闸管触发器，用于三相全控整流系统中。所用晶闸管型号为日本三社电机公司生产的PK55F120，阻性负载。结果获得输出电压的连续调节，调压范围可以从0V到额定输出电压510V内调节，对应触发控制角α为0°～120°，实验证明了该触发器可以稳定运行，其调节输出连续平滑，效果令人满意。图5中（a）与（b）分别给出了通过霍尔电压传感器测得的α=60°及α=0°的三相全控整流电路的输出波形。
晶闸管范文篇2
【关键词】高压电动机软起动软件设计
一、异步电机软起动
异步电机软起动器可减小电动机硬起动引起的电网电压降,使之不影响与其共网的其它电气设备的正常运行。可减小电动机的冲击电流,冲击电流会造成电动机局部温升过大,降低电动机寿命;可减小硬起动带来的机械冲击力和冲击力加速对所传动机械(轴、啮合齿轮等)的磨损;减少电磁干扰,冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。软起动使电动机可以起停自如,减少空转,提高作业率,因而有节能作用。
对于电动机的软起动,大致可分为有级和无级两种。有级型的软起动有定子串电抗器降压、液态电阻降压、星-三角(y-△)降压、自耦变压器降压和延边三角形降压等。无级型软起动有开关变压器降压、磁饱和电抗器降压、晶闸管串联降压软起动等。由于有级型降压软起动的调节存在一定程度的二次电流冲击,因此对电机的软起动效果有限。而在无级型软起动器中,随着电力电子技术的提高和功率器件的发展以及铜、铁等原材料价格的大幅上涨,晶闸管串联式的高压软起动装置越来越被市场所认可。
二、降压起动原理
把三相异步电动机的定子绕组接通到三相电源上,转子从静止升速到稳定状态,这一过程叫起动。在合闸的瞬间,电动机的转差率为1,起动电流等于堵转电流,起动转矩等于堵转转矩。随着转速升高,起动电流从堵转电流逐渐下降,最后稳定在某个数值。较高的堵转转矩表明电动机能在较大负载下起动,并获得较大的加速度,但过大的堵转电流会在供电线路上产生很大的压降,使电网电压波动,直接影响到接在该电网上电气设备的运行。异步电动机的t形等效电路图。
高压电动机软起动装置系统所示。晶闸管串联的功率单元联接在三相高压电网与电动机之间,控制单元根据传感器传送回来的信号按事先设定好的起动曲线进行移相调节。控制单元发出的晶闸管触发信号经光纤传送到晶闸管触发单元,用来调整晶闸管的导通角,进而达到调整电压的目的,使得输出到电动机上的电压按照一定曲线缓慢上升,实现电动机的软起动。当电动机达到额定转速时,旁路接触器吸合,电动机处于旁路运行状态。控制单元仍然进行在线检测,负责电机的电压、电流的显示及各种故。
三、高压软起动、晶闸管串联单元设计
由于目前国内市场应用的电动机大多是6kv和10kv电机,做为串接在高压电网和电动机之间的功率执行器件,单只晶闸管还不足以承受6kv的高压,虽然单只晶闸管目前已经成熟地发展到单只耐压6500v,但考虑到电网波动、浪涌及耐压余量等可靠性因素,在设计6kv高压软起动装置的时候,功率单元采用3只晶闸管串联的方式来提高耐压值。同理在设计10kv高压软起动装置的时候采用5只晶闸管串联组成高压阀组。
(1)单相6kv高压晶闸管功率阀组所示。scr1～scr6为大功率高压晶闸管,它们每三个串联后再反并联组成单相功率串联阀组,以实现软起动器对交流电机的控制。这6只晶闸管选用同一厂家、同一型号、同一生产批次的产品,以减小其在生产过程中由于生产工艺的不同而产生的自身特性诸如伏安特性、反向恢复电荷、开关时间和临界电压上升率等的差异,影响均压。r1、r2、r3为静态均压电阻,用以实现晶闸管的静态均压。静态均压电阻选用无感电阻,阻值为晶闸管阻断状态等效阻值的1/40,且功率留有足够大的余量。r4、r5、r6和c1、c2、c3共同组成动态均压网络,用以实现动态均压。通过选择,各电阻和电容的参数误差应非常小,电容的取值根据晶闸管的最大反向恢复电荷和最小反向恢复电荷的差值计算求得。均压过程主要是由电容c完成的。串联的各只晶闸管开关速度不会完全一致,而会稍有差别。电容c上的电压在静态情况下数值相同,在开关过程中,由于电容上的电压不能突变,加在各只晶闸管上的压降不会发生跳变。由于开关过程中各只晶闸管中电流不一致所造成的影响由电容c的充放电补偿。
(2)接口单元设计
单元包括电压传感器接口、电流传感器接口、光纤传送接口、故障检测接口及人机交互接口等。其中电压信号采用高阻降压方式,并考虑到系统兼容性,将电路设计成3kv、6kv、10kv通用,以方便产品生产。电流传感器采用标准x/5电流互感器加高精度电流霍尔的形式,将信号进行相应处理后送到cpu进行运算。高压与低压间的信号传送采用光纤传输,既保证信号的实时性及可靠性传输,又起动高低压隔离作用。信号经过接口电路编码后通过光纤传送至触发单元,触发单元将信号解码并经过相应处理后用以触发晶闸管。触发单元的供电采用高位、低位相结合,每只晶闸管的触发电源各自独立。人机接口采用贴膜式软键和液晶显示屏。液晶显示屏为4行8列,设计成4级菜单管理模式,可预设中文及英文显示。公务员之家
四、软件设计系统实验
软件设计是系统控制的核心,直接关系到系统运行的稳定性和可靠性。为了适应各种不同负载的应用,软件设计上设计了多种不同的起动曲线,包括电压斜坡起动、限流起动、突跳起动及软停车曲线等。同时设计完善的保护功能,包括短路保护、过流保护、过压、欠压保护、晶闸管过热保护等。电机的参数及各种保护参数可由用户根据现场应用情况自行设定。公务员之家
系统设计完成后,用6kv/1000kw电机进行了带载起动实验。电机额定电压6kv,额定电流112a,额定转速1480r/min。起动电流单相波,起动电流平稳无冲击,峰值起动电流为额定电流的2.6倍左右,起动时间22s,电网电压无明显波动,达到了良好的起动效果。
晶闸管范文篇3
关键词：电力电子器件；应用现状；发展趋势
随着科学技术的不断进步，电力电子器件装置当今得到了广泛的应用，主要涉及到交通运输业、先进装备制造业、航天航空和坦克飞机等现代化装备中。得益于电子技术的应用优势，全球电子产品产业得到了快速的发展，给全球的经济、文化、军事等各领域带来了实质性的影响。电子技术可以划分为两类：一种是电子信息技术，电力电子元件在电子信息技术上的应用可以实现信息的传送、储存和控制等目的；第二种就是保证电能正常安全的进行传输，同时将能源和信息有效的结合起来。在社会的不断发展中，各行各业对于优质优量的电能都是迫切需要的，而随着一次次电力电子技术的改革，电力电子器件的应用范围也更加广泛，成为了工业生产中不可或缺的重要元件。电力电子技术的发展为人类的环保和生活都做出了重要的贡献，成为了将弱电与强电、信息与电子、传统产业与现代产业完美结合的媒介。所以电力电子器件的研究成为了电力电子行业的重要课题。
1.电力电子器件的应用与发展历程
上世纪50年代开始，全球第一支晶闸管诞生，这就标志着现代电气传动中的电力电子技术登上历史的舞台，基于晶闸管研发的可控硅整流装置成为了电气传动行业的一次变革，开启了以电力电子技术控制和变换电能的变流器时代，至此电力电子技术产生。到70年代时晶闸管已经研发出来可以承受高压大电流的产品，这一代的半控型器材被称之为第一代电力电子器件。但是晶闸管的缺点就是不能自关断，随着电力电子理论和工艺的不断进步，随后研发出了GTR.GTO和MOSFET等自关断的全控型，这一类产品被称之为第二代电力电子器件。之后出现了第三代电力电子器件，主要以绝缘栅双极晶体管为代表，第三代电力电子器件具有频率快、反映速度快和能耗较低的特点。在近些年的研究中，人们开始将微电子技术与电力电子技术进行融合，从而制造出了具有多功能、智能化、高效率的全控性能集成器件。电力电子器件中使用最多，构造简单的就是整流管，当前整流管可以分为普通型、快恢复型和肖特基型三种。在改善电力电子性能、减少电路能源损耗和提升电流效率等方面，电力整流管发挥着重要的作用。美国通用电气公司于1958年研发出了第一个用于工业的普通晶闸管，为今后的工艺调整和新器件的研发打下了基础，随后的十年中各式各样的晶闸管面世，例如双向、逆向逆导和非对称等，到现如今这些晶闸管还一直在被使用。为了解决晶闸管的不可自关断问题，美国于1964年研发了0.5kV/0.01kA的可关断晶闸管，到今天发展成为9kV/2.5kA/0.8kHZ和6kV/6kA/1kHZ。可关断晶闸管具有容量大和低频率的特点，在大功率牵引驱动中发挥着极大的作用。随后到70年代，GTR产品成功面世，其额定值已经达到了1.8kV/0.8kA/2kHZ和0.6kV/0.003kA/100kHZ，GTR产品具有极大的灵活性，有着开关能源消耗低和时间短的优点，在中等容量和频率电路中发挥着主要作用。而第三代的绝缘栅型双极性晶体管，对电压能够进行控制，有着输入阻率抗性大和驱动功率小等特点，有着巨大的发展潜力。
2电力电子器件的应用
2.1晶闸管
从1960年开始到1980年，这二十年间使用最多的就是晶闸管，相比由电动发电机和水银整流器组合而成的传统晶闸管，有着功率大、高效率和体积小等优势，在变流技术中占据着重要的地位。其中直流斩波器广泛的应用于国内外的城市电车中。但是这类晶闸管存在着不可关断和低工作频率的缺点，为了解决这一问题，门极可关断晶闸管被研制出来，在日本和欧洲等国家人们开始研制以高电压和高功率的可关断晶闸管为基础的用于城市轨道交通电动车组的变频器。
2.2绝缘栅双级晶体管
随着可关断晶闸管的广泛应用，人们发现可关断晶闸管的关断增益还是比较低，并且在进行关断时所消耗的能源比较多，关于可关断晶闸管的应用出现广泛的争议。随着绝缘栅双级晶体管的研发成功，人们发现相比可关断晶闸管，绝缘栅双级晶体管具有更多的优点，于是开始将绝缘栅双级晶体管广泛用于电动车的开发上。
2.3智能功率模块
智能功率模块是在绝缘栅双级晶体管基础上结合了故障检测保护电路所研制成的电力电子模块，在近年来在很多国家得到了推广。相比以前的功率器件，智能功率模块有着以下特点：首先具备电流传感功能，能够持续监测功率器件电流；具有温度传感功能；此外还具备高电压和电流，能有效的降低通态和开关的能源损耗，无需另外设计驱动电路，应用起来了更加便捷。
3结语
在电力电子器件的初期发展阶段，人们将之称之为功率半导体器件，其功率远远大于传统的控制用半导体器件和通信用半导体器件，随着科技水平的发展，电力电子器件逐步的更新换代。除了传统的双向晶闸管、快速晶闸管、逆导晶闸管之外，大量新型电力电子器件出现，开始朝着纵深的发展趋势发展，给电力电子器件产业的发展带带了新的生机。
作者:易跃镕 单位:湖南省长沙市广益实验中学
参考文献:
[1]盛况,郭清.碳化硅电力电子器件在电网中的应用展望[J].南方电网技术.2016(03)
[2]赵争鸣,袁立强,鲁挺,贺凡波.我国大容量电力电子技术与应用发展综述[J].电气工程学报.2015(04)
晶闸管范文篇4
关键词：晶闸管控制节电提高功率因数
我公司属于地铁、热力管线、电力隧道及人防等地下暗挖工程的施工企业，由于施工中的主要材料为大量的钢筋拱架、网片及金属管道焊接等工作，每天都有几十台的电焊机同时工作，在电焊工作中，从焊好一道焊缝到焊接下一到焊缝时，经常要做很多辅助的工作。这时的电焊机就处于空载运行状态，电焊机变压器的初级绕组中仍有空载电流流过，有时工人吃饭或下班都忘记关掉电源。这样，就白白浪费掉许多电能。为了减少这些无功电能损耗，使电焊机工作时有电，停焊时就能断电的控制，我采用了两个单向或一个双向晶闸管作为交流电焊机的电源开关。因为双向晶闸管在正、反相电压下都不能导通，要想导通必须经控制级和阴极所加一个触发电压才能导通。所以可以用它做电焊机的交流开关，利用双向晶闸管作电子开关比机械开关更加优越。因为只需很低的控制功率，就能控制相当大的电流，它不存在触点抖动问题，动作速度极快，在关断时也不会出现电弧现象。
一.晶闸管的工作原理：
经闸管是由两层P型和两层N型半导体交叉迭装而成，在这四层半导体的交界面处形成3个PN结，从一端的P区引出一个阳极（A），从另一端的N区引出一个阴极（C），在中间层的P区引出一个控制极（G）。可见，经闸管是一种四层三端器件，电路中用V表示。当经闸管的阳极A加正向阳极电压，可以理解为一个PNP型和一个NPN型的三极管直接耦合而成的。
<图1>晶闸管的外形及图形符号
二、可控硅的特性:
可控硅分单向可控硅、双向可控硅。单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G三个引脚。双向可控硅有第一阳极A1（T1），第二阳极A2（T2）、控制极G三个引脚。只有当单向可控硅阳极A与阴极K之间加有正向电压，同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时，方可被触发导通。此时A、K间呈低阻导通状态，阳极A与阴极K间压降约为1V。单向可控硅导通后，控制极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压，单向可控硅继续处于低阻导通状态。只有把阳极A电压撤除或阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（交流过零）时，单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。单向可控硅一旦截止，即使阳极A和阴极间又重新加上正向电压，仍需在控制极G和阴极K之间重新加上正向触发电压方可导通。单向可控硅的导通与截止状态相当于形成的闭合和断开状态，用它可制成无触点开关。
三.电焊机空载节电控制开关电路设计
主电路由双向晶闸管、熔断器、电焊机变压器、开关等组成，控制电路则由晶闸管VS的触发极G微动开关SA2组成。当电焊机工作时其工作原理如下：（详见图2）
<图2>双向晶闸管的控制原理图
图2当合上开关SA1，接通380V电源，在焊机未焊接前，即当焊钳按钮开关SA2处于断开状态时，晶闸管的阳极A和阴极K之间只是加上一个正向电压，由于控制极G未加触发电压，晶闸管内部有一个PN结处于反相偏置，因此其中只有很小的电流流过，这个电流为正向漏电流。这时，晶闸管阳极和阴极之间表现出很大的内阻，处于阻断（截止）状态，此时晶闸管VS无触发信号而不导通。当焊接工作开始时，只要操作人员按下SA2开关时，双向晶闸管VS经控制极（G）和阴极（K）加正向电压被触发导通。焊机接通电源即可以进行焊接。当焊接结束时，只要工作人员关掉SA2开关，维持元件继续导通的最小电流为维持电流IH。当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。这里的R、C是保护电路，其作用主要是防止电压突变时使VS损坏。
<图3>两个单向晶闸管控制原理图
图3为采用两个单向晶闸管实现的节电电路。其工作原理和双向晶闸管的工作原理差不多。工作时手握焊钳，用手指按下按钮开关SA2后,VS1、VS2的控制极便靠对方的漏电流相互触发至使两个单向晶闸管同时导通，焊机接通电源后，便处于工作状态，即可焊接。当要停焊时，再按一下SA2,后，VS1,VS2便会在电压过零时迅速关断，从而断开电焊机的电源，电路中压敏电阻RV用于吸收操作高峰电压，保护VS1,VS2。要控制交流负载，必须将两只单项晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路。
四、元器件选择
双向晶闸管VS由于能承受较大电压，因此安全系数不必过大。在380V交流回路中，一般取600V即可。双向晶闸管的额定电流以有效值计算，因此元件额定电流的选择只要大于负载电流有效值即可。为安全起见，可取焊机初级最大电流的1.2倍左右。我公司电焊机均使用BX3－500型电焊机，一次最大电流为75A乘以1.2倍得90A，可选KS-100-8-21型，其中KS表示双向可控（闸流）额定通断电流100A，断态重复峰值电压8级（800V）断态电压临界上升率（Dv/Dt）2级（不小于200V/VS）换向电流临界下降率（Di/dt）1级（不小于1％额定通断电流＝1A/us）。即可，为了限制加在双向晶闸管上的（Du/Dt）值，防止误导通，在元件两端要并联阻容电路，通常取R=50~100Ω;C=0.1uf。电容C和电阻R是常用的过电压保护方法，是加一个阻容吸收电路，利用电容器电压不能突变的特点，把尖峰电压吸收。其实质是当电流切断的瞬间，把电感回路内的磁场吸收过来，转变成电场，能储存在电容器中，然后电容器通过电阻放电，把聚积的能量逐渐散掉。阻容吸收电路中的电阻，不仅可以减小放电时的电流冲击，而且还可以抑制电容与负载电感可能引起的自激振荡。并联在晶闸管上的阻容吸收电路要尽量靠近元件，引线要短，最好采用无感电阻。通常这种阻容元件参数可按下表的经验数据选用。在大容量的晶闸管电路中，也可接入非线性电阻器件（如压敏电阻或硒堆），用来抑制电网上侵入的很大的、持续时间较长的浪涌电压。
单向晶闸管VS1，VS2应选用型号同规格的元件，其额定电压为1200V，额定电流不低于最大初级电流的1.5倍，即75×1.5＝112A，选120A即可。RV采用MY31—1100/5型的。按钮开关应尽量选用小型按钮，同时要便于操作。有条件者，可将圆形的胶布手柄改为手枪柄似的长方形手柄，同时将按钮开关安装在手柄里。
五.制作与调试：
按图上所示安装，由于电路简单，只要将元器件焊接在接线架上，而无需使用印制电路板，即可成功。
此电路经过使用，取得良好的节电效果。按每天每台焊机节约几度电来计算，几十几台电焊机一年要节约上万度电以上，可为单位节约大量的电力能源，并在大部分电焊机停用时可提高系统的功率因数等。
主要参考文献：
秦曾煌主编的电工学，高等教育出版社1998年
郑忠杰主编的晶闸管变流技术，机械工业出版社1988年
晶闸管范文篇5
【关键词】高压电动机软起动软件设计
一、异步电机软起动
异步电机软起动器可减小电动机硬起动引起的电网电压降，使之不影响与其共网的其它电气设备的正常运行。可减小电动机的冲击电流，冲击电流会造成电动机局部温升过大，降低电动机寿命；可减小硬起动带来的机械冲击力和冲击力加速对所传动机械(轴、啮合齿轮等)的磨损；减少电磁干扰，冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。软起动使电动机可以起停自如，减少空转，提高作业率，因而有节能作用。
对于电动机的软起动，大致可分为有级和无级两种。有级型的软起动有定子串电抗器降压、液态电阻降压、星-三角(y-△)降压、自耦变压器降压和延边三角形降压等。无级型软起动有开关变压器降压、磁饱和电抗器降压、晶闸管串联降压软起动等。由于有级型降压软起动的调节存在一定程度的二次电流冲击，因此对电机的软起动效果有限。而在无级型软起动器中，随着电力电子技术的提高和功率器件的发展以及铜、铁等原材料价格的大幅上涨，晶闸管串联式的高压软起动装置越来越被市场所认可。
二、降压起动原理
把三相异步电动机的定子绕组接通到三相电源上，转子从静止升速到稳定状态，这一过程叫起动。在合闸的瞬间，电动机的转差率为1，起动电流等于堵转电流，起动转矩等于堵转转矩。随着转速升高，起动电流从堵转电流逐渐下降，最后稳定在某个数值。较高的堵转转矩表明电动机能在较大负载下起动，并获得较大的加速度，但过大的堵转电流会在供电线路上产生很大的压降，使电网电压波动，直接影响到接在该电网上电气设备的运行。异步电动机的t形等效电路图。
高压电动机软起动装置系统所示。晶闸管串联的功率单元联接在三相高压电网与电动机之间，控制单元根据传感器传送回来的信号按事先设定好的起动曲线进行移相调节。控制单元发出的晶闸管触发信号经光纤传送到晶闸管触发单元，用来调整晶闸管的导通角，进而达到调整电压的目的，使得输出到电动机上的电压按照一定曲线缓慢上升，实现电动机的软起动。当电动机达到额定转速时，旁路接触器吸合，电动机处于旁路运行状态。控制单元仍然进行在线检测，负责电机的电压、电流的显示及各种故。
三、高压软起动、晶闸管串联单元设计
由于目前国内市场应用的电动机大多是6kv和10kv电机，做为串接在高压电网和电动机之间的功率执行器件，单只晶闸管还不足以承受6kv的高压，虽然单只晶闸管目前已经成熟地发展到单只耐压6500v，但考虑到电网波动、浪涌及耐压余量等可靠性因素，在设计6kv高压软起动装置的时候，功率单元采用3只晶闸管串联的方式来提高耐压值。同理在设计10kv高压软起动装置的时候采用5只晶闸管串联组成高压阀组。
(1)单相6kv高压晶闸管功率阀组所示。scr1～scr6为大功率高压晶闸管，它们每三个串联后再反并联组成单相功率串联阀组，以实现软起动器对交流电机的控制。这6只晶闸管选用同一厂家、同一型号、同一生产批次的产品，以减小其在生产过程中由于生产工艺的不同而产生的自身特性诸如伏安特性、反向恢复电荷、开关时间和临界电压上升率等的差异，影响均压。r1、r2、r3为静态均压电阻，用以实现晶闸管的静态均压。静态均压电阻选用无感电阻，阻值为晶闸管阻断状态等效阻值的1/40，且功率留有足够大的余量。r4、r5、r6和c1、c2、c3共同组成动态均压网络，用以实现动态均压。通过选择，各电阻和电容的参数误差应非常小，电容的取值根据晶闸管的最大反向恢复电荷和最小反向恢复电荷的差值计算求得。均压过程主要是由电容c完成的。串联的各只晶闸管开关速度不会完全一致，而会稍有差别。电容c上的电压在静态情况下数值相同，在开关过程中，由于电容上的电压不能突变，加在各只晶闸管上的压降不会发生跳变。由于开关过程中各只晶闸管中电流不一致所造成的影响由电容c的充放电补偿。
(2)接口单元设计。单元包括电压传感器接口、电流传感器接口、光纤传送接口、故障检测接口及人机交互接口等。其中电压信号采用高阻降压方式，并考虑到系统兼容性，将电路设计成3kv、6kv、10kv通用，以方便产品生产。电流传感器采用标准x/5电流互感器加高精度电流霍尔的形式，将信号进行相应处理后送到cpu进行运算。高压与低压间的信号传送采用光纤传输，既保证信号的实时性及可靠性传输，又起动高低压隔离作用。信号经过接口电路编码后通过光纤传送至触发单元，触发单元将信号解码并经过相应处理后用以触发晶闸管。触发单元的供电采用高位、低位相结合，每只晶闸管的触发电源各自独立。人机接口采用贴膜式软键和液晶显示屏。液晶显示屏为4行8列，设计成4级菜单管理模式，可预设中文及英文显示。
四、软件设计系统实验
软件设计是系统控制的核心，直接关系到系统运行的稳定性和可靠性。为了适应各种不同负载的应用，软件设计上设计了多种不同的起动曲线，包括电压斜坡起动、限流起动、突跳起动及软停车曲线等。同时设计完善的保护功能，包括短路保护、过流保护、过压、欠压保护、晶闸管过热保护等。电机的参数及各种保护参数可由用户根据现场应用情况自行设定。
系统设计完成后，用6kv/1000kw电机进行了带载起动实验。电机额定电压6kv，额定电流112a，额定转速1480r/min。起动电流单相波，起动电流平稳无冲击，峰值起动电流为额定电流的2.6倍左右，起动时间22s，电网电压无明显波动，达到了良好的起动效果。公务员之家
晶闸管范文篇6
关键词：微控制器；晶闸管开关；电路板
1引言
在日常生产与生活中，大量电动机都以规定的速度和功率去拖动各种机械。而在军事上，很多应用往往要求旋转天线在各种条件下都要保持匀速转动,这就要求在不同的情况下，电动机能相应调整工作速度，以保持恒定的速度。要实现这一功能，最常用的方法是对电动机的转速进行调节。改变直流电动机的电枢或交流电动机的定子电压，都可以在一定的范围里改变转速；也可用双向晶闸管交流开关或直接选用模拟控制的通用电动机驱动器来取代笨重的电动机、发电机组以及饱和电抗器。本文介绍一个直接由110／240V电源供电的通用电动机驱动电路和一个MCU以及一个双向晶闸管开关来实现控速的设计方法。其中单片机选用Microchip公司的PIC12F675。与用户接口的方式有三种一个是接触传感器；一个是按钮；一个是电位器。笔者在该仿真实验中采用的是电位器。辅助电源从电源电压中变压整流获得。
2设计方案和结构
2．1电路结构
电动机的调速系统是一个闭环系统，其结构图如图1所示。使用时，可通过设置电位器的电阻大小，并经A／D输入单片机来预设速度；单片机通过同步电路与220V交流电源同步，并通过输出脉冲控制晶闸管的通断，从而控制电动机的速度，同时将电动机的速度通过速度检测装置（霍尔开关）反馈给单片机以形成闭环。
2．2单片机电路的功能原理
该设计中单片机电路的功能原理图如图2所示。它由5V直流副电源和220V交流主电源、单片机、双向晶闸管开关和电机整流电路和霍尔开关组成。其中，单片机的脚1（Vdd）接＋5V脚8（Vss）接地，其它引脚的功能与设计如下：
（1）GP3用于上电复位。在通电的瞬间，C3通过R2充电GP3以经延迟后低电平触发。延迟的大小和CPU的频率有关，对于PIC12F675单片机，延迟只要大于72ms就可以了。GP3外的电阻可以选1kΩ电容应大于0．1μF。二极管D2的作用是在电源快速反复通断时，保证C3电容能及时放电。
图2
（2）GP4主要用于速度信息的输入。该脚外的电位器R1用于为GP4输入一个电平（GP4在这里的功能是10位A／D转换器）。该输入电平通过A／D转换后，用于给单片机输入一个预设速度。将该速度和实际速度进行比较，并计算出速度的偏差，然后查表或通过算法便可以得到延迟Td。电位器R1的阻值应较大（在100kΩ左右），以减少5V副电源的负载压力。
（3）通过GP2可输入同步信号。由于220V的交流电源频率不是很稳，因此，为了保证延迟Td的精确，应通过R5输入交流信号进行同步。GP2在这里的功能也是A／D转换器，它可将通过R5输入的交流信号转化成数字信号。R5的阻值要大约在1MΩ左右。因为R5直接接在220V的交流电源上，而单片机的输入电流不能太大。
（4）通过GP0可输入霍尔器件产生的电动机转速信号。
霍尔开关是用于磁场检测的半导体传感器，霍尔开关的实际接线图如图3所示，PIC12F675的1脚接5V直流电源，2脚接地，3脚输出频率脉冲给单片机的GP0脚。
在正常工作时，霍尔开关被放置在电动机内按周期强度和方向发生变化的磁场中。其输出电压的大小随着垂直通过霍尔开关半导体薄片的磁场的强度变化，霍尔开关有电流式和开关式两种。电流式霍尔开关输出的是模拟信号，可完全包含磁通量的变化情况；而开关式霍尔开关则由于集成了比较器，因而可直接输出数字信号。本设计采用数字式无疑是最方便的。如果采用电流式，由于选用的是功能全面的自带比较器的PIC12F675单片机，它的GP1脚上输入的一个门限电平（由两个电阻分压得到）通过单片机内部的比较器和GP0脚的转速模拟信号进行比较，也可以实现信号检测。
由于实际的霍尔开关要接在电动机的线圈附近，手工改造电动机相对比较困难。因此，该设计为了方便演示，可以使用一个由555定时器设计的多谐振荡器产生的频率脉冲信号来替代霍尔开关的输出信号。
（5）GP5脚输出的低电平脉冲用于触发双向晶闸管开关，其脚输出低电平脉冲的时间是由延迟Td决定的，要保证和主电源同步才能使相位平稳的前后移动。GP5脚的低脉冲可以使双向晶闸管开关保持导通，直到220V电源反向。
此外，在实际应用中，双向晶闸管开关对触发电路的要求如下：
（1）双向晶闸管开关从截止到完全导通需要一定的时间（一般在10μs下），所以触发脉冲的宽度要在10μs以上，最好为20～50μs。如果是感性负载，由于电流上升比较慢，实际上还需要更宽的脉冲宽度。
（2）触发电路要有足够大的电压和电流。电压应在4～10V，电流要大于10mA，所以可使用5V的副电源。在双向晶闸管开关和GP5之间应接一个0．2kΩ的电阻。
（3）不触发时的电压应小于0．15～0．2V。触发脉冲的前沿要尽量陡，应在10μs以下。
3软件的实现
图4是该设计中转速和检测信号的波形时序图，图5是本设计方案的软件程序流程图。该程序的主要步骤是复位、初始化、设置GP2上升沿中断、设置A／D通道GP4、读取电位器设定的速度值n（n经过A／D）和读取Td预先设定值等。当交流电源变为负半周期时，设置GP2下降沿触发和延迟Td即可输出宽度为Tg的脉冲，同时设置GP0接收中断源请求等。一般当霍尔开关输入为上升沿时中断，计数器计数，而当霍尔开关再输入一个上升沿中断时，计数器停止，并记下数值a，最后在通过比例积分调节算法计算出延迟Td后清除n和a。当交流电源变为正半周期时，在设置GP2上升沿触发、设置A／D通道GP4、等待中断、补偿延迟T0、延迟Td以及触发脉冲Tg后，便可通过GP4读取设置速度n。设计时正负周期的程序循环进行。通过计数器的数值a计算转速s的算式如下：
s＝f／a
其中，f是十六位计数器1的频率，为1MHz。
实际上，通过n和a由单片机计算延迟td需要一个准确的算法。数字调节算法一般选择PI算法，这是在工业过程控制中应用最广泛的一种控制形式。其作用在于能够集比例调节的快速和积分调节的清除静差作用于一体，从而使系统的静、动特性都有所改善。
晶闸管范文篇7
Matlab能够构建出一个高科技环境，在这个环境中可以实现高科技计算，具有更好的交互式友好界面，并且还可以实现一种交互式的程序设计。Matlab将各种强大的功能集成到一个可视化窗口中，在这种环境中不仅可以实现矩阵计算和数值分析，还能够进行非线性动态系统的建模与方针，将所应用的科学数据已可视化窗口的形式进行交互，使数据运算能够更为直观的展现出来，在工程设计以及科学研究领域实现数值运算与处理，是一套完整而全面的科学解决方案，并且不会受到诸如C、Fortran等程序语言在程序设计与编辑方面的的制约，是当前国际主流的计算软件。在数学软件中，Matlab与Mathematica、Maple齐名，是当前应用与数学领域的先进软件，在进行数值计算方面具有较高水平。Matlab能够实现矩阵运算，构建可视化用户界面，并且将数学中的函数在可视化窗口中呈现出来，同时能够将其他可编程语言很好的融入到Matlab工具箱中，进而应用到工程计算、信号处理、信号检测、控制设计、金融建模与分析等诸多领域。在Matlab中，其基本数据单位是矩阵，在指令表达方面较之于数学、工程中的形式极为相近，这也使工程运算中引入Matlab后，其实现过程比C、Fortran等语言更加简单和便捷，同时由于Matlab还融入了Maple等软件的一些优势，使Matlab的功能更为强大，在计算与数据处理方面的能力更为突出。对于改版后的Matlab而言，实现了对C，C++，Java以及Fortran等语言的直接调动，对于用应用上述语言进行完成的实用程序，能够更加简单的被写入到Mltlab中，同时对于部分Matlab爱好者而言，其中的与Matlab相关的部分程序语言能够直接从网络上下载使用。
2电气工程图的重要性
电气图也被成为电气图样，全面被称作电气工程图。电气工程图是在一定的规范中绘制形成的，其中所涉及的图形、文字、符号都采用都是标准的电气化图纸所要求的，并且涉及实际电器工程中与安装、接线、原理、功能、配电关系的简图。在电气工程图中，能够将各个电器元件、线路、构成以及原理和方法更为直观的呈现出来，使工人能够按照电气工程图中所部署的流程来进行施工、维护以及管理。设计者会将其设计思想融入到电气工程图中，施工者要将这种设计意图进行落实，在此基础上来组织生产。维修人员也能够从电气工程图中了解整个电路的结构和原理，及时对发生故障的部位进行排查，进而解决故障问题。所以，电气工程图对于电气设计者、施工者、操作者和检修人员都是其工作的依据，进而实现各个环节的技术交流。
3Matlab在电气工程中的应用
基于Matlab/Simulink进行模型构建，将其触发角定为60，将a相晶闸管Thyristor1的触发脉冲去掉，而其他两相出发脉冲的参数在不发生改变的前提下，其中Thyristor1的触发脉冲由于被去掉使其无法进行导通，而其他两相晶闸管能够正常触发并导通。从波形的角度来进行分析，不难发现c相晶闸管在出发导通后，直到下一次触发b相晶闸管Thyristor2导通时，这之间所产生的负载波形为c相波形。导致这种效果发生的主要原因是由于负载是阻感负载，在稳态的条件下，其电流可以被看作是一条直线。因为晶闸管作为一个电子器件而言是半控型的，当a相晶闸管Thyristor1进行导通时，由于其没有被导通，在这种情况下，负载电流将流入c相晶闸管，并通过c相晶闸管Thyristor3与其构成回路，这时仍然是以c相电压为输出电压。由于电感大小有所不同，因而电压所具有的连续性也存在差异，如果电感足够小，其储能量较少，在下一个脉冲到来前能够将内部能量全部释放掉，管子闭合，使下一个管子在触发导通时，处于零电压。在对其进行观察时，可以采用调节电感大小的方式来对具体的电压的变化情况进行详细观察。从中可以发现，主要存在电流，那么连续电流的平均值与电感之间并不存在关联，负载电感在所产生的作用方面与交流电路所形成的电感也存在差异，由于是直流电压的输出，这也使其电感所起到的作用是平波作用，这也与平均电流的公式相吻合。一旦仿真波形的变化较快，可以采用减小步长的方式来减缓波形变化的速度，这样做的目的在于能够对各个时刻上的每个晶闸管以及负载中的电压和电流瞬间的值进行测定，也便于对晶闸管顺序导通过程中的各负载电流进行观察，其中也包括晶闸管换流时所产生的各种变化情况。此外，以仿真的方式来对触发角以及负载的情况来对电力变换电路中的电压波形、电流波形及其它工作情况进行判定。在对斩波电路进行分析的过程中，可以采用仿真来对扎波频率范围进行观察。比如在一个降压斩波的模拟电路中，为了获得小纹波的输出电流，一般情况下开关的工作频率相对较高。在斩波频率为50Hz时，对电流io进行观察，可以发现其纹波较大；在电路中各种参数不发生变化的条件下，低频率所造成的结果是电流的不连续性；若斩波电流为1000Hz时，不难发现其输出电流io具有较小的纹波。应用仿真不仅能够对稳态情况进行分析，同时还能实现从初始电路到稳态电路的过程直观的呈现出来。因为在电阻负载中，并没有能够进行储能的电器元件，这也表明其并没有过渡过程。不过，阻感负载则不然，通过波形能够分析出电路中存在的电感，电压需要经过一段时间后才能够到达稳态，直到当电流输出具有连续性时，才能够实现电压的稳定。
4结论
晶闸管范文篇8
关键词：气体放电；电弧等离子体；负阻特性；恒流特性
1概述
飞行器在高速飞入太空时，在其周围会形成一种极其复杂的等离子鞘套，鞘套厚度约为10cm左右，该鞘套会吸收或者反射电磁波，从而造成飞行器与外界的通信信号衰减甚至中断，即黑障效应。所以产生等离子体研究这种现象非常有意义。此外，电弧等离子体因具有温度高（达30000K）[1]、能流密度大和良好的控制性等特点，现已在节能、减排、增效、环保等多领域备受青睐[2]。目前，工业发达的国家已将等离子体技术应用在工业固废处理、切割、焊接、冶炼及点火等众多领域[3]，国内也正在推广使用。要实现等离子体技术的全面推广，具有高可靠性和优良控制性能的大功率等离子体激励电源是其关键。在工业生产中，获取等离子的方式虽然有很多种，但是归结起来主要有3种[4]：即热电离、光辐射电离和放电电离，放电电离有时称场致电离，但在航空航天领域一般采用放电电离的方式来获取稳定的等离子体。根据电源-电弧理论以及等离子体在实际工况的应用情况，电弧等离子体负载呈一种负阻特性，要保证其能量可持续保持在几百千瓦或几兆瓦，放电电源需长时间工作在高压大电流状态。一般保持3mm左右的等离子体流，起弧电压约5kV，电流约1A；维持电压约300V，电流约160A，且需要在其范围内可连续可调。放电电源主功率电路采用了三相桥式全控整流电路，利用晶闸管较大的单管容量和较强的抗浪涌能力来满足电弧等离子体对放电电源这种苛刻的供电要求，并采用运算速度快、抗干扰能力强的数字控制系统对其进行控制，提高了放电电源的可靠性和灵活性。
2放电原理及系统构成
从电弧等离子体工作原理来分析，交流激励和直流激励均可使放电电极之间的气体被击穿[5]，发生放电现象。交流激励一般采用工频变压器直接升压后将其气体击穿，但因存在体积大、消耗铁铜金属材料较多、对电网冲击厉害且功率因数极低而很少被采用。随着新电磁材料和新控制理论的不断出现并应用在开关电源中，以及与电力电子技术相关的其他学科不断改进和飞速发展，直流激励一般采用开关电源的方式获取直流电，但是由于开关电源在逆变环节所使用的开关器件大多为IGBT或MOSFET，因其单管容量较小，所以在大功率放电电源中只能采用开关器件串并联的方式工作，由于所选用开关器件的参数和静态特性不可能完全一致，实际使用时必须对其进行串联均压和并联均流的措施来弥补这种不足，不仅使电源系统复杂化而且因环节较多使系统的可靠性也大大地降低。基于现有等离子体激励电源的不足，设计了一种额定输出电压为500V，额定输出电流为300A的放电电源，主功率电路拓扑结构为三相全控整流桥，主电路原理图如图1所示。主电路主要内容涉及进线交流接触器、工频整流变压器、三相整流桥电路、RC吸收电路和低通LC滤波电路。工作原理为：当主电路上电且接收到外部控制面板的合闸信号时，进线侧的交流接触器触点吸收，主电路通电。工作时每个周期整流桥晶闸管器件均按照VT1、VT2→VT2、VT3→VT3、VT4→VT4、VT5→VT5、VT6→VT6、VT1的导通规律工作，每个晶闸管在一个工作周期内都导通120°。2．1整流桥输入线电压。（1-1）2．2整流臂晶。闸管平均通态电流（1-2）电力电子器件抗电流浪涌能力都较差，晶闸管也不例外，在其开关瞬间或过载工作时，会流过大于器件额定值的工作电流，器件极易因管芯温度迅速升高而烧坏，且过电流是电力电子电路最容易发生且最容易损坏器件的主要原因之一；同时电力电子器件对电压也是十分敏感，一旦外加电压超过器件最大额定电压时，器件会立即被损坏，而过电压在实际工作时经常发生，如激励电源进线交流接触器分/合闸、晶闸管换相和关断以及雷电均会引起过电压，所以为了确保电路可以安全可靠的工作，在工程实际中，选取管子额定电压和电流时一般都会考虑2~3倍的安全裕量[6]。此外，由于等离子体激励电源对效率的要求较高，如果选择容量较小的晶闸管让其在接近管子额定值时长期工作，不仅会缩短器件的寿命，且工作效率也较低。通过以上计算和分析，最终选择了中国中车集团公司生产的扁平式晶闸管，型号为：Y38KPJ，该晶闸管通态平均电流，IT（AV）=100（A），反向重复峰值电压VRRM=3000（V），dv/dt=1000V/μs，di/dt=100A/μs，断态漏电流范围为34~39mA。2．3RC吸收电路。激励电源整流桥晶闸管采用了RC吸收电路对其进行过电压保护，缓冲电路直接并联在其每个晶闸管的阴阳极之间，既能对整流臂晶闸管瞬态过电压吸收，又可抑制开关管在导通时正向电压上升率，RC参数计算如下：（1-3）（1-4）（1-5）式中：CS—整流桥RC吸收电路电容（μF）IT（AV）—阀侧器件额定正向平均电流（A）RS—整流桥RC吸收电路电阻（Ω）PRS—RC吸收电路功率损耗（W）f—电源频率（Hz）UARM—臂反向工作峰值电压（V）ns—每个整流臂串联晶闸管个数换相吸收电阻R01-R06最终选择了30W/10欧姆线绕电阻，换相吸收电容C01-C06为0.5μF/750V的CBB电容。
3控制系统
等离子体激励电源的控制系统是以CPLD和PLC为核心，将CPLD较强的运算能力、可灵活重复编程性和PLC超强的抗干扰能力结合在一起，设计了一套高效率、高性能、高精度的控制系统。控制系统结构及功能图如图2所示，内容涉及了同步信号采集电路、驱动电路、输出电压电流检测电路、保护电路、监控电路以及外部控制面板功能。两个控制器分工明确，CPLD主要负责将采集回来的各种信号通过运算并结合外部有无故障，给主功率电路发送触发脉冲[7]；主电路正常工作时，将采集回来的电流信号经PID运算后发出相应移相角度的控制脉冲，实现系统的恒流调节；当检测到主电路有故障发生时，立刻封锁脉冲，对其进行保护。PLC主要负责与上位机通信，将系统在运行时实时情况传给上位机，便于后续工作人员对系统工作情况的分析；此外，还负责系统电流给定调节、分/合闸操作、上电解/封锁脉冲、本地控制和远程控制的切换以及复位功能。
4驱动电路
驱动电路作为功率主电路和控制电路的接口电路，是电力电子系统设计的重要环节，不仅需要有较强的隔离能力，还需将控制信号功率放大。隔离电路一般采用光隔离或电磁隔离；光隔离一般采用光耦器件，光耦实质是将发光二极管和光敏晶体管封装在一起，不仅会使控制发生延时还会使其波形发生畸变。在强激励下，前沿波形较好，后延畸变厉害；激励不足时，前沿波形畸变厉害，后沿波形较好。从而影响开关器件的开通和关断时间，所以实际用于中一般需将光耦输出的信号经整形电路后才可使用，整形电路一般采用施密特电路，这就会使控制系统复杂化。由CPLD直接输出的控制脉冲，因主电路三相整流桥中被触发的晶闸管阴极电位有很大的差别，所以控制脉冲不可直接送至被控晶闸管的门-阴极，更重要的晶闸管属于电流型器件，需要一定的功率才可将其可靠触发，而CPLD输出电流能为数10毫安，根本无法直接去驱动晶闸管。设计的驱动电路如图3所示。图3中当来自移相触发板的脉冲g1为低电平时，晶体管T1截止，脉冲变压器T0的原边无电流流过，此时二次侧无感应电压，所以驱动电路的端口（G1、K1之间）无触发脉冲出现；一旦控制脉冲g1变为高电平，晶体管T1导通，则脉冲变压器T0原边就会有电流流过，其二次侧便有感应电压，该脉冲电压经二极管VD2、VD3整形并削去负半波后提供给被触发晶闸管，使其被可靠触发。图3中二极管VD1及稳压管Z1、Z2构成给脉冲变压器在脉冲消失时的电感能量提供一通路，由于稳压管Z1、Z2的存在，保证了耦合到脉冲变压器T1二次侧的脉冲为正负脉冲，防止了脉冲变压器的饱和。另外电阻R2、C1构成抗干扰网络，防止干扰脉冲造成晶闸管的误触发；图3中R1、VL1支路用来为电路正常工作时提供指示，使在工作时，没有接入示波器的情况下仍可随时了解到触发脉冲是否正常。
5实验与分析
图4为在实际工况下主电路带载时测得晶闸管VT1门阴极两端的驱动信号，由图4可知，驱动脉冲前沿很陡，宽度为18°，最大幅值为3.5V，强触发时间约为250μs，稳定触发脉冲约为600mV，可以可靠、有效地控制晶闸管的导通。为了保证晶闸管可靠地导通，在上下桥臂晶闸管换相时，给还需继续导通的晶闸管补发一个脉冲，即采用双窄脉冲控制方法，如图5所示，从图5中可以看出两触发脉冲前后沿相差约60°。晶闸管导通角最大时，电弧等离子体负载两端的电压波形如图6所示。
6结语
所设计的电弧等离子体激励电源具有可靠性高、抗干扰能力强和结构简单的优点。经长时间在实际工况中的应用效果表明：该等离子体激励电源在气体放电过程中有良好的恒流特性和稳弧特性，即工作时电弧等离子体稳定、无抖动闪烁。
参考文献
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[4]郑春开.等离子体物理[M].北京：北京大学出版社,2009：20-21.
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晶闸管范文篇9
关键词：TCA785；移相控制芯片；晶闸管
1引言
目前大功率逆变电源的直流部分一般利用三相桥式整流方式来实现，可以采用全控或者不控方式。全控桥式整流主要通过改变晶闸管触发相位的方法来调节直流母线电压的高低，此时需要检测三相交流电压的相位以实现同步触发，这通常必须使用专用的移相控制芯片实现。笔者在研制一台三相工频输入、输出为115V的30kVA舰用400Hz中频电源的可控整流部分时，采用TCA785芯片成功地实现了三相整流桥的移相控制。
2TCA785移相控制芯片简介
TCA785是德国西门子（Siemens）公司开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，与其它芯片相比，TCA785具有温度适用范围宽，对过零点的识别更加可靠，输出脉冲的整齐度更好，移相范围更宽等优点。另外，由于它输出脉冲的宽度可手动自由调节，所以适用范围更为广泛。
TCA785的基本引脚波形如图1所示。其中5脚为外接同步信号端，用于检测交流电压过零点。10脚为片内产生的同步锯齿波，其斜坡最大及最小值由9、10两脚的外接电阻与电容决定。通过与11脚的控制电压相比较，在15和14脚可输出同步的脉冲信号，因此，改变11脚的控制电压，就可以实现移相控制，脉冲的宽度则由12脚外接电容值决定[1]，当选择双窄脉冲的驱动方式时，12脚应接150pF电容。实际上，有几十个微秒的脉冲宽度即可使晶闸管正常导通。
3使用TCA785实现相控整流
实现三相桥式相控整流的一般方法是利用三相同步变压器从电源进线端引入三路同步信号，这样，将同步信号整形后分别输到三片TCA785（编号为A、B、C）的5脚，就能控制6只晶闸管，然后通过引脚复用即可实现双窄脉冲方式驱动。双窄脉冲方式由于驱动脉宽窄，因而可以有效地减小驱动用脉冲变压器的体积，防止磁芯饱和[2]。该方法的主电路及同步变压器如图2所示，三片TCA785芯片的引脚与所控制的晶闸管的对应关系如表1所列。晶闸管通过一个△／Y型同步变压器为TCA785提供同步信号，当进线相序（如图2所示）为正序A、B、C时，同步变压器的三个输出端所对应的中性点的实际电压向量为AC、BA、CB，将AC接至TCA785（A），BA接至TCA785（B），CB接至TCA785（C），即可实现正序输入时晶闸管的同步驱动。现以T5～T1换流为例进行分析：T5至T1管自然换流点滞后于A相由负到正过零点30°，即TCA785（A）的15脚输出至少应该滞后于该过零点30°，而电压AC由负到正过零点正好滞后于A相30°，因而用AC作为TCA785（A）的同步信号就可以实现最大范围的移相控制[3]。
表1三片TAC785引脚及其对应的晶闸管
TCA785引脚晶闸管晶闸管
785（A）15脚T1T6
785（C）14脚T2T1
785（B）15脚T3T2
785（A）14脚T4T3
785（C）15脚T5T4
785（B）14脚T6T5
其它晶闸管的分析与此类似，即用相应的线电压代替相电压作为同步信号。图3所示是一个周期的驱动时序。从A相的自然换流点开始，上、下桥臂晶闸管驱动顺序分别为：1→1→3→3→5→5→1和6→2→2→4→4→6→6。
4TCA785使用中出现的问题
4．1电源进线电压的相序问题及解决方法
实验发现，如果直接利用同步变压器的输出作为同步信号，只能在一种输入相序（正序或者逆序）下工作，一旦输入相序接法改变，整流就不能正常进行。当输入相序为正序时，根据前述接线方法，可以使相控整流正常工作，但是当输入相序变为逆序A、C、B时，TCA785（A）的同步信号变为AB，TCA785（B）的同步信号将变为CA，TCA785（C）的同步信号变为BC，而芯片的输出与晶闸管的对应关系不变，于是，此时上、下桥臂晶闸管的驱动顺序将分别变为：5→5→3→3→1→1→5和6→4→4→2→2→6→6，而正确的驱动顺序应当为：1→1→5→5→3→3→1和2→6→6→4→4→2→2。可见，实际的驱动顺序比正确的驱动顺序超前120°，此时运行就会出现故障。在实验中发现，当输入接成逆序时会出现一相进线没有电流的情况，且装置启动时直流平波电抗器有振动，这在电源输出功率过大时会损坏晶闸管。
实际上，由于三相全控桥式整流各管可以互换，因此通过改进同步信号获取电路即可做到整流与输入相序无关，从而防止了相序接错损坏晶闸管的问题，同时还可提高调试效率。通过分析发现，当输入为逆序时，接到TCA785（A）上的同步信号应该是BC，而接到TCA785（B）上的同步信号应该是AB，TCA785（C）上的同步信号应该是CA，这正好比实际超前了120°，因此，如果将同步变压器副方与TCA785连接改为图4所示电路，并通过6个常开节点的直流继电器将同步变压器与3个TCA785的同步输入端相连接，3个标为J1的继电器为一组，3个标为J2的继电器为一组，每组继电器同时打开或者同时闭合。那么，实现任何输入相序下整流控制电路触发脉冲的正确顺序就只需要使J1与J2组中相位滞后120°的那一组导通来提供同步信号即可。
利用单稳态触发器74121和D触发器可以构成相位鉴别与驱动电路[4]，其电路连接方法如图5所示，图中，接到TCA785（A）上的两个继电器J1和J2的输入端在经过削波、整形后可得到同步信号V1和V2，这可以通过运算放大器实现。该检测电路各电压波形如图6所示。可以看出，如果用D触发器的Q端驱动J1组继电器，而用Q非端驱动J2组继电器，就可以使TCA785得到正确的同步信号。应当注意的是：设计时要适当选择74121芯片的Rext和Cext外接电阻电容的参数，以使74121Q1非引脚低电平状态持续时间小于D触发器的D输入引脚的持续时间，同时应小于同步信号周期的1／6。
由此可见，通过使用继电器选择正确的同步信号，可以实现整流相序的无关性。
4．2TCA785的过零点振动问题及解决方法
三相全控桥式整流进线电流是一种不连续的兔耳状尖峰电流。当电源阻性负载较重（阻性电流大于150A）时，由于需要大量的有功功率，因此该尖峰电流峰值较大（如本装置尖峰电流峰值达到120A）。尖峰电流在电源进线电阻上会产生一定的压降。该电流产生的压降与输入正弦波叠加后送到同步变压器输入端，可作为同步信号提供给TCA785芯片。实验发现，该叠加电压在过零点附近存在抖动现象。由于TCA785对过零点检测极为灵敏，从而导致芯片第10脚锯齿波斜边也发生抖动，这样，由输出反馈到11脚的控制电压即使没有改变，TCA785输出的驱动脉冲也会存在移相，引起的结果是进线电流峰值变化很大，进而在直流平波电抗器上引起强烈的振动，甚至对电网造成冲击。解决的办法是在进线处加上3个电感滤波，以平滑进线电流，滤除谐波。本装置取75μH左右的电感，而同步信号依然从电网侧获取。实验证明：该装置会使电流振动现象消失。
4．3同步信号的整形
从同步变压器过来的信号都是正弦信号，由于TCA785是利用检测过零点的原理来实现同步的，因此，如果正弦波的幅值过小，那么，就不能提供清晰的过零点，同时，电磁干扰也可能导致过零点检测错误，但是，正弦波的幅值过大又会超过芯片的同步电压输入范围，所以应当将同步信号整形成方波，具体的整形电路如图7所示。
图7电路主要是通过68kΩ电阻实现限流分压的，并利用D1、D2反并限幅（管压降为1V左右）将以正弦波变为方波。本电源中，同步变压器的变比为5．1／1，副边电压为75V，副边电压之所以选得较高，是因为正弦波幅值越高，过零点处的斜率越大，二极管导通越迅速，输出越接近理想方波。但滤波电容C1不可过大，否则会引起同步信号相位的偏移。
晶闸管范文篇10
晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。晶闸管的学习在《电力电子技术》课程中占举足轻重的作用，是本课程学习的基础，因此掌握晶闸管的基本结构和工作原理及其重要。而传统的课程中，全部在教室中进行理论讲解，波形分析，堂课抽象的理论讲解较多，只有少数能力较强的同学勉强接受，而大部分学生不知所以然，或似懂非懂，教学效果极差。为了使学生更好的掌握晶闸管器件的原理及应用，我们增加了“晶闸管调光电路分析与调试”的一体化教学内容。选取实际生活中常用的晶闸管调光灯电路为教学载体，我们根据学生的现状，调换教学方法，顺其自然地从抽象理论教学转变为形象思维教学中来，多给学生自己动手操作的机会，使同学们从枯燥乏味的理论中解脱出来，获取他们需要的技术能力。在专业一体化教室上课，教师可以在讲授基本理论的同时，通过实验手段演示其工作原理，然后再让同学们通过实际操作吸收消化，促进理论知识与实践教学融合，这样在学和练中理解理论知识、掌握专业技能，来调动学生学习热情，增强学生学习兴趣，以达到预期的教学效果。
二、一体化教学实施
1、任务导入
在本次课开始时，首先由教师给学生展示图1所示的晶闸管调光电路实物，让学生认识电路中的每一个元器件，使学生回忆课堂中每一个元器件的原理及特点，对系统有一个整体的认识，然后通电调整旋钮，和学生一起观察调光灯电路的工作效果，最后引入问题，为什么调整电位器会使灯的亮度改变，晶闸管在电路中如何工作。
2、任务讲解
接下来再任务讲解部分，给出的晶闸管调光灯电路。并将电路分成整流、稳压、触发脉冲形成和晶闸管整流调压四个部分，分部分详细讲解。首先，由电子技术的知识，我们可以知道“A”点为由VD1～VD4四个二极管构成的桥式整流电路输出波形，A点为全波整流波形。B点的波形是经稳压管V8削波后得到的梯形波。然后，分析C点波形，由于电容每半个周期在电源电压过零点从零开始充电，当电容两端的电压上升到单结晶体管峰点电压时，单结晶体管导通，电容开始放电，直到单结晶体管谷点电压，同时触发电路送出脉冲。电容的容量和充电电阻RP的大小决定了电容两端的电压从零上升到单结晶体管峰点电压的时间，电容的容量和充电电阻RP的大小决定了电容两端的电压从单结晶体管峰点电压下降到谷点电压的时间，在分析过程中应当强调:峰点电压UP、谷点电压UV假设为固定值以便分析。理论讲解过程中结合各点波形，使学生学习整个电路工作原理。但绘制理论波形并不能直观切身感受系统工作，接下来老师带领学生一起进行实际系统的各点波形测试，通过测试并于理论波形进行对比，可以得到理论实际波形。示波器测量得到的波形和理论分析的波形是有区别的。教师引导学生，通过对比发现两者的区别不仅仅会有由于干扰带来的杂波，在脉冲的底部，其区别也很明显，理论分析上为直线(为了简化电路分析，便于理解)，而实际波形却非如此，通过两个波形的对比，学生会发现，实际波形底部曲线和经过整流、稳压后的梯形波是一模一样，这里可以设问，为什么?学生经过思考会发现，是因为单结晶体管的波峰电压、波谷电压并不是固定不变的，而是随着其UBB的改变而改变的，从而加深了对单结晶体管的理论。在实际的电路传递信号时，真实的波形和理论分析的波形是有区别的。
3、学生测试
在教师讲解演示结束后，给学生布置实践任务，要求学生分别测试不同亮度时电路各点波形，对比分析出现现象的原因，并完成调光旋钮在电阻较小，适中和较大时各点波形，写出测试报告。
4、小结
在学生测试后，教师对本次课程进行总结，完成本次课的教学任务。
三、课程考核方法