CN1032397C - 可控硅相位控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于数字式可控硅相位控制装置的改进。
本发明的可控硅相位控制装置是由同步电路、第一、二、三计数器与多相门控脉冲产生电路等构成。在多相交流电源中，仅输入一个与一相交流电源电压同步的电压即可，而与其它相电源电压同步的可控硅门信号可由本装置产生。

Description

可控硅相位控制装置
本发明是关于数字式可控硅相位控制装置的改进。
作为例子，“在可控硅电子学第一卷可控硅元件”一书的第185～186页中(丸善，1973年)中，有第六图所示的数字式脉冲移相器的电路图。图中，(1)是次级有中点抽头的变压器，(2)～(10)是电阻，(11)～(14)是二极管，(15)与(16)是电容器，(17)(18)是晶体管，(19)是接地端，(20)是直流电源正极接线端，(21a)，(21b)～(21n)是带有复位端的T型触发器，(22)是输出具有既定频率的方波发生器，(23a)～(23n)是设定相位用的数字指令值，(23)是一个数字比较电路，在检出由T型触发器(21a)～(21n)构成的2n进制计数器的输出大于指令值(23a)～(23n)后，产生脉冲。(24)(25)是与门，其输出(26)(27)与加于变压器(1)的初级线圈(28)(29)间的交流电压V同步，是能进行相位控制的可控硅的门信号。(30)(31)与图中相同标号的地方相联。
下面，说明电路动作原理，当加于变压器(1)初级线圈(28)(29)间的电压V处于正半周时，由于变压器(1)的次级产生感应电压，使晶体管(17)导通的同时，而另一边的晶体管变为截止。因此，晶体管(17)的收集极电位(30)变为接地端(19)的电位，而晶体管(18)的收集极电位变为直流电压(20)的电位。当交流电压负半周时，晶体管(17)截止，晶体管(18)导通。因此，与正半周时相反，晶体管(17)的收集极(30)的电位变为直流电压(20)的电位，而晶体管(18)的收集极电位(31)变为接地端(19)的电位。
这里当晶体管(17)或者(18)由截止到导通状态转变之际，电容(15)或(16)由于对交流是短路的，所以T型触发器电路(21a)～(21n)的复位端，瞬时变为接地端(19)的电位。也就是由T型触发电路(21a)～(21n)构成的2n进制的计数器，在交流电压V极性反转时被复位。在其它时刻，一直计数由振荡器(22)发出的脉冲数目。当计数值大于相位指令电路(图中未画出)输出的相位角指令值(23a)～(23n)时，数字比较回路(23)就立刻由接地电位变为正的直流电位。此信号与与门电路(24)、(25)的一输入端相联接。而与门(24)、(25)的另一输入端分别与(30)、(31)相联接。
因此，交流电压V正半周时，相位控制信号由与门(25)的输出端(27)输出；负半周时，相位控制信号由与门(24)输出端(26)输出。如果把与门(26)、(27)作为可控硅的门信号，那么可控硅的相位控制可达到180〔度〕/2n的精度。
过去的可控硅相位控制装置，由上还的电路构成。例如，由插入交流电源各相中的逆並联的可控硅去控制三相交流电时，那么用与过去构造相同的相位控制装置，以每相各一个计算共需要三台，而且，因为各装置中必须加与相应各相电源电压同步的交流电压，所以整个装置存在着价格昂贵又复杂的问题。
本发明就是为了解决存在的上述问题，目的是得到下述那样的可控硅相位控制装置。在多相交流电源中，仅输入一个与一相交流电源电压同步的电压，而与其它相电源同步的可控硅门信号可由本装置产生。
本发明的可控硅相位控制装置，是具备下述各个电路的设备：在多相交流电源中检出一相间电压的极性变化並能输出与极性变化相应的逻辑电平信号的同步电路，监视一极性变化並从检出该极性变化时起，经一定时间后开始计时，再经过一定的计时时间后产生相位角设定脉冲的第1计数器，由该相位角设定脉冲的输入，起动脉冲上升边同时开始计时，经过一定时间后起动脉冲下降边，以此产生一定时间宽度的门脉冲的第二计数器。伴随上述相位角设定脉冲的逻辑电平变化的同时，在计数到一定时钟脉冲后产生与电源同步的
Figure C8810013600051
周期的脉冲的第三计数器。以此第三计数器和上述的门脉冲信号为基础，产生各自相位相差360°/n的门信号，向插在各相中的可控硅门输出的多相门控脉冲产生电路。
本发明的可控硅相位控制装置，在多相交流电源中，将对一相电源进行相位角控制的第二计数器的脉冲输出作为基准脉冲输出，根据该基准脉冲，再利用第三计数器的脉冲输出信号，产生各自相位相差360°/n的门脉冲信号，这样，我们就能产生与其它相电源同步的相位控制用的可控硅门信号。
第1图示出了本发明的可控硅相位控制装置的一个实用例的线路图。第2、3、4图是第1图中使用的计数器的具体电路图，第5图的(a)～(g)是表示本发明动作原理的时间图表，第6图是表示以前的可控硅相位控制装置的线路图。
图中，(1a)为同步电路，(1b)是多相门脉冲生成电路，(38)为第一计数器，(39)为第二计数器，(40)为第三计数器。
而且，图中同一符号表示是同一部分或是相当部分。
下面，按图对本发明的一个实用例进行说明。图1中，(32)为变压器。(33)～(36)为电阻，(37)是运算放大器，它们共同构成同步电路(1a)。(38)～(40)分别为第一、第二及第三计数器。(41)(42)为D型触发电路，(43)为非门电路，它们构成多相门控脉冲产生回路(1b)。第二图是第一计数器(38)，第三图是第二计数器(39)，第四图是第三计数器(40)的一个具体电路实例。第2图～第4图中，(44a)～(44n)、(45a)～(45n)以及(46a)～(46n)为T型触发器，各自构成上升计数器。(47)～(48)是用信号(50)～(52)的上升边保持数据(49a)的锁存电路。(53)(54)是D型触发器，(56)是RS型触发器，(57)～(59)是数字比较器，(60)是与门电路。
在第1～4图中，(61)～(63)各与相同标号的点相联接。
(26)、(27)，(64)～(67)是能控制相位的可控硅门信号。
下面，说明工作原理。主要信号的时间图表示于图5的(a)～(g)中。
在这里，以三相交流电源R、S、T(图中未画出)的R-S线间电压加于变压器(32)的初级线圈时的情况为例进行分析。
R-S线间电压(V)(见第5图(b)在负半周时，同步电路(1a)的输出(61)是L(即低电平)(见第5图(b))，第二图中，计数器(44a)～(44n)的输出被复位。另一方面，由图中未示出控制装置产生的相当于相位角的数字指令值，若此值不为零，比较器(57)的输出(62)为H(即高电平)。其次，当R—S线间电压一旦进入正半周时，同步回路的输出(61)变为H(第5图(b))，即是由(44a)～(44n)构成的第1计数器(38)的复位被解除，开始计数由振荡器(22)产生的脉冲。这样当计数到与锁存电路(47)的输出同值时，比较器(57)的输出(62)变为L(第5图(c))。因此，计数器(38)的输出(62)，在电源电压正的180°度区间内的一指定时刻，产生1个时钟周期宽度的负脉冲。因此，当由n位计数器构成的情况时，相位角设定精度为180°/2n。
其次，比较电路(57)的输出(62)输入到第二计数器及第三计数器。第2计数器(39)由图3所示那样的电路构成，当比较电路(57)输出(62)变为L时，R-S触发器(56)输出变为H，在下一个时钟脉冲(22a)的下降边时D型触发器(27)输出变为H(第5图(d))。由T型触发器(45a)～(45n)构成的第2计数器(39)，当比较电路(57)的输出(62)变为L时，被复位，从比较回路(57)的输出(62)变为H时起，开始计数振荡器(22)的脉冲数。然后当其记数值达到锁存器(48)的值时，R-S触发器56，被复位，于下一个时钟脉冲的下降边时，D型触发电路的输出(27)变为L。直到比较电路(57)的输出(62)变为L后，下—个时钟脉冲(22a)下降之前，D型触发器的输出(27)一直保持为L(低电平)。也就是由第二计数器(39)输出既定宽度的脉冲(27)，由它决定了门脉冲的宽度。
另一方面，第三计数器(40)的电路构成如图4所示，比较电路(57)的输出(62)变为L时，由T型触发器(46a)～(46n)构成的计数器及T型触发器(55)被复位，在下一个时钟脉冲(22a)的下降边时，D型触发器(54)的输出(63)变为H(第5图(e))。比较电路(57)的输出(62)变为H时起，按时钟脉冲(22a)开始计数，直到达到锁存器(49)的值时，T型触发器(46a)～(46n)被复位，同时，T型触发器(55)的输出翻转，在下一个时钟脉冲(22)的下降边，D型触发器(54)的输出(63)变为L。
也就是，计数器(40)是到达指定时间时，输出(63)翻转的计数器，在这里，预先设定相当于电源电压周期30度的时间。因此，计数器(39)的输出是用于产生120度相位差脉冲的时钟信号。
在第1图中，计数器(62)的输出(27)与构成多相门脉冲产生电路(1b)的D型触发器(41)的D输入联接，D型触发器(41)的Q输出与D型触发(42)的输入联接，第三计数(40)的输出(63)联结到D型(41)翻42)的T输入，当以第二计数器(39)的输出做为基准时，D型触发器(42)的Q输出信号(66)，为延迟120°的信号，而以信号(27)做为基准时，D型触发器(41)的Q输出信号(64)便为延迟240°的信号(第5图(g))。因为信号(27)与R-S线间电压同步，所以D型触发器(42)的Q输出信号(66)与S-T线间电压同步，D型触发器(41)的Q输出信号(64)便与T-R线间电压同步。
信号(26)，D型触发器(41)的Q输出信号(65)及D型触发器(42)的Q输出信号(67)分别是上述各信号(27)、(64)，(66)的反向信号，这些信号分别加于插入三相各相中的逆並联可控硅的控制门上。
在上述实用例中，逆並联可控硅的一端联向三相交流电源的电源侧，而另外一端与三相负载侧相联，这样将逆並联的可控硅同三相的各相联结起采。虽然所述的是控制三相负荷电力的情况，即便是可控硅的构成改变时，本实用例也是可用的。即使是在这种情况下，可以同各逆並联的可控硅组中的一个可控硅输出门信号(27)，(64)、(66)为基础，很容易产生主电路所希望的门信号。
另外，在上述实用例中，已就三相交流电力控制情况做了说明，但利用第三计数器(40)的输出信号的周期设定和在门控脉冲生成电路中进加D型触发器的方法，其应用不限于三相交流电。
综上所述，按照本发明，在多相交流电源中，能生成一个与一相电源输出相同步的可控硅门信号，对该门信号再应用计数器，每相可生成具有所需相位差的门信号，由于能够获得相应电源各相所需要的具有不同相位差的门控信号，所以只要把与一相交流电源输出相同步的电压输入到可控硅相位控制装置就可以了。应用本发明结果的装置价格便宜，而且即使在电源频率例如50周或者60周不相同的情况下，可利用软件设定计数器的设定值来进行处理，所以，在通用性上具有较大的优越性。

Claims (1)

1.一种可控硅相位控制装置，包括：
同步电路，其输入n相交流电源中的一相电压，输出与上述电压的极性变化同步的极性信号，从而基于可控硅控制方式进行n相交流电的相位控制，
振荡电路，其与第1、第2、第3计数器相连，产生作为上述计数器计数操作的基准时序的一定频率的方波信号，
其特征在于：还包括在捕获到上述的同步电路的输出信号的状态变化之后，一定时间后产生相位角设定脉冲的第1计数器，和从该相位角设定脉冲输入时起执行计时动作，并能输出计时时间宽度的门脉冲的第2计数器，及伴随上述相位角设定脉冲输入的同时输出以电源周期的 为周期的脉冲的第3计数器，以及基于上述第2与第3计数器的输出产生与n相交流电源的各相电压波形同步的门脉冲并向各相可控硅门输出的多相门脉冲生成电路。
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