【文章內(nèi)容簡介】 、負(fù)載阻抗角 ? 都有關(guān)系。其中負(fù)載阻抗角 )arc tan( RwL?? ,相當(dāng)于在電阻電感負(fù)載上加上純正弦交流電壓時，其電流滯后于電壓的角度為 ? 。為了更好的分析單相交流調(diào)壓電路在感性負(fù)載下的工作情況，此處分 ?????? ??? ， 三 種工況分別進行討論。 （ 1） ??? 情況 圖 21 電路圖 圖 22 工作波形圖（ ??? 工況） 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 5 上圖所示為單相反并聯(lián)交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時的電路圖，以及在控制角觸發(fā)導(dǎo)通時的輸出波形圖，同電阻負(fù)載一樣，在 iu 的正半周 ? 角時， iT 觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓 ou 等于電源電壓，電流波形 0i 從 0 開始上升。由于是感性負(fù)載，電流 oi滯后于電壓 ou ，當(dāng)電壓達(dá)到過零點時電流不為 0，之后 oi 繼續(xù)下降，輸出電壓 ou出現(xiàn)負(fù)值，直到電流下降到 0 時， 1T 自然關(guān)斷，輸出電壓 ou 等于 0，正半周結(jié)束，期間電流 oi 從 0 開始上升到再次下降到 0 這段區(qū)間稱為導(dǎo)通角 0? 。由后面的分析可知，在 ??? 工況下， ?180?? 因此在 2T 脈沖到來之前 1T 已關(guān)斷，正負(fù)電流不連續(xù)。在電源的負(fù)半周 2T 導(dǎo)通，工作原理與 正半周相同，在 oi 斷續(xù)期間，晶閘管兩端電壓波形如圖所示。 為了分析負(fù)載電流 oi 的表達(dá)式及導(dǎo)通角 ? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系，假設(shè)電壓坐標(biāo)原點如圖所示，在 ???t 時刻晶閘管 T1導(dǎo)通，負(fù)載電流 0i 應(yīng)滿足方程： L0Riddtio ?= iu = iU2 sin t? 其初始條件為： 0|0 ???wti 解該方程，可以得出負(fù)載電流 0i 在 ??? ??? wt 區(qū)間內(nèi)的表達(dá)式為： ])s i n ()[ s i n ()(2 t a n/)(20 ???????? ??????? ti etLR Ui 當(dāng) ??? ??t 時， 00?i ，代入上式得，可求出 ? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系為 ??????? ta n)s in ()s in ( ????? e 利用上式，可以把 ? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系用下圖的一簇曲線來表示。 圖 23? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系曲線 圖中以 ? 為參變量，當(dāng) 00?? 時代表電阻性負(fù)載，此時 ?? ?? 0180 ；若 ? 為某一特定角度，則當(dāng) ? ? ? 時， 0180?? ，當(dāng) ??? 時， ? 隨著 ? 的增加而減小。 上述電路在控制角為 ? 時，交流輸出電壓有效值 0u 、負(fù)載電流有效值 0i 、晶閘管湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 6 電流有效值 TI 分別為 ? ????? 2 )22s in(2s in10 ???? UU ? ?????? c os )2c os (s in2 1 ???? ZI VT IvtI 20? 12UZII VTVTN ? 式中， max0I 為當(dāng) 0?? 時，負(fù)載電流的最大有效值，其值為 22m a x0 )( lRUI i ??? IT* 為晶閘管有效值的標(biāo)玄值，其值為 IT* = ?? ?????? c o s2 )2c o s (s in2 ??? 由上式可以看出， IT* 是 ? 及 ? 的函數(shù)下圖給出了以負(fù)載阻抗角 ? 為參變量時，晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角 ? 的關(guān)系曲線。 24 晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角 ? 的關(guān)系曲線 當(dāng) ? 、 ? 已知時，可由該曲線查出晶閘管電流標(biāo)幺值，進而求出負(fù)載電流有效值 I0 及晶閘管電流有效值 IT 。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 7 （ 2） ??? 情況 當(dāng)控制角 ??? 時，負(fù)載電流 0i 的表達(dá)式中的第二項為零，相當(dāng)于滯后電源電壓 ? 角的純正弦電流，此時導(dǎo)通角 0180?? ，即當(dāng)正半周晶閘管 1T 關(guān)斷時， 2T 恰好觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電流 0i 連續(xù)，該工況下兩個晶閘管相當(dāng)于兩個二極管，或輸入輸出直接相連，輸出電壓及 電流連續(xù)，無調(diào)壓作用。 圖 25 ??? 情況下的輸出波形 (3) ??? 情況 在 ??? 工況下，阻抗角 ? 相對較大，相當(dāng)于負(fù)載的電感作用較強，使得負(fù)載電流嚴(yán)重滯后于電壓，晶閘管的導(dǎo)通時間較長，此時式仍然適用，由于 ??? ，公式右端小于 0，只有當(dāng) ?180)( ??? ??? 時左端才能小于 0，因此 ?180?? ，如圖所示，如果用窄脈沖觸發(fā)晶閘管，在 ??wt 時刻 1T 被觸發(fā)導(dǎo)通，由于其導(dǎo)通角大于 180? ，在負(fù)半周 )( ????wt 時刻為 2T 發(fā)出出發(fā)脈沖時， 1T 還未關(guān)斷， 2T 因受反壓不能導(dǎo)通 , 1T 繼續(xù)導(dǎo)通直到在 )( ????wt 時刻因 1T 電流過零關(guān)斷時， 2T 的窄脈沖 2Gu 已撤除， 2T 仍然不能導(dǎo)通，直到下一周期 1T 再次被觸發(fā)導(dǎo)通。這樣就形成只有一個晶閘管反 復(fù)通斷的不正常情況， 0i 始終為單一方向，在電路中產(chǎn)生較大的直流分量；因此為了避免這種情況發(fā)生，應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)方式。 圖 26 窄脈沖觸發(fā)方式 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 8 主要性能指標(biāo)及參數(shù) 1）用于對 500— 1500W 軟開關(guān)型舞臺燈交流調(diào)壓電路，手動設(shè)定舞臺燈照度參數(shù)值； 2）常溫下調(diào)壓比為 1:30，溫度漂移為 5%/0— 40℃； 3）控制核心為 555 時基電路，可采用任意公司的 555 時基電路構(gòu)成，主電路要求為 VMOS 管軟開關(guān)型單相交流調(diào)壓電路。 4） 元器件數(shù)量不得多于 50 個。 5）外部電位器進行電壓給定，電位器使用單圈電位器，并帶有照度刻度指示。 圖 27 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 9 主電路的分析 橋式整流電路 ： 橋式整流電路如圖 1 所示，圖（ a）、（ b）、（ c）是橋式整流電路的三種不同畫法。由電源變壓器、四只整流二極管 D1~4 和負(fù)載電阻 RL 組成。四只整流二極管接成電橋形式，故稱橋式整流。 圖 31 橋式整流電路圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 10 橋式整流電路的工作原理 如圖 2 所示。 圖 2 橋式整流電路 在 u2 的正半周， D D3 導(dǎo)通， D D4 截止，電流由 TR 次級上端經(jīng) D1→ RL → D3 回到 TR 次級下端，在負(fù)載 RL 上得到一半波整流電壓 在 u2 的負(fù)半周， D D3 截止， D D4 導(dǎo)通，電流由 Tr 次級的下端經(jīng) D2→ RL →D4 回到 Tr 次級上端，在負(fù)載 RL 上得到另一半波整流電壓。 這樣就在負(fù)載 RL 上得到一個與全波整流相同的電壓波形，其電流的計算與全波整流相同，即 UL = IL = ／ RL 流過每個二極管的平均電流為 ID = IL／ 2 = U2／ RL 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 11 控制回路 ： 主電路控制回路是從整流電路正端過來通過控制元件 IRF840 回到整流電路負(fù)端， IRF840 在電路當(dāng)中起到了 開關(guān)控制的作用，直接作用于整個電路的主回路當(dāng)中?? 控制電路的分析 控制電路主要由兩大部分組成：單穩(wěn)態(tài)電路，保護電路組成。 單穩(wěn)態(tài)電路 單穩(wěn)態(tài)電路 只有一個穩(wěn)定狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖的作用下，電路從穩(wěn)態(tài) 翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，在暫態(tài)維持一段時間之后，又返回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)生一個矩形脈沖。 單穩(wěn)態(tài)的電路組成 :它是由 555 定時電路構(gòu)成，電路圖為：如圖（ 1）所示 圖 （ 1） 穩(wěn)定狀態(tài) 接 通電源前， Iu 為高電平。接通電源后， DDV 經(jīng) R 對電容 C 充電，當(dāng)電容 C上的電壓DDc Vu 32?時，由于DDI Vu 31?， 555 定時器輸出為低電平。放電管 V導(dǎo)通，電容 C 經(jīng) V 迅速放電， 0?cu ，此時由于DDTH VU 32?，DDTR VU 31?，所以555 定時器保持為 0 狀 態(tài)不變。穩(wěn)態(tài)時， 0?cu 、 00?u 。 暫穩(wěn)態(tài) 在負(fù)觸發(fā)脈沖 Iu 作用下，低電平觸發(fā)端 RT 得到低于DDV31的觸發(fā)電平，由于此時 0?cu ，因此，DDTR VU 31?、DDTH VU 32?， 555 定時器輸出高電平。同時放湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 12 電管 V截 止，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，定時開始。 暫穩(wěn)態(tài)階段 （ 1t 2t ） ，電容 C 充電，充電回路為 DDV → R→ C→地，充電時間常數(shù)為 RC?? ， cu 按指數(shù)規(guī)律上升。 自動返回穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)電容電壓 cu 上升到 DDV32時，由于DDTH VU 32?、 DDTR VU 31?，故 555定時器輸出 0u 由高電平變?yōu)榈碗娖? ，放電管 V由截 止變?yōu)轱柡?，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。電容 C 經(jīng)放電管 V放電至 0V，由于放電管和導(dǎo)通的等效電阻較小，所以放電速度快，在這個階段輸出 0u 維持低電平。 電路返回穩(wěn)態(tài)后，當(dāng)下一個觸發(fā)信號到來時，又重復(fù)上述過程。 由圖可知，輸出脈沖寬度 wt 為電容 C 上的電壓 cu 由 0 到DDV32所需的時間 )]e x p ()()0([)( ?tUUUU CCCC ?????? ? （ 1） 由（ 1）中 t= wt ,時間常數(shù) RC?? ，可得： )()( )0()(ln WCC CCw tUU UURCt ?? ???? (2) 而 ccc VU ??)( ， VUc 0)0( ?? ，ccwc VtU 32)( ? 則可得： RCVVVRCtCCccccw 320ln ???? 由上式可見，脈沖 寬度 wt 大小與定時元件 R、 C 的大小有關(guān)，而與輸入脈沖寬度及電源電壓大小無關(guān)，調(diào)節(jié)定時元件，可以改為輸出脈沖寬度。 （ 2） 保護電路 TVS瞬變電壓消除器： 在該電路當(dāng)中此器件專門設(shè)計用于吸收 ESD能量并且保護系統(tǒng)免受 ESD損害 的固態(tài)元件。 TVS 二級管將限制在被保護器件上的電壓剛好高過額定電壓，但是卻遠(yuǎn)低于破壞的閥值電壓。 三極管高壓保護電路： 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 13 電路正常工作時 T3 處于截止?fàn)顟B(tài)， T2 處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路來一個高電平脈沖信號 T3 就處于 導(dǎo)通狀態(tài)，電流就從 T3 的集電極 流通到發(fā)射極，從發(fā)射極流出來的電流直接被短路到地，通過三極管的開關(guān)特性構(gòu)成了對 IRF840敏感元件的報護電路。其中晶閘管前面的穩(wěn)壓管事為了牽制晶閘管上的電壓的。 在這對晶閘管起了一個鉗位保護作用。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 14 第三章 電路的原理分析 555 定時器原理 555 集成電路是有運算放大器組成的單門限 電壓 比較器 ，基本 RS 觸發(fā)器及工作于開關(guān)狀態(tài)的雙極型三極管集成一起的電路模塊。 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示： 555 定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 555 定時器電路的工作原理： 電壓比較器 C1 和 C2，基本 RS 觸發(fā)器，放電晶體管 T，與非門和反相器組成。 分壓器為兩個電壓比較器 C1， C2提供參考電壓。如 5 腳懸空，則比較器 C1的參考電壓為 2/3*Ucc,加在同相端； C2 的參考電壓為 1/3Ucc,加在反相端。 Rd 是復(fù)位輸入端。單 Rd=0 時，基本 RS 觸發(fā)器被置 0，晶體管 T 導(dǎo)通，輸出端 Uo 為低電平。正常工作時， Rd=1。 U11 和 U12 分別為 6 端和 2端的輸入電壓。當(dāng) U112/3*Ucc,U121/3*Ucc 時， C1 輸出為低電平， C2 輸出為 高電平，即 Rd=0,Sd=1,基本 RS 觸發(fā)器被置 0，晶體管 T 被導(dǎo)通，輸出端 Uo 為低電平。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 15 當(dāng) U112/3*Ucc,U121/3*Ucc 時， C1 輸出為高電平， C2 輸出為低電平，即 Rd=1,Sd=0,基本 RS 觸發(fā)器被置 1，晶體管 T 被截止，輸出端 Uo 為高電平。 555 定時器在一般的情況下具有較強的帶負(fù)載能力。 單穩(wěn)態(tài)電路波形的產(chǎn)生 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)。 在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。 暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持，由于電路中 RC 延時環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于 RC 電路的參數(shù)值。 ⑴ 沒有觸發(fā)信號時，電路處于一種穩(wěn)態(tài) 沒有 觸發(fā)信號時， 為低電平。由于門 輸入端經(jīng)電阻 R 接至 ，因此 為低電平 。 的兩個輸入均為 0，故輸出 為高電平，電容兩端的電壓接近 0V，這是電路的“穩(wěn)態(tài)”。在觸發(fā)信號到來之前，電路一直處于這個狀態(tài)： , 。 ⑵ 外加觸發(fā)信號，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) 當(dāng) 時， 的輸出 由 1 0，經(jīng)電容 C 耦合，使 ,于是 的輸出 v02 =1, 的高電平接至 門 的輸入端，從而再次瞬間導(dǎo)致如