锯齿波同步移相触发电路毕业设计

西安科技大学高新学院

毕业设计论文

锯齿波同步移相触发电路

系 别: 机电信息学院 专业名称: 电气自动化技术 学 号: 59 学生姓名: 指导教师:

指导单位: 西安科技大学高新学院 完成时刻: 2021年6月12日

任务书

题目名称 锯齿波同步移相触发电路的设计 锯齿波同步移相触发电路的设计。设计目的如下： 1. 进一步了解锯齿波整流电路的组成 结构 工作原理； 设计目的 2. 重点理解移相电路的功能 结构 工作原理； 3. 理解同步变压器的功能。 1. 根据课题正确选择电路形式； 2．绘制完整电气原理图； 设计要求 3．详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元 器件值； 4．编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项。 成果形式 设计（撰写）地点 指导单位 指导教师 审核意见 所选电路原理说明，触发电路设计，电路参数计算及元件选取，保护电路设计。 西安科技大学高新学院 起止时间 2013年5 月6日至 2013年 6月 12日 西安科技大学高新学院 年 月 日 审核签名

年 月 日 锯齿波同步移相触发电路

摘要

本课程设计说明书要紧包括全控整流电路的触发电路设计方案的选择；全控整流主电路原理及单元电路原理的说明；参数计算；适用范围及利用注意事项等内容。

电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前进展,新技术的显现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的小型化和低本钱化使电源向轻，薄，小和高效率方向进展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优势而在各类电子信息设备中取得普遍的应用

关键字：锯齿波 整流电路 触发电路。

Sawtooth wave synchronous

trigger circuit

Abstract

The content that the abstract designs originally time charges

commutation circuit for the sawtooth wave moves triggering three-phase crystal brake Guan Quan each other. The person includes three major components: Betoken circuit , trigger circuit, synchro transformer. .

The commutation circuit being one of major component circuit is

to change to exchanging electric energy into direct current energy , implements looking at and appraising controllable direct current pressure , realization changing control technique but the invariant alternating voltage being shifted for size charging commutation each other to the rectifier that crystal brake is composed of. It can substitute the tradition direct-current generating set realizing the continuous current dynamo speed regulation.

Crystal brake Guan Xiang charges commutation for having the structure simplicity , controls the characteristic that the function stabilizes conveniently,make use of it may get the big , small and medium, various capacities direct current energy conveniently , the quilt applies to fields such as machine tool , steel rolling , paper making , spinning and weaving , electrolysis , electroplating therefore broadly\".

Keywords: sawtooth wave rectifier circuit trigger circuit.

目录

1 绪论 ......................................................................................................................................... 7

锯齿波同步移相触发电路技术概况及其优势意义 ......................................................... 7 锯齿波同步移相触发电路的现状、进展、和特点 ......................................................... 7 设计意义 ............................................................................................................................. 8 2. 锯齿波同步移相触发电路的设计 ........................................................................................ 9

主电路原理说明 ................................................................................................................. 9 实验原理 ........................................................................................................................... 10 触发电路工作原理 ........................................................................................................... 10

2.3.1 锯齿波的形成、脉冲移相环节 .............................................................. 11

2.3.2 脉冲形成环节 .......................................................................................... 12 2.3.3 同步环节 .................................................................................................. 12 2.3.4 双窄脉冲形成环节 .................................................................................. 13

触发电源（＋15Ｖ）电路 ............................................................................................... 14 励磁电源电路 ................................................................................................................... 15 3．电路参数计算和元器件选取 ............................................................................................. 15

主电路参数的计算 ........................................................................................................... 15

3.1.1整流变压器的选择 ........................................................................................ 15 3.1.2额定电压的选择： ........................................................................................ 16 3.1.3额定电流的选择： ........................................................................................ 17

4. 爱惜电路 ............................................................................................................................. 17

晶闸管的爱惜 ................................................................................................................... 17 过电压爱惜 ....................................................................................................................... 17 过电流爱惜: ..................................................................................................................... 18 5电路仿真 ................................................................................................................................ 19 6调试 ........................................................................................................................................ 21

波形、数据及分析 ........................................................................................................... 21 调试进程存在问题分析及解决方法 ............................................................................... 23 设 计 体 会 ............................................................................................................................. 24 附录：整体电路原理图 ........................................................................................................... 25 参 考 文 献 ............................................................................................................................. 26

1 绪论

锯齿波同步移相触发电路技术概况及其优势意义

电力电子技术横跨电力，电子和操纵三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电子实现操纵的桥梁和纽带，已被普遍应用于农业生产，国防，交通，能源和人民生活等国计民生的各个领域，有着极为普遍的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。电力电子技术在电力系统中的应用也有了长足的进展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相较有动态响应快，操纵方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳固，降低运行风险，节约运行本钱方面有专门大潜力。在电力电子电路中能实现电能的变换的开关电子器件称为电力电子器件，从广义上讲，电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。电力电子器件是电力电子技术及其应用系统的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，进展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十世纪九十年代各类全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。

锯齿波同步移相触发电路的现状、进展、和特点

晶闸管相控电路，适应称为触发电路。晶闸管可控整流电路，通过操纵触发角a的大小即操纵触发脉冲起始相位来操纵输出电压大小。

采纳晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。大、中功率的变流器普遍应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。

锯齿波同步触发电路，大体组成与正弦波触发器类似，包括同步移相、脉冲形成与脉冲输出三大大体部份。其不同的地方在于以锯齿波同步信号电压代替正弦波同步信号电压，以增强了双脉冲环节及强触发环节等辅助环节。

设计意义

电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前进展,新技术的显现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的小型化和低本钱化使电源向轻，薄，小和高效率方向进展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优势而在各类电子信息设备中取得普遍的应用。

、

2. 锯齿波同步移相触发电路的设计

主电路原理说明

实验原理

脉冲形成环节由V4,V5组成,V6,V7起脉冲放大作用.操纵电压Uco加在V4基极上,电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出,其一次绕组接在V7集电极电路中. 当操纵电压Uco=0时,V4截止. +E1(+15V)电源通过R11供给V5一个足够大的基极电流,使V5饱和导通,因此V5的集电极电压Uc5一个足够大的基极电流,使V5 饱和导通,因此V5的集电极电压Uc5接近于-U1(15V).V6,V7处于截止状态,无脉冲输出.另外,电源的+E1(15V)经R0,V5发射极到-E(-15V),对电容C3充电,充满后电容两段电压接近2E1(30V),极性如下图:

当操纵电压Uco=时,V4导通,A点电位由+E1(+15V)迅速降低到左右,由于电压C3两头电压不能突变,因此V5基极电位迅速降低到-2E1(-30V),由于V5发射结反偏置V5当即截止.它的集电极电压由-E1迅速上升到钳位电压+(V6,V7两个PN结正向压降之和),于是V7导通,输出触发脉冲.同时电容C3经电源+E1,R11,VD4,V4放电和反向充电 ,使V5基极电位慢慢上升,直到Ub5>-E1(-15V),V5又从头导通.这时Uc5又当即降低到-E1,使V7截止,输出脉冲终止.可见,脉冲前沿由V4导通时刻确信,V5(或V6)截止持续时刻即为脉冲宽度.

因此脉冲宽度与反向充电回路时刻常数R11,C3有关

触发电路工作原理

晶闸管的触发条件

晶闸管需要在其阳极加上正向电压，而且还须在门极与阴极之间加上触发电压才能导通。触发电压给出的时刻决定了晶闸管导通的时刻，通过操纵触发角α的大小即操纵触发脉冲起始相位来操纵输出电压大小（因为ud=α (0<α<90)）。

同步信号为锯齿波的触发电路

如图10为同步信号为锯齿波的触发电路，其输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。同步信号为锯齿波的触发电路由脉冲形成和放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节、强触发和双窄脉冲形成环节等部份组成。

（图10同步信号为锯齿波的触发电路）

2.3.1 锯齿波的形成、脉冲移相环节

锯齿波形成电路由T1、T2、T3和C2等元件组成，其中T1、Dz、Rp2

和R3为一个理想电流源电路。T2截止时，理想电流源电流I1c对电容C2充电。当T2导通时，由于R4阻值很小，因此C2迅速放电，使ub3电位迅速降到零。当T2周期性的导通和截止时， ub3便形成锯齿波，一样ue3也是一个锯齿波电压。

射极跟从器T3的作用是减小操纵回路的电流对锯齿波电压ub3的阻碍。调剂电位器Rp2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可调剂锯齿波斜率。 T4基极电位由锯齿波电压uh、操纵电压uco、直流偏移电压up三者一起决定。若是uco=0，up为负值时，ub4点的波形由uh+up确信。当uco为正值时，ub4点的波形由uh+up+uco确信。Ub4电压等于后，T4导通，T4通过M点时使电路输出脉冲。以后ub4一直被钳位在。M点是T4由截止 到导通

的转折点，也是脉冲的前沿。因此当up为某一固定值时，改变M点的时刻坐标，

即改变了脉冲产生的时刻，脉冲被移相。可见，加up的目的是为了确信操纵电压uco=0时脉冲的初始相位。

2.3.2 脉冲形成环节

T4、T5组成脉冲形成环节，T7、T8组成脉冲放大电路。操纵电压uco加在T4基极上。Uco=0时，T4截止，T5饱和导通，T7、T8处于截止状态，脉冲变压器TP二产次侧无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两头电压接近2UC。当uco≈时，T4导通，A点电位由+15V下降到左右，由于C3两头的电压不能突变，T5基极电位迅速降至-30V，T5当即截止。T5集电极电压由-15V上升到钳们电压+（D6、T7、T8三个PN结正向压降之和），T7、T8导通，脉冲变压器TP二次侧输出触发脉冲。与此同时，电容C3经+15V、R11、D4、T4放电和反向充电，使T%基极电位上升，直到ub5>-Uc,T5又从头导通，使T7、T8截止，输出脉冲终止。输出、脉冲前沿由T4导通时刻确信，脉冲宽度与反向充电回路时刻常数R11C3有关。

2.3.3 同步环节

同步确实是要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系

确信。锯齿波是由开关管T2来操纵的。T2由导通变截止期间产生锯齿波，T2截止状态持续的时刻确实是锯齿波的宽度，T2开关的频率确实是锯齿波的频率。同步环节是由同步变压器TB和作同步开关用的晶体管T2组成。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来操纵它的通、断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。

（ 图11）

同步变压器TB二次电压uTB经二极管D1间接加在T2的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，D1导通，电容C1被迅速充电。因O点接地为零电位，R点为负电位，Q点电位与R点相近，故在这一时期T2基极为反向偏置而截止。在负半周的上升段，+15V电源通过R1给电容C1反向充电，uQ为电容反向充电波形，其上升速度比u TB波形慢，故D1截止。当Q点电位达时，T2导通，Q点电位被钳位在。直到TB二次电压的下一个负半周到来时，D1从头导通，C1迅速放电后又被充电，T2截止，如此周而复始。在一个正弦波周期内，T2包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。

2.3.4 双窄脉冲形成环节

产生双脉冲的方式有两种，一种是每一个触发电路有每一个周期内只产生一个脉冲，脉冲输出电路同时触发两个桥臂的晶闸管，这称为外双脉冲触发。另一种方案是每一个触发电路在一个周期内持续显现个相隔60°的窄脉冲，脉冲输出电路只触发一个晶闸管，这称为内双脉冲触发。内双脉冲是目前应用最多的一种触发方式。

T5、T6组成或门。当T5、T6都导通时，T7、T8截止，没有脉冲输出。只要T5、T6有一个截止，都会使T7、T8导通，有脉冲输出。因此只要用适当的信号来操纵T5或T6的截止，就能够够主生符合要求的脉冲。其中，第

一个脉冲由本相触发单元的uco对应的操纵角ａ所产生，使T4由截止变成导通，T5瞬时截止，于是T8输出脉冲。相隔60°的第二个脉冲是由滞后60°相位的后一相触发单元主生，在其生成第一个脉冲时刻将其信号引至本相触发单元的基极，使T6瞬时截止，于是本相触发单元的T8管又导通，第二次输出一个脉冲，因现时取得距离60°的双脉冲。其中D4和R17和作用主若是避免双脉冲信号相互干扰。其连接框图如图12所示。

（ 图12）

在三相桥式全控整流电路中，器件的导通顺序为T1→T2→T3→T4→T5→T6，彼此距离60°。本相触发电路输出脉冲时X端发出信号给相邻前相触发电路Y端，使前相触发电路补发一个脉冲。

触发电源（＋15Ｖ）电路

U1TF11D1VINCW7815VOUTGND3x1AC 220V1TO1AC 12VC10.33μFC20.1μFC3100μF2+_12+15V

（图13 触发电源电路）

其输入瑞别离与主电路和地相连，经TF1取得AC12V电压，再经D1整

流，稳压器稳压，电容滤波，最后取得稳固的+15V电压。

励磁电源电路

TF2x1D2C4LAC 220VAC110VC5+_12Uf

（图14 励磁电源电路）

其输入瑞别离与主电路和地相连，经TF2取得AC110V电压，再经D2整

流，电容、电感滤波，最后取得110V直流励磁电压Uf。

3．电路参数计算和元器件选取

主电路参数的计算

3.1.1整流变压器的选择

整流变压器的大体参数是二次侧相电压与变压器容量。 (1)二次侧相电压U2的计算

U2=（K×Udmax）/（A×ε×COSαmin） (取Udmax=UN=300V,R=500Ω，A=，ε=，αmin=300) 代入式得：

U2=（1× 300）/（××COS300） =

(2) 二次侧相电流I2和一次侧电流I1的计算

关于三相全控桥有

Id=Ud/R=300/500=0.6A I2=×=0.46A I1=1/K×Id/

=1/×

=0.367A

(K=U1/U2=220/=; Id/I2=

(3)变压器容量

变压器低级容量S1，次级容量S2别离为：

S1=m1×U1×I1 S2=m2×U2×I2

变压器的容量为：

S=1/2×（S1+S2）

式中，m1,m2为初、次级的相数，都为3。 将U1，U2，I1，I2代入式中得：

S1=3×220×= S2=3××= S=1/2×（+）=

从上述数据可得变压器的参数： 变压器参数： 相 数 接 线 容量 一次侧电一次侧电二次侧电二次侧电（VA） 压 （V） 流（A） 压 （V） 流 （A） 220 3 D，y1

3.1.2额定电压的选择：

依照晶闸管经受的正向或反向峰值电压UTm在乘以平安系数2～3倍,即UTN=（2～3）UTm。参照标准电压系数，确信晶闸管的额定电压UTm。 由三相全控桥整流变压器接成D/Y型式，那么UTm=100√6 即：UIN=(2～3)UTm=(2～3)**300=1470～2205V，取UTN=2200V。

3.1.3额定电流的选择：

原那么：晶闸管许诺通过的额定电流有效值ITN应大于实际流过晶闸管

的电流有效值在IT，为使晶闸管不因过热而损坏，应用～2倍的平安裕量。即

ITN=（～2）IT/

按串入足够电感量的电抗器，电流持续且平直考虑，那么流过晶闸管的电流有效值IT为：

IT=Id

那么IT=（～2）IT/=（～2）×=～ 取IT=1A

故，选择的晶闸管的型号为：KP1—2200型晶闸管

4. 爱惜电路

晶闸管的爱惜

晶闸管元件的要紧弱点是经受过电流和过电压的能力很差，即便短时刻的过流和过电压，也可能致使晶闸管的损坏，因此必需对它采纳适当的爱惜方法。

晶闸管的爱惜电路，大致能够分为两种情形：一种是在适当的地址安装爱惜器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种那么是采纳电子爱惜电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过许诺值时，借助整流触发操纵系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。

过电压爱惜

过电压可能致使晶闸管的击穿，其要紧缘故是由于电路中电感元件的通断、熔断器熔断或晶闸管在导通与截止间的转换。对过压爱惜可采纳两种方法

阻容爱惜 阻容爱惜是电阻和电容串联后，接在晶闸管电路中的一种过电

压爱惜方式，其实质是利用电容器两头电压不能突变和电容器的电场储能和电阻使耗能元件的特性，把过电压的能量变成电场能量贮存在电场中，并利用电阻把这部份能量消耗掉。

过电流爱惜:

当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或操纵电路发生故障；外部显现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；和交流电源电压太高或太低；均能引发装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即显现过电流。因此，必需对电力电子装置进行适当的过电流爱惜。

采纳快速熔断器作过电流爱惜，其接线图（见图）。熔断器是最简单的过电流爱惜元件，但最一般的熔断器由于熔断特性不适合，极可能在晶闸管烧坏后熔断器尚未熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断，爱惜晶闸管，起到爱惜作用。最好的方法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相同，因此对元件的爱惜作用最好，那个地址就应用这一方式。

快熔抑制过电流电路图如以下图所示：

UVW ( 快熔抑制过电流)

当熔和晶闸管串联利历时，快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，快熔的额定电流IkR是用有效值来表示的，一样可按下式选取： α≥IkR≥Ik

式中，Ik ——晶闸管的实际工作电流有效值；

ITα——晶闸管的额定电流。 因为晶闸管的额定电流 ITα =2A 因此 α=×2A=3.14A 因此所选熔断器为： RS1—3六个。

5电路仿真

TP2：

TP3：

TP4：

TP5：

TP6：

TP7：

6调试

波形、数据及分析

1）整定移相操纵电压Uco＝0V，偏移电压Up＝－4V。调斜率电位器RP3，改变锯齿波的上升斜率，使测试点TP7的脉冲前沿在检测点TP3的锯齿波形，见图2－3。以后偏移电位器RP2,斜率电位器RP3不用调整。

图2－3：将输出脉冲整定在锯齿波的

2以图2－1中的0作为参考点。改变移相操纵电压Uco＝0～8V，脉冲的移相范围D=0~90.

3)以图2-1中的0点为参考点。用双线示波器观测检测点TP1~TP7在一个工作周期中的波形，测量波形的正负电压值，波形的周期，对齐相位，全数记录在图2－2中。

4）测绘移相操纵特性，用完用表支流电压挡测量土2-1中的移相操纵电压Uco。用示波器观测TP7的脉冲，记录在表2-1中。作出a=f（Uco）移相操纵特性的函数曲线。绘制在图2-4中。

5）两板连接测量补脉冲：A，B两板地线相连，A板补脉冲输出点接B板脉冲输入点，观看记录B板上G，K两点之间的波形（应有双脉冲输出），判定何为补脉冲。

图2-4 测绘移相操纵特性α＝f(Uco)

调试进程存在问题分析及解决方法

在调试的进程中，一开始时比较正常，很容易就检测到了TP1和TP2的波形。可是，当用示波器显示TP3的时候就发觉没有波形。以后的TP4~TP7也一样没有波形。通过检测，咱们发觉稳压管两头电压竟然高于5V，正常应该在左右，于是咱们找教师换了一个新的稳压管。但换上新的稳压管后仍是测不出波形。咱们又从头检测其他所有器件，后来发觉，在V2的基极是有波形的，而到V3的基极就没有波形了，而同支路的其他各点电压都正常。因此，咱们决定，将V2元件拆下来进行查验。果然，查验后发觉原先那个二极管的放大倍数很小，并非知足要求。于是，换来新管，进行改换。改换后，检测TP3，示波器上显示出波形，但那却是不正确的，这让咱们挺沮丧。

光检测就花了咱们大量时刻，后来决定把一些器件拆下来从头焊接过，用万用表再检测一下元件，而且能够幸免显现虚焊等情形，从头焊接后用二极管档检测了所有元件的每一个脚与电路板都是道通，仍然无法检测出波形。信心再次大受冲击。

这时咱们又接上电路从头再一次全面检查，这一次咱们发觉稳压管两头的电压竟然接近零，估量是被击穿了，咱们马上找了教师再次换上新的稳压管并检查了一遍，这次稳压管的电压，是正确的数字，于是咱们再次接上示波器，检测了TP3的波形。终于皇天不负苦心人，这次示波器现实出了正确的波形而且很完美。接下去的TP4-TP7都能显示出正确的结果。

设 计 体 会

通过这次设计,虽不敢说收成颇丰,但对课程有了更进一步的了解.开始一个人弄啊 ,还有点急手 ,可能我有点苯吧.后来加入他们一组,和他们一路讨论讨论 ,不懂的问问,看看书啊或查查电脑之类的还有点收成.这本课程设计可能有地址与其他相同,其实有些图啊之类的借鉴了.做课程设计无非确实是把书本里所学的东西运用到实际算了,把理论与实际结合起来.能够说是对综合知识的融合贯通,可能我还有好多地址不懂,只是同过这种做课程设计的方式还不错,咱们能够自己尝式为自己定设计任务,多想一想,就多查查啊,东西就渐渐学到了.总之体会到益处,做完了还感觉不错,心情上的.

附录：整体电路原理图

参 考 文 献

1.浣喜明、姚为正，电力电子技术[M]，北京：高等教育出版， 2004

2.清源运算机工作室， Protel99SE原理图与PCB及仿真[M],北京：机械工业出版社， 2004

3.方承远，电气操纵技术（第2版）[M]，北京：机械工业出版社， 2006 4.胡宴如，模拟电子技术（第2版）[M]，北京：高等教育出版，2004 5.赵清、于喜洹，新电工识图[M]，北京：电子工业出版社，2005 6.许晓峰，电机及拖动（第2版）[M]，北京：高等教育出版，2004