CN101662153A - 一种晶闸管功率控制触发方法 - Google Patents

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周英怀
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Abstract

本发明公开了一种晶闸管功率控制触发方法，其特征在于：在进行负载功率调节过程中，控制周期T内有导通的周波数和关断的周波数，在周期T内的导通的周波上有控制角α。本发明具有优点是：1.功率因数高；2.谐波含量小；3.相对移相触发方式节能；4.弥补了纯过零触发对电流无调节的缺陷。

Description

一种晶闸管功率控制触发方法
技术领域
本发明涉及晶闸管触发和控制，尤其是涉及一种晶闸管功率控制触发方法。
背景技术
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，控制理论与计算机控制技术的结合，大力地推动了晶闸管交流调压、调功控制技术在现代工业中的应用，为现代工业提供了高效、高性能的电源动力。目前，对晶闸管的触发控制主要有两种控制方式，一为脉冲调相的移相触发，移相触发输出为恒定的电压或电流，其存在的缺点是导致电网电压的波形发生畸变以及产生对周围用电设备的谐波干扰。另一种触发方式为过零触发，过零触发其输出为整周波，通过改变一定时间内导通的周波数而改变负载得到的平均功率，消除了移相触发给电网带来的谐波污染，其缺点在于输出整周波时对电网存在冲击，而且过零触发对负载电流没有抑止作用。
晶闸管导通、关断条件，图1为晶闸管模型示意。
晶闸管导通条件：一是晶闸管阳极(A)与阴极(K)间必须加正向电压，二是控制极(G)与阴极(K)也要加正向电压。以上两个条件必须同时具备，晶闸管才会处于导通状态。另外，晶闸管一旦导通后，即使降低控制极电压(GK间电压)或去掉控制极电压，晶闸管仍然导通。
晶闸管关断条件：降低或去掉加在晶闸管阳极至阴极之间的正向电压(AK间电压)，使阳极电流小于最小维持电流以下。
图2为晶闸管主回路(单相控制主回路)，图3为晶闸管主回路(两相控制主回路)，图4为晶闸管主回路(三相控制主回路)。
现有技术一：通过移相触发控制晶闸管的输出功率：
以单相控制主回路为例，如图2晶闸管主回路，晶闸管KP1与KP2反并联连接，通过控制晶闸管的导通角度来控制电阻R两端的电压。通过移相触发控制晶闸管输出功率时，其电网波形、控制角α与输出波形Ua，如图5所示，图5为移相触发波形。
图5中，通过控制控制角α的大小(180～0度)从而控制晶闸管的导通角度，最终达到控制输出电压的目的；当控制角α逐渐减小时，晶闸管的导通角增大，输出电压增大，反之，当控制角α逐渐增大时，晶闸管的导通角减小，输出电压减小。及电阻R两端所获得的电压Ua随α角度的变化而变化，从改变负载R得到的功率。
图6为移相触发控制角α与谐波含量关系，当控制角α越大时，输出电压谐波含量越大，最高时可达1000％以上，对电网存在严重的谐波污染，尤其是当负载功率越大，对电网的谐波污染越严重。
图7为移相触发控制角α与功率因数关系，当控制角α越大时，功率因数越低，当功率因数越低时，造成严重的电能浪费。
现有技术二：通过过零触发控制晶闸管的输出功率：
以单相控制主回路为例，如图2晶闸管主回路，晶闸管KP1与KP2反并联连接，通过过零触发方式控制晶闸管输出功率，晶闸管每次输出均为全波形式，通过改变一定时间(周期T)内导通的周波数而改变负载R得到的平均功率，其电网波形、触发信号与输出波形Ua如图8所示，图8为过零触发波形。
图8中，在周期T内，当晶闸管导通时处于全导通状态，此时触发α＝0度，输出波形为整周波；当晶闸管关断时不输出。通过控制周期T内输出的整周波数(即周期T内输出周波的百分比)来控制周期T内的平均输出功率，从改变负载R得到的平均功率。
过零触发控制时，晶闸管每次导通均为全导通，截止时全关断。其输出波形为正弦整周波，因此对电网无谐波干扰，其功率因数也相当高。但是，当晶闸管导通时为全开通状态，对负载电流无调节作用，因此当负载功率越大时，其对电网的电流冲击也越大。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率因数高、谐波含量小、节能、能对电流调节的一种晶闸管功率控制触发方法，解决纯移相触发带来的功率因数低，谐波污染大的问题以及解决纯过零触发晶闸管导通时段对负载电流无调节的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种晶闸管功率控制触发方法，在进行负载功率调节过程中，控制周期T内有导通的周波数和关断的周波数，在周期T内的导通的周波上有控制角α。
本发明采用晶闸管触发控制方式，通过控制周期T内输出的周波数来控制周期T内的平均输出功率，同时可对导通周波的控制角α进行调节。
本发明的有益效果是：使用本发明的触发方式进行功率控制(即晶闸管功率控制触发方法)具有：
1、功率因数高；2、谐波含量小；3、相对移相触发方式节能；4、弥补了纯过零触发对电流无调节的缺陷。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为晶闸管模型示意图；
图2为晶闸管主回路图(单相控制主回路)；
图3为晶闸管主回路图(两相控制主回路)；
图4为晶闸管主回路图(三相控制主回路)；
图5为移相触发波形图；
图6为移相触发控制角α与谐波含量关系图；
图7为移相触发控制角α与功率因数关系图；
图8为过零触发波形图；
图9为本发明触发控制信号与输出波形示意图(α角度可调节)；
图10为本发明触发方式控制角α与功率因数的关系图；
图11为本发明触发方式控制角α与谐波含量的关系图；
图12为本发明触发方式控制角α的大小对输出电流的影响关系图；
图13为本发明与其它传统触发方式输出波形对比图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
一种晶闸管功率控制触发方法，在进行负载功率调节过程中，控制周期T内有导通的周波数和关断的周波数，在周期T内的导通的周波上有控制角α。
(1)本发明的触发控制方法：
以单相控制主回路为例(如图2晶闸管主回路)，如图9所示，本发明晶闸管功率控制触发方法采用改变一定时间内导通的周波数来改变负载得到的平均功率；同时，在保证功率因数，降低了谐波的同时，对周期T内导通周波的控制角α进行调节，使得负载电流限制在允许的范围之内，从而达到对负载进行调功的目的。此方式保证了高功率因数，降低了谐波污染，同时可对负载电流起到适当的调节作用。
在本发明控制触发方法下，当控制角α＝0度时，晶闸管工作于纯过零触发方式，此时当晶闸管导通时，输出电压为整周波，当晶闸管截止时处于全关断状态，输出波形如图8所示。由于本发明控制触发方法下控制角α可调，通过调节α角，在周期T内当晶闸管导通时，其输出为非整周波，当晶闸管截止时，输出全关断，输出波形如图9所示。
(2)本发明控制触发方法中控制角α与功率因数的关系：
控制α与功率因数的关系如图10，当控制角α小于75度时，其功率因数大于0.9；当控制角α小于60度时，其功率因数大于0.95。
(3)本发明控制触发方法中控制角α与谐波含量的关系：
控制角α与谐波含量的关系如图11，当控制角α小于70度时，其谐波含量小于52％；当控制角α小于60度时，其谐波含量小于40％。
(4)本发明控制触发方法中控制角α对输出电流的调节
由于在晶闸管导通时输出为非整周波，输出电压相比整周波电压小，负载电流相对减小，此时控制角α的大小对输出电流的影响如图12。
由图12可以看出，当控制角α从75度到0度的调节过程中，最大可将负载电流降低20％，既达到对负载电流有20％的调节作用，又可在实际应用中适当减小负载对电网的冲击电流。
(5)结合图10、图11、图12，本发明控制触发方法进行调功控制时，当控制角α小于75度(不特定于75度，可适当放宽或减小α角度)，可达到输出电源功率因数高，谐波含量小的目的，同时可以通过控制α角对负载电流进行适度调节。
图13中分别为移相触发、过零触发及本明控制触发的输出波形对比。相比移相触发方式，本发明采用的触发方式有功率因数高、谐波含量低的优点；相比过零触发方式，本发明采用的触发控制方式解决了过零触发方式无法对输出电流进行控制的缺点。
本发明触发控制方式不仅限于单相电源控制，也适用于两相电源控制，三相电源控制。本发明还可以通过晶闸管对同相位不同电压等级的电源进行叠成控制也可完成相同功能。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (1)

1.一种晶闸管功率控制触发方法，其特征在于：在进行负载功率调节过程中，控制周期T内有导通的周波数和关断的周波数，在周期T内的导通的周波上有控制角α。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103365275A (zh) * 2013-07-08 2013-10-23 四川英杰电气股份有限公司 一种负载功率控制方法及晶闸管功率控制器
CN106301134A (zh) * 2015-06-08 2017-01-04 华帝股份有限公司 一种可控硅调速吸油烟机的控制方法及控制装置
CN106549398A (zh) * 2016-12-09 2017-03-29 德阳市库伦电气有限公司 一种晶闸管控制实现感性负载周波过零触发调功的方法

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