晶闸管(可控硅)调压电路

晶闸管调压电路

2.3.1单相调压电路工作电路

如图2.6（a）所示，R-L负载是交流调压器最一般化的负载。显然，两只晶闸管门极的起始控制点应分别定在电源电压每个半周的起始点，α的最大范围是0<α<π。正、负半周有相同的α角。

图2.6阻感负载单相交流调压电路[4]

在一个晶闸管导电时，它的管压降成为另一晶闸管的反向电压而截止。于是在一

个晶闸管导电时，电路工作情况和单相半波整流时相同，负载电流i o 的表达式即为下述微分方程式之解。

t U Ri dt

di L

o o

ωsin 21=+ （2.12） 解该方程得：

φ

ωαφαφωtg t o e t Z

U i ----=

)sin()[sin(21

（2.13）

θαωα+≤≤t

式中, 2

1

2

2

])([L R Z ω+=；R

L

tg ωφ1

-=；θ为晶闸管导通角。

另一晶闸管导电时,情况完全相同，只是o i 相位差180度。

与单相半波整流不同的是,现在有两个晶闸管，分别在电源的正、负半周工作，所以每个晶闸管的导通角θ不可能大于180度，而单相半波整流时，视不同的φ，θ可大于180度。

负载电流波形图2.6（a ）所示。导通角θ可由边界条件求得。当θαω+=t 时，

o i =0，将此条件代入式（2.13），得

φ

θ

φαφθαtg e

-

-=-+)sin()sin( （2.14）

以φ为参变量，θ与α间的关系为单相半波阻感负载时的普 遍关系。现在，针对交流调压器，应附加o 180≤θ的条件，于是 得以φ为参变量的θ与α的关系，如图3.2所示。

图2.7中各曲线上o 180=θ的点都对应于φα=，换句话说，把φα=代入式（2.14）求得的每个晶闸管的导通角应为o 180=θ。如将φα=代入式（2.13），得出o i 的表达式只有稳态分量，即

)sin(21

φω-=

t Z

U i o （2.15） φπωφ+≤≤t

另一半周的工作情况也完全相同，负载电流成为完全的正弦波，负载电路这时获得最大功率，相当于晶闸管此时已被短接。负载电流处于连续状态。可以认为，如果电流波形是在φα>情况下的，o i 既不连续，又非正弦。如果φα< ，要分两种情况来讨论：

1）晶闸管门极用窄脉冲触发：图 2.6（a ）电路接通电源后，如果先触发VT1，且

φα< ，则VT1的导通角θ>π，如图3.3所示。

如果触发脉冲的宽度小于πθαπθα-=+-+)(，则当VT1的电流下降到零时时，VT2的门极脉冲已经消失而无法导通。到第二个周期时，VT1又重复第一周期的工作，这样，电路如同R-L 负载的半波整流情况，VT2始终不能导电，回路中将出现直流分量的电流。如果调压器的负载是变压器的一次绕组，则因其直流电阻很小，将引起很大的直流电流，使电路不能正常工作。为此，需采用宽脉冲或脉冲列（例如30KHZ ）。

2）晶闸管门极用宽脉冲或脉冲列触发：如果触发脉冲的宽度大于πθ-，见图2.8 ，VT1的θ>π ，VT2可以在VT1之后接着导电，但VT2的起始导电角

αφπθα>>-+，所以VT2的导通角πθ<。从第二个周期开始，VT1的导通角逐渐减小，VT2的导通 角将逐渐增大，直到两个晶闸管的πθ=时达到平衡，这时电路的工作状态与φα=时相同。其所以会逐渐过渡到平衡状态，是因为VT1被首次触发后，电路的工作情况和两只晶闸管被短接时一样，电路的过渡过程和L-R 负载的普通单相交流电路在αω=t 时合闸发生的过渡过程完全相同。该过度过程的电流解亦即式（2.13），电流解的适用区应改为∞<≤t ωα，当∞→t ω时，电路达到稳态，式（2.13）中的指数项等于零，这时，电流表达式即式（2.15），也就是电路工作在φα=的状态。

通过理论分析，得出单相半波整流的感性负载，当α=0、φ=o 90时，它就是起动时最先导电的晶闸管可能到达的最大θ角。为使电路能起动，必须使晶闸管门极的触发脉冲宽度ππθω=->t t 。还应注意，当φα>时，从图2.6（g ）可知，在VT1导电结束后即承受反向电压时，如门极脉冲宽度为，则VT1在承受反压的同时门极仍有电流，将引起VT1的反向漏电流增大；致使反向击穿电压降低，VT1管内损耗增大；结温上升等一系列弊病。因此，通常设计把两晶闸管的触发脉冲后沿固定在π、2π、3π…处，而前沿在α、π+α、2π+α…处，脉冲宽度随α而变。这样，起动时必须是φα>。

一个周期内VT1导通输出的电压平均值为

)]cos([cos 22)(sin 2211

1θααπ

ωωπ

θ

αα

+-=

=

⎰+U t td U U dT

（2.16）

一个周期内流过VT1电流平均值为

)]cos([cos cos 221

θααφ

π+-==

Z U R U I dT dT

（2.17） 一个周期内VT1电流平均值的标么值为

)]cos([cos cos 21

21

θααφ

π+-=

=U Z I I dT

N （2.18）

流过晶闸管的电流有效值为

⎰+----=θ

αα

φ

ωαωφαφωπ

2

12

1)}(])sin()[sin(21{

2t d e

t Z U I tg t

T （2.19）

负载电流有效值为

T tg t

o I t d e

t Z U I 2)}(])sin()[sin(1{

22

12

1=---=⎰+-θ

αα

φ

ωαωφαφωπ

（2.20）

晶闸管电流有效值的标么值为

1

2U Z I I T

TN = （2.21）

由o 180≤θ的条件和式（2.18）、式（2.21），可作出N I 与α和TN I 与α的关系曲线，如图3.4和图3.5所示。