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一种双向晶闸管调压电路功率调节系数的讨论

一种双向晶闸管调压电路功率调节系数的讨论

点击数:7813 次   录入时间:03-04 11:48:48   整理:http://www.55dianzi.com   电工技术

    由双向晶闸管3CTS和触发二极管2CTS (又称为二端交流元件DIAC)组成的调压电路,略去辅助元件后的电路如图1所示,大量地用在民用电器中的调光、调温。对于调节原理,查阅相关报道1~3],大多文中对触发原理仅做出定性的说明,没有定量结论。本文在对触发原理讨论的基础上,求解了控制参量R,C与输出电压或输出功率的定量关系,在此基础上,还就线性范围进行讨论,期望此结论能对应用起到参照作用。

1调压原理讨论
    双向晶闸管调压电路中忽略一些辅助元件后的电路如图1所示。图2是触发二极管2CTS的伏安特性,其中OP段为截止区;PV段为负阻区,VP1段为饱和区。3CTS导通受控于2CTS产生的触发脉冲电流,而2CTS只有在uc增加到UP后,由于P-V段负阻区,引起强烈的正反馈,又因uc不能突变,故瞬间使工作点由P点跳变至P1点,此刻2CTS中有电流i,当脉冲电流峰值Im大于3CTS的触发电流时,3CTS便导通。

    此后,电容C的放电回路有2条,一条是:C-R-T2-T1-C;第二条是:C-2CTS-G-T1-C。由于处于饱和区的2CTS饱和电阻远小于R,所以放电时间常数主要由第二条回路决定。很短时间uc便由UP退至UV,2CTS的工作点便由P1点移至V点。进入负阻区V-P段后,又是一个正反馈使工作点跳变到P2,uc=UV。这时2CTS重新截止。随后,电容仅通过第一条支路放电,uc呈指数规律下降,当输入的端电压瞬时值过零时刻T/2,uc=uc(T/2),此时3CTS也自动截止。此后,uc又开始了在正弦输入电压激励下,以初值uc(T/2)的反向充电过程。图3中画出了以端电压ui(t)过零时刻为t=0时,uc(t)、负载上的电压uL(t)以及过2CTS的触发电流i随时间t的变化曲线。

2控制角φ与电路参数RC之间的定量关系
    图3中,0-t1段uc的形成是在正弦电压ui=Umsin ωt的激励下,由初始值uc(0)开始的充电过程。这段时间内2CTS与3CTS都截止,其等效电路如图4所示。考虑到RL<<R,所以用R代替(R+RL),可列方程如下:
  
  t1~t2段是正反馈形成的电压跃变后,触发二极管的工作点由P1到V的过程。忽略第一条放电支路,可近似认为电容C通过触发二极管的饱和电阻放电,这段时间很短可略去不计。

    t2~t3段中3CTS处于导通状态,可看作电容通过第一条支路的放电过程,放电时间常数为RC。所以,u(t)呈指数规律下降,uc(T/2)应满足下式。

考虑到ui(t)和3CTS与2CTS的伏安特性的对称性,必有:


(3)代入式(4),并令:

    式(6)为元件参数RC与与相位控制角φ之间的定量关系。
    由于此方程为超越方程,不能直接求得φ~RC的解析表达式,但可在给定Um,ω,UP,UV之后,用计算软件Matlab 6.0求得其数值解,表1是以Um=311V;UP=31.4V;UV=20V;ω=100πrad/s时由式(6)计算的结果。在图5中画出了φ~RC曲线。他们的关系如表1所示。

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3功率调节系数KP与电路参数间的关系
    由于该电路一般都用作功率调节,由图3的波形可知负载电阻RL上的电压有效值:


定义功率调节系数:


    利用φ~β(=ωRC)的数值计算结果,可求得KP与RC之间的定量关系。

4KP的线性范围的讨论
    (1) 从图5中φ~RC与KP~RC曲线可以看出,在RC较小和较大时线性较差,在KP为0.9~0.05部分有较好的线性范围,可用Matlab 6.0对KP~RC中部进行直线拟合得:K

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