一種雙向晶閘管調(diào)壓電路功率調(diào)節(jié)系數(shù)的討論

1、一種雙向晶閘管調(diào)壓電路功率調(diào)節(jié)系數(shù)的討論        摘  要：根據(jù)雙向晶閘管和觸發(fā)二極管的伏安特性和典型應(yīng)用電路的工作原理，列出了電路方程，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)求得了功率調(diào)節(jié)系數(shù)與時(shí)間常數(shù)RC的數(shù)值解，通過(guò)對(duì)數(shù)值解進(jìn)行分析，得出了線性調(diào)節(jié)范圍。并討論了最大時(shí)間常數(shù)與觸發(fā)二極管參數(shù)之間的關(guān)系。    關(guān)鍵詞：雙向晶閘管；觸發(fā)二極管；相位控制角；功率調(diào)節(jié)系數(shù)     由雙向晶閘管3CTS和觸發(fā)二極管2CTS (又稱為二端交流元件DIAC)組成的調(diào)壓電路，

2、略去輔助元件后的電路如圖1所示，大量地用在民用電器中的調(diào)光、調(diào)溫。對(duì)于調(diào)節(jié)原理，查閱相關(guān)報(bào)道13，大多文中對(duì)觸發(fā)原理僅做出定性的說(shuō)明，沒(méi)有定量結(jié)論。本文在對(duì)觸發(fā)原理討論的基礎(chǔ)上，求解了控制參量R，C與輸出電壓或輸出功率的定量關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，還就線性范圍進(jìn)行討論，期望此結(jié)論能對(duì)應(yīng)用起到參照作用。1調(diào)壓原理討論    雙向晶閘管調(diào)壓電路中忽略一些輔助元件后的電路如圖1所示。圖2是觸發(fā)二極管2CTS的伏安特性，其中OP段為截止區(qū)；PV段為負(fù)阻區(qū)，VP1段為飽和區(qū)。3CTS導(dǎo)通受控于2CTS產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖電流，而2CTS只有在uc增加到UP后，由于P-V段負(fù)阻區(qū)，引起強(qiáng)

3、烈的正反饋，又因uc不能突變，故瞬間使工作點(diǎn)由P點(diǎn)跳變至P1點(diǎn)，此刻2CTS中有電流i，當(dāng)脈沖電流峰值Im大于3CTS的觸發(fā)電流時(shí)，3CTS便導(dǎo)通。    此后，電容C的放電回路有2條，一條是：C-R-T2-T1-C；第二條是：C-2CTS-G-T1-C。由于處于飽和區(qū)的2CTS飽和電阻遠(yuǎn)小于R，所以放電時(shí)間常數(shù)主要由第二條回路決定。很短時(shí)間uc便由UP退至UV，2CTS的工作點(diǎn)便由P1點(diǎn)移至V點(diǎn)。進(jìn)入負(fù)阻區(qū)V-P段后，又是一個(gè)正反饋使工作點(diǎn)跳變到P2，uc=UV。這時(shí)2CTS重新截止。隨后，電容僅通過(guò)第一條支路放電，uc呈指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)輸入的端電壓瞬時(shí)值過(guò)零時(shí)

4、刻T/2，uc=uc(T/2)，此時(shí)3CTS也自動(dòng)截止。此后，uc又開始了在正弦輸入電壓激勵(lì)下，以初值uc(T/2)的反向充電過(guò)程。圖3中畫出了以端電壓ui(t)過(guò)零時(shí)刻為t=0時(shí)，uc（t）、負(fù)載上的電壓uL（t）以及過(guò)2CTS的觸發(fā)電流i隨時(shí)間t的變化曲線。2控制角與電路參數(shù)RC之間的定量關(guān)系    圖3中，0-t1段uc的形成是在正弦電壓ui=Umsin t的激勵(lì)下，由初始值uc(0)開始的充電過(guò)程。這段時(shí)間內(nèi)2CTS與3CTS都截止，其等效電路如圖4所示?？紤]到RL<<R，所以用R代替（R+RL），可列方程如下：  

5、60; t1t2段是正反饋形成的電壓躍變后，觸發(fā)二極管的工作點(diǎn)由P1到V的過(guò)程。忽略第一條放電支路，可近似認(rèn)為電容C通過(guò)觸發(fā)二極管的飽和電阻放電，這段時(shí)間很短可略去不計(jì)。    t2t3段中3CTS處于導(dǎo)通狀態(tài)，可看作電容通過(guò)第一條支路的放電過(guò)程，放電時(shí)間常數(shù)為RC。所以，u(t)呈指數(shù)規(guī)律下降，uc(T/2)應(yīng)滿足下式?？紤]到ui(t)和3CTS與2CTS的伏安特性的對(duì)稱性，必有：（3）代入式（4），并令：    式（6）為元件參數(shù)RC與與相位控制角之間的定量關(guān)系。    由于此方程為超越方程，不能直接

6、求得RC的解析表達(dá)式，但可在給定Um，UP，UV之后，用計(jì)算軟件Matlab 6.0求得其數(shù)值解，表1是以Um=311V；UP=31.4V；UV=20V；=100rad/s時(shí)由式（6）計(jì)算的結(jié)果。在圖5中畫出了RC曲線。他們的關(guān)系如表1所示。3功率調(diào)節(jié)系數(shù)KP與電路參數(shù)間的關(guān)系    由于該電路一般都用作功率調(diào)節(jié)，由圖3的波形可知負(fù)載電阻RL上的電壓有效值：定義功率調(diào)節(jié)系數(shù)：    利用（=RC）的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，可求得KP與RC之間的定量關(guān)系。4KP的線性范圍的討論    (1) 從圖5中RC與KPRC曲線可以看出，在RC較小和較大時(shí)線性較差，在KP為0.90.05部分有較好的線性范圍，可用Matlab 6.0對(duì)KPRC中部進(jìn)行直線擬合得：KP=1.167 60.032 3(RC)。    這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，用觸發(fā)二極管觸發(fā)的雙向晶閘管電壓調(diào)節(jié)電路，用于純阻性電路中作功率調(diào)節(jié)時(shí)，欲使功率呈線性變化，用線性電位器作調(diào)節(jié)元件是較好的選擇。    以上結(jié)論經(jīng)實(shí)際測(cè)試，其結(jié)果與理論計(jì)算吻合。    (2)用Matla