触发电路的要求优化分析及设计建议

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：作用于触发电路的同步信号有正弦波、锯齿波等多种形式。3）触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围。不同的整流电路所需要的触发脉冲移相范围不同，只有满足各种晶闸管弧焊电源的要求，才能保证弧焊电源正常工作。

1.对触发脉冲的要求

1）触发脉冲应具有足够的功率、足够的脉冲幅值和宽度。为了保证可靠地触发晶闸管，需有一定大小和宽度的电压、电流触发脉冲信号。脉冲的幅值要大于晶闸管触发电压、电流的额定值，但又不超过最大允许的电压、电流值。根据晶闸管的开通时间决定脉冲宽度，一般为20～50μs；对于感性负载，脉冲宽度还应加长，一般不小于100μs，通常取1ms。此外，不同类型的整流电路对脉冲宽度还有一些特殊要求，例如三相全控桥采用单脉冲触发时，其脉冲宽度应大于60°；双反星形整流电路要求触发脉冲宽度大于30°，以保证两组星形电路可靠运行。

2）触发脉冲与加于晶闸管的电源电压必须同步。在可控整流电路中，作用在晶闸管阳极上的电压是周期性变化的。触发电路若要实现对整流电路有规律、自动准确地控制，触发脉冲就必须与晶闸管阳极电压保持某种对应关系，这种关系就是“同步”。显然，触发脉冲必须与晶闸管整流电路的电源电压具有相同的频率，且有一定的相位关系，从而保证恒定条件下，每个周期都在同样的相位触发晶闸管，即每个周期的触发延迟角α不变，使整流器能够输出稳定的电压或电流。在三相电路中，还要保持各相的平衡供电，这就要求各相的晶闸管在各周期中具有相同的触发延迟角α。

一般的相控触发电路中都有“同步环节”，即使没有明确的同步电路，但只要有同步功能，同样起到了“同步环节”的作用。作用于触发电路的同步信号有正弦波、锯齿波等多种形式。

3）触发脉冲应能移相并达到要求的移相范围。为了调节焊接参数和控制电源的外特性形状，需改变晶闸管的触发延迟角，这要靠触发脉冲移相来实现。在晶闸管弧焊整流器工作于电阻电感性负载的条件下，其输出电压从最大值调至零，对应的触发延迟角α调节范围，即为所要求的触发脉冲移相范围。不同的整流电路所需要的触发脉冲移相范围不同，只有满足各种晶闸管弧焊电源的要求，才能保证弧焊电源正常工作。

2.对触发电路套数的要求

不同的三相可控整流电路所需要的触发电路套数不同；同样的三相可控整流电路采用触发电路的套数也可以不同。以带平衡电抗器双反星形整流电路为例，对所需要用的触发电路套数进行分析，在此基础上，读者可以举一反三分析其他整流电路对触发电路套数的需求。

1）用六套触发电路。因为带平衡电抗器双反星形整流电路中有六个晶闸管，如果每一个晶闸管采用一套触发电路进行触发，则需要六套触发电路。采用六套触发电路，可以使各个晶闸管的触发互不牵制，允许触发脉冲移相的范围大，可达180°。由于晶闸管弧焊电源中，只需要触发脉冲移相90°即可，所以移相范围大的特点在此得不到发挥。而触发电路套数过多，会使电路复杂。由于各个电路的电子元器件参数很难保证一致，只有对电子元器件进行严格筛选配套，才能使各套电路产生的触发脉冲保证同相位，因此使电路调试困难，同时也增加了产生电路故障的可能性。

2）用三套触发电路。因为带平衡电抗器双反星形整流电路由正、反极性两组三相半波可控电路组成，a与-a相、b与-b相、c与-c相的晶闸管阳极电压刚好是反相的，完全可以共用一套触发电路。例如，用一套每隔180°产生一次脉冲的触发电路，同时去触发a及-a相的VH₁和VH₄。这时若u_a处于正半周，则只有VH₁能被触发导通；而u_-a却处于负半周，VH₄虽同时获得触发信号但不会导通。过180°后，产生下一次脉冲时情况正好相反，u_-a为正半周，VH₄被触发导通；u_a为负半周，VH₁不能导通。用三套产生互差120°脉冲（各套本身每隔180°产生一次脉冲）的触发电路，各自触发一相的晶闸管即可。与采用六套触发电路相比，同样允许大的触发脉冲移相范围，而触发电路套数却减少一半，从而提高了电路的可靠性，并简化了调试工作。

3）用两套触发电路。如果带平衡电抗器双反星形整流电路采用共阳极接法，即各个晶闸管在负半波导通，可以用两套触发电路，分别触发正极性、反极性组晶闸管。每一个组可以看成是一个三相半波可控整流电路的形式。当滤波电感量足够大时，三相半波可控整流电路的输出电压从空载调至短路，相应的触发延迟角α调节范围是0°～90°。各相所要求的移相范围是互不重叠的，完全可以用一套触发电路，依次触发各相的晶闸管。

图5-29a表示了正极性组部分电路，电路中的晶闸管VH、电阻R、二极管VD₁、VD₃、VD₅等组成脉冲分配电路。晶闸管VH的阳极与整流电路中的晶闸管VH₁、VH₃、VH₅的阳极接在一起，晶闸管VH的阴极经电阻R、二极管VD₁、VD₃、VD₅中之一以及整流晶闸管VH₁、VH₃、VH₅中阴极电位最负的门极通向该管阴极。例如在图5-29b中ωt₁⁺时刻u_a最负，即整流晶闸管VH₁阴极电位最负，这时晶闸管VH的阴极经电阻R、二极管VD₁、整流晶闸管VH₁的门极通向VH₁的阴极。因为此时u_a最负，使二极管VD₁导电，它的正向压降可以忽略，且与其串联的电阻阻值又很小，故O点电位近似等于u_a，以致二极管VD₃、VD₅皆承受反向电压而截止，所以晶闸管VH阴极不能与整流晶闸管VH₃、VH₅的门极相通。即此时晶闸管VH只能触发整流晶闸管VH₁导通，而整流晶闸管VH₃、VH₅未能获得触发脉冲。晶闸管VH如图5-29c所示发出相隔120°的一系列脉冲去触发整流晶闸管。在ωt₁⁺时刻晶闸管VH利用触发脉冲u_g1的脉冲1而导通时，使整流晶闸管VH₁门极承受其阳极电压u_a的一部分（u_a由VH₁的阴极和门极之间的PN结与VH、R、VD₁等分压），VH₁被触发导通。VH₁一旦导通，其正向压降只有1V左右，使得整流晶闸管VH₁与晶闸管VH阳极电位降低，而导致不足以维持晶闸管VH继续导通而使其关断，从而为下一次触发另一晶闸管做好准备。在ωt₂⁺时刻，u_g1的脉冲2再次触发晶闸管VH，这时u_b最负，即VH₃阴极电位最低而被触发，依此类推，循环往复。只要有一套能每隔120°产生一个脉冲的触发电路，通过脉冲分配电路即能依次触发整流电路同极性组中的各个晶闸管。

采用两套触发电路的方法，所需触发电路套数少，既可靠方便，又经济。其主要缺点是允许的触发脉冲移相范围较小，理论上为120°，但这已足能满足弧焊整流电源的要求。ZX5系列晶闸管弧焊整流器中采用了此方法，但该方法不一定适用于其他类型的可控整流电路。

图5-29 一套触发电路触发一组晶闸管时脉冲的分配

a）电路图 b）相电压波形 c）触发脉冲波形

触发电路的要求优化分析及设计建议

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