单相半控桥式整流器余弦控制点火方案的设计、制作与试验

Mukesh Gupta1, Sachin Kumar2, Vagicharla karthi2

P.G.学生，A.H.E.C, I.I.T.鲁尔基，鲁尔基，北阿坎德邦，印度
印度北阿坎德邦包里-加尔维尔市gb.p.e.c. Ghurdauri电子工程系助理教授

摘要

本文提出了一种产生具有线性传递特性的稳压直流电压的方法。利用余弦控制点火方案可以得到与控制电压成正比的直流输出电压。本文介绍了单相半控整流器余弦控制点火方案的设计、制作和测试，并在MATLAB/Simulink中进行了仿真，并对不同负载下的仿真结果进行了实验验证。

关键字

余弦控制方案，半控桥式整流器，电压控制，MATLAB，隔离电路，单稳态。

介绍

单相桥式整流器利用可控硅或可控硅整流器(S.C.R.)作为开关器件，这在[1]-[4]中有解释。闸流管[2]的闸极和阴极之间通过各种控制方案产生门脉脉冲或发射脉冲来开启闸流管。当晶闸管被门控或打开时，从循环开始的度数被称为发射角，α，当晶闸管关闭时被称为消光角，Ã¯Â Â¢如[5]，[6]中讨论的那样。桥式整流器的晶闸管通过控制电子器件和栅极驱动电路按适当的顺序开关，得到可控的直流输出电压。为此，通过如图1所示的隔离和同步块，向控制电路提供正弦交流电压，并向桥式整流电路提供相同的电源。本文采用余弦控制点火方案实现了控制电子电路，由此从桥式整流器获得的受控直流输出电压被有效地用于电阻和电机负载。

2余弦控制方案

通常，斜坡和余弦发射方案用于产生门脉冲[5]，[7]。余弦控制点火方案的优点是利用间接控制变量α代替点火角，使桥式整流器的传输特性线性化，如(1)和(2)[8]所示。该方案还对输入交流电源的变化提供自动负反馈。输入交流电压峰值Vm转换为低电平交流电压Vao为9v，使用230/ 9v, 50hz降压变压器。余弦波发生器集成Vao得到峰值余弦波Em，利用比较器将其与可变直流控制电压EC进行比较。比较器输出被馈送到单稳态块。对单稳态输出进行高频调制，得到发射脉冲。经过适当的放大和隔离，这些发射脉冲被提供给桥式整流电路的晶闸管。

射角α由-给出

实现余弦控制发射方案的框图如图2所示，下面[8]，[9]说明各模块的用途。

A.余弦波发生器

余弦波发生器使用运算放大器和电阻、电容来实现积分器功能。它对输入电压v0提供900的相移，从而获得余弦波

B.直流控制电压

直流控制电压EC可在±12 V之间变化，用于改变发射角度，α范围从00到1800。直流电源的接地点与变压器的公共接地点零相连

c .比较器

运算放大器用作比较器。可变直流电压施加于非逆变端，余弦波施加于比较器的逆变端。

d .单稳态

比较器的方波输出作为单稳态多振器的输入，多振器给出两个互补的输出，Q和QÃ¢Â ' Â '，每个输出持续时间为10ms。这些互补输出是被调制以触发晶闸管的主要发射脉冲。单稳态多谐振荡器的周期T如式(3)所示。

其中R和C是使用的电阻和电容。

E.载波

晶闸管的脉冲门控不适合RL负载，这一困难可以通过使用连续门控来克服。然而，连续门控可能导致晶闸管损耗增加和输出脉冲失真。因此，利用高频调制脉冲门产生的脉冲串来触发晶闸管。这种高频波被称为载波波，是由稳定的多谐振荡器产生的。

f和

在单稳态输出和载波之间进行与操作，从而获得触发晶闸管所需的脉冲，称为发射脉冲或门脉冲。

脉冲放大和隔离电路

从AND操作获得的栅极脉冲可能无法打开晶闸管[10]。因此，通常将这些门脉冲馈送到脉冲放大和隔离电路中，以满足加强这些脉冲和提供适当隔离的两个目标。

3桥式整流器

典型的单相半控桥式整流电路由两个晶闸管和两个二极管T1、T2、D1、D2组成，如图3所示。产生的栅极脉冲在栅极G和阴极K之间供电，在交流电源电压[4]的正半周期触发T1，在交流电源电压[4]的负半周期触发T2。电阻性负载和电机负载的典型受控直流输出电压波形如图4和图5所示。(4)和(5)分别给出了电阻负载和电机负载下平均输出电压、V0随发射角、Ã¯Â Â ×消光角、Ã¯Â Â¢的表达式。

“E”是发动机的电磁脉冲。

四、结果

余弦控制发射脉冲提供给单相桥式整流电路，控制直流输出电压驱动电阻负载和电机负载。讨论了在matlab/simulink中模拟的控制电路和桥式整流电路输出不同阶段的电压波形。并将实验结果与仿真结果进行了比较

A.余弦控制方案

1)余弦波发生器:余弦波发生器的仿真结果和实验输出分别如图6(a)和图6(b)所示。上半部分表示输入正弦波，下半部分表示余弦波。

2)比较器:比较器的仿真结果和实验输出分别如图7 (a)和图7 (b)所示。下半部分为余弦波与直流控制电压比较得到的输出电压的平方。

3)单稳态:比较器的方波输出馈送给单稳态多谐振荡器。单稳态多谐振荡器的仿真结果和实验输出分别如图8 (a)和图8 (b)所示。下半部分和上半部分表示两个输出波，每个10毫秒持续时间，互为补充

5) AND运算:单稳态多谐振荡器的输出通过AND运算叠加在载波上。相应的仿真和实验结果分别如图10 (a)和图10 (b)所示。下半部分和上半部分表示两个输出，每个10 kHz频率和10 ms持续时间，并相互补充。

6)脉冲放大隔离电路:对之前得到的发射脉冲进行放大隔离，实验结果如图11所示。

电阻负载的桥式整流输出

1)发射角α = 76.50电阻性负载下桥式整流器的仿真结果和实验输出分别如图12 (a)和图12 (b)所示。模拟和实验结果的平均输出电压值见表一。

2)射角α = 900

桥式整流器带阻性负载的仿真结果和实验输出分别如图1(i)和图1(ii)所示。模拟和实验结果的平均输出电压值见表一。

3)为发射角，α = 1200

带阻性负载的桥式整流器仿真结果和实验输出分别如图14 (a)和图14 (b)所示。模拟和实验结果的平均输出电压值见表一。

从上面的讨论可以看出，理论值略小于实际值，这是实际电路的内电感造成的。

C.桥式整流输出电机负载

1)射角α = 76.50

桥式整流器在电机负载下的仿真结果和实验输出分别如图15 (a)和图15 (b)所示。模拟和实验结果的平均输出电压值见表二

2)射角α = 900

桥式整流器在电机负载下的仿真结果和实验输出分别如图16 (a)和图16 (b)所示。模拟和实验结果的平均输出电压值见表二

图16 (a)发射角度α=900时桥式整流输出仿真结果(b)发射角度α=900时桥式整流输出实验结果

3)为发射角，α = 1200

桥式整流器在电机负载下的仿真结果和实验输出分别如图17 (a)和图17 (b)所示。模拟和实验结果的平均输出电压值见表二。

V0EXP =平均电压的实验值V0SIM =平均电压的模拟值

诉的结论

利用余弦控制方案得到的栅极脉冲，有效地控制了直流输出单相半控桥式整流器在电阻负载和电机负载下的工作。该控制方案提供了输入和输出之间的线性控制传递特性，即发射角与直流控制电压成正比。实验结果与仿真结果基本一致。因此，所提出的控制方案可以成功地用于工业应用中控制直流电压。

为了产生稳定和平滑的直流，可以在输出[7]处引入滤波器。脉冲放大和隔离电路可由驱动ic取代。

单稳态电路可用过零检测器和与门代替，以避免输出跳频[11]引起的误触发。

附录

鸣谢

作者衷心感谢G.B. Pant工程学院提供了一个机会，撰写一篇关于晶闸管点火的国际期刊论文，这是电力电子领域的新兴趋势。作者借此机会向V.M. Mishra先生(G.B.P.E.C. Pauri电气工程系主任)表示感谢，感谢他为我们提供了宝贵的设施。作者要感谢所有同事的支持。最后，作者要感谢保利大学各部门在物质、情感和智力上的支持，尤其是宝贵的建议。

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