正弦波同步移相触发电路毕业论文

摘要

电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的换和控制的科学,是20世纪50年代诞生70年代迅速发展起来的一门多学科互相渗透的综合性技术学科。这些技术包括以节约能源、提高照明质量为目的的绿色照明技术。以节约能源、提高运行可靠性并更好地满足产要求为目的的交流变频调速技术以提高电力系统运行的稳定性、可控制性为目的，并可有效节能的灵括、柔性、交流输电技术等等。随着电力半导造技求、徽电子技术、汁算机技术以及控制理论的不断进步。电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率 导体复合器件表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 

电力电子线路的基本形式之一即交流—交流—交流变换电路它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。交流调压器与常规的交流调压变压器相比它的体积和重量都要小得多。交流调压器的输出仍是交流电压它不是正弦波其谐波分量较大功率因数也较低。

正弦波同步移相触发电路分析研究了在交—交变频器中采用正弦波移相触发电路对输出电压的影响, 加深理解正弦波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用，掌握正弦波同步移相触发电路的调试方法，并介绍了一种功能齐全的正弦波移相触发电路及其应用。

正弦波同步移相触发电路由同步移相，脉冲放大等单元电路组成，对同步移相、脉冲放大、强触发等将做详细的讲解。

关键词：变频器；正弦波；触发电路；输出电压；移相控制电压

Sine wave synchronous trigger circuit

Abstract

Power electronic technology is based on a power electronic device for power transfer and control of science, is a comprehensive subject of a multi-disciplinary nineteen fifties was born in 70's with the rapid development of mutual infiltration. These techniques include green lighting technology to save energy, improve the quality of lighting for the purpose of. To save energy, improve the running reliability and better meet the requirement of production for AC variable frequency speed control technology for the purpose to improve the stability of power system operation, the control for the purpose, and may be effective in saving spirit includes, flexible, AC transmission technology. With the development of power semiconductor manufacturing technology, Hui Electronic Technology, computer technology and the continuous progress of control theory. Power electronic technology towards high power, high frequency and intelligent direction, field of application will be more broad. Development of the late eighty's and early ninety's, with the power of MOSFET and IGBT as the representative, set power conductor composite device of high frequency, high voltage and large current in a show that the traditional power electronic technology has entered the modern era of power electronics.

One of the basic forms of power electronic circuit AC - AC - AC converter which is a form of AC can be changed into another form of alternating current circuit. AC voltage regulator with conventional AC voltage transformer compared to its volume and the weight should be much smaller. AC output AC voltage regulator is it not sine wave the harmonic component big power factor is low.

Sine wave synchronous trigger circuit analysis of the effect of triggering circuit on the output voltage by wave phase shift in the AC-AC converter, deepen understanding of sine wave synchronous phase-shift trigger circuit operation principle and the function of each component, master debugging method of sine wave synchronous phase-shift trigger circuit, and introduces the sinusoidal phase shift a full-featured trigger circuit and its application.

Sine wave synchronous trigger circuit of synchronous phase, pulse amplification unit circuit, the synchronous phase shift, pulse amplification, strong triggering will make detailed explanation.

Keywords: inverter; sinusoidal; trigger circuit; the output voltage phase control voltage;

目录

1、前言    1

2、工作原理及电路设计    2

2.1 工作原理    2

2.2 同步的实现    3

2.3正弦波移相    4

2.4仿真原理图及结果    7

3、结论    10

4、附录    11

4.1、 相位平衡条件    11

4.2． 电路能否自激振荡的判断    11

4.2.1放大电路的移相φA    11

4.2.2反馈网络的移相φF    12

5、参考文献    14

6、致谢    15

1、前言

在企业的大型异步电动机和同步电动机的调速领域，交一交变频率高、控制功率大，越来越受到人们的青睐。交流电动机供电的交一交变频器为了减小谐波的影响和提高变频器的功率因数，输出波形通常采用正弦波、梯形波或方波。特别是对输出采用正弦波的交一交变频的晶闸管低频电源来讲，触发电路的同步信号采用的正弦波对输出电压的波形有很大的影响。

电力电子技术主要是用半导体电子器件进行功率变换、控制及开断电路的应用技术,支持该领域的三大支柱是电能技术、电子技术和控制技术,反过来电力电子技术又推动了这些技术的发展。电力电子技术是以电能的电压、电流、频率、相位等为转换形式,尤其是以大功率的频率转换直流是频率为零的交流为主要对象,向所有用电部门扩展。当今,电力电子技术已成为包括材料、器件、电路、装置,系统、传感器、控制在内的一体化有机整体。

2、工作原理及电路设计

2.1 工作原理

正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲放大等环节组成。

其触发电路图如图2-1：

图2-1 原理图

a、同步信号由有效值为30V的正弦交流电提供，当U为负半周时，VT1截止，VD1导通，此时，TP1电压值为-0.7V。当U为正半周时，VD1截止，VT1导通，并将TP1的电位前置为+0.7V。此为TP1一周期内的电压变化情况。

b.当U为负半周时，VT1截止，+15V电源通过R6给C5充电，此时TP2电位为+15V，当U为正半周时，VT1导通，此时回路为+15V—R6—VT1—接地导通，所以，TP2的电位为0.3（约等于0V）。此为TP2一周期内的电压变化情况。

c.当U为负半周时，VT1截止，导通回路为+15V—R7—VT2—接地，TP3的电位前置到0.7V，当U为正半周时，VT1导通，C5左端的电位突降，因为C5原处于充电状态，其电压不能突变，所以右端电位也会突降，所以TP3通过VD2也会突降，C5放完电后，TP3的电位恢复到原来的0.7V。此为TP3一周期内的电压变化情况。

d.当U为负半周时，VT1截止，VT2导通,导通电路为+15V—R8—VT2—接地，此时TP4电压为0V（实为0.3V），当U为正半周时，TP3电位突变，VT2是截止的，此时，导通电路+15V—R8—VT3，TP4电位值为0.7V。TP3电位突变后，VT2重新导通 ，TP4电压为0V（实为0.3V）。此为TP4一周期内的电压变化情况。

e.当U为负半周时，VT1截止，VT2导通时，电源电压+15V，R9，VD6，VT2对C7充电至15V左右，TP5为一电位值，当U为正半周时，TP3电位突变，VT2截止，VT3导通，导通回路为+15V—R9—VD6—VT3，所以TP5电位值为0V（实为0.3V）。TP3电位突变完后，VT2导通,VT3截止，TP5点电位恢复到原来值。此为TP5周期内的电压变化情况。

图2-2 正弦波同步移相触发电路的典型波形

    正弦波同步移相触发电路的各点典型波形如图2-2所示。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在面板上，同步变压器副边已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。

2.2 同步的实现

在正弦波同步移相触发电路中实现同步主要分为：1、根据主电路的结构，负载的性质及触发电路的形式与脉冲移相范围的要求，确定该触发电路的同步电压UT与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系。2、根据电源变压器的接法，以电网某线电压作参考矢量，画出电源变压器次级电压的矢量，从而确定相对应的同步电压和同步线电压矢量。3、根据同步变压器次级线矢量位置，确定同步变压器钟点数。

2.3正弦波移相

移相式正弦波是由三节RC超前或滞后移相反馈网络和反相放大器组成，常用于产生低频正弦信号。三节RC电路含180º相移，与负馈放大器正好在该频率上构成正反馈，与负反馈放大器正好在该频率上构成正反馈，满足振荡的相位平衡条件，若适当选择稳幅负反馈网络的反馈电阻RF，使放大器闭环增益大于1，即满足振荡的振幅条件，就能在输出端得到正弦波振荡信号。

图2-3用相量图表示了简单串联电路中电阻和电容两端的电压UR、UC和输入电压U的关系，值得注意的是：相量法的适用范围是正弦信号的稳态响应，并且在R、C的值都已固定的情况下，由于Xc的值是频率的函数，因此，同一电路对于不同频率正弦信号的相量图表示并不相同。在这里，同样的移相电路对不同频率信号的移相角度是不会相同的，因此设计中一定要针对特定的频率进行。

我们一般将RC与运放联系起来组成有源的移相电路，图2-4是个典型的可调移相电路，它实际上就是图2-3中两个移相电路的选择叠加：在图2-3两个移相电路之后各自增加了一个跟随器，然后用一个电位器和一个加法器进行选择相加。

如果用相量法来表示输出量和输入量的关系，我们可以得到图2-4电路的两个方程：

这里我们可以将以上方程称为用相量形式表示的传递函数或传递方程。

以上两个传递方程实际上就是图2-3两个电路的传递方程，它们表示出了输出信号和输入信号之间的关系，从相位来看，如果把输入信号看成是在横轴正向的单位为1的信号，则传递方程的实部对应着输出信号所处的横坐标，虚部则对应输出信号所处的纵坐标，由于以上传递方程的分母恒大于零，因此H1表示经过IC1后的信号相位在第4象限（实部为正，虚部为负），而H2表示经过IC2后的信号相位在第1象限（实部为正，虚部也为正）。至于移相的具体角度则应该是输入频率的函数。

对图2-3和图2-4电路，经过两个简单移相电路的相移角度分别是

φ1=arctg（-ωRC）和φ2=arctg（1/ωRC）

对于周期为2πRC的信号来说，角频率ω=1/RC，这时的移相角度分别为-45°和+45°，在这种情况下，图2-4电路的移相角度不会大于±45°，当图2-4电路的电位器调到尽头都达不到规定的移相角度时，可考虑改变电路参数或者改变电路。

在不改变元件参数的情况下，一个很笨的方法可以这样来做：如果图2-4中的移相角度在RW向下调节的过程中逐渐接近要求，但将RW的滑动臂调到最下方仍然达不到理想结果时，我们就可以去掉IC1和IC3,再在IC2后面加一个同样的IC2电路，只不过这时可以把电阻R换成可调电阻以改变移相的角度。

有人会把图2-4中IC1电路和IC2电路说成是低通电路和高通电路，因为在有源滤波器中，这两个电路确实是起到了低通和高通的作用。但正如我们这里只称图2-3中间的电路是基本的RC移相电路，而不说它是微分电路、耦合电路、隔直电路、复位电路和高通电路一样，我们这里主要利用了图2-4电路的移相作用，因此我们这里就只说它是移相电路。

实际上，很多有源滤波器都有移相作用，在有源滤波器中考虑的主要是电路的幅频特性，而我们这里更重视的是相频特性。在得到电路的传递函数后，我们可以直接用jω代替原传递函数中的s，这样就得到用相量形式表示的传递函数或称传递方程。然后有理化分母，并分析传递方程的实部和虚部，从而就可以得到移相的角度，具体的移相角度应该是

φ = tg-1[(传递方程虚部)/(传递方程实部)]

注意第1象限和第3象限的相应角度具有相同的正切值，同样第2象限和第4象限的相应角度也有相同的正切值，因此在使用公式“φ = tg-1[(传递方程虚部)/(传递方程实部)]”之前，应该首先分析输出信号所在的象限。

利用这种方法，我们可以得到一些移相角度更广泛的电路。

图2-5和图2-6还是可看成是基本的RC移相电路，它实际上就是图2-4中的IC2和IC1电路，图2-5电路的移相作用和图2-4的IC2电路一致， 

和图2-4的两个电路不同的是，图2-5和图2-6电路能对电路移相后的幅度进行一定的补偿。

以上电路的移相网络都在同相输入端，其移相角度也都在第1和第4象限，如果我们把输入信号放到反相输入端，把移相网络也放到反相的输入端和反馈环节，则移相角度会迁移到第2和第3象限，其电路分别见图7和图8。

以上移相电路分别包括了整个360°的四个象限，在应用时还要注意其应用频率和元件参数的关系，参数选得不同，移相的角度就会不同，一般说来，在靠近某移相电路的极限移相角度附近，其元器件的选择是十分困难的。

以上每个电路调节的范围都局限在90°以内，要使其调节的范围增大，可以采用图2-7和图2-8的电路。

    电路的传递方程推导都比较麻烦，我们仅对图2-9电路进行了推导，并将推导的主要结果列出如下：

以上传递方程的虚部为负，而实部则根据角频率、电容和各电阻的具体值可分别取为正值或负值，因此该电路的移相角度可以在第3和第4象限之内，也可称之为0~180°超前移相。

如果取R1=R2，则k=0.5，这样在角频率为1/(RC)时，图9和图10电路就分别为+90°移相和-90°移相。

以上分析都只考虑了各个电路的移相特性，实际上每个电路除了有移相功能外，也一定会对信号的幅度进行不同程度的衰减，因此在移相过程中或移相后，我们还要注意对其进行一定的幅度补偿，这一般可以通过同相放大电路来实现。

2.4仿真原理图及结果

图2-11 原理图

图2-12 仿真图

该集成模块内部主要由“同步寄存器”、“基准电源”、“正弦波形成电路”、“移相电源”、“正弦波比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能块组成。

同步信号由TCA785集成触发器的第五脚输入，“过零检测”部分对同步电压信号进行检测，当检测到同步信号过零时，信号送“同步寄存器”，“同步寄存器”输出控制正弦波发生电路，正弦波的斜率大小第九脚外接电阻和十脚外接电容决定;输出脉冲宽度由十二脚外接电容的大小决定；十四脚、十五脚输出对负半轴和正半轴的触发脉冲，移相控制电压由11脚输入。

 在图2-11中，单位器RP1主要调节正弦波的斜率，电位器PR2则调节输入的控制移相电压，脉冲从14脚、15脚输出，输出的脉冲恰好互差180度，变压器起耦合隔离作用。

3、结论

采用正弦波移相触发电路调制方案的低频电源，其输出电流越大，性能优势越明显，故障率低。

通过对正弦波移相触发电路的研究使我加深了对课本专业知识的理解平常都是理论知识的学习在此次学习有理论知识是远远不够的只有把所学的理论知识与实践相结合从实践中得过程中我更进一步地熟悉了正弦波移相触发电路的原理和电路的设计。当然在这个过程中我也遇到了困难查阅资料相互通过讨论。我准确地找出了我们的错误并纠正了错误这更是我们的收获不但使我们进一步提高了我们的实践能力也让我们在以后的工作学习有了更大的信心。

这次设计过程使我懂得了只出结论从而提高了自己的实际动手能力和思考的能力。在学习中遇到了不少困难但也让我学到了一些课本上没有的知识进一步的提高了我的能力。让我收获最大的是我发现了自己对以前的知识理解的不够深刻掌握得不够牢固通过这次我把以前所学的知识重新温故，让我受益菲浅。

4、附录

正弦波振荡器是一种不需外加信号，能自动将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号的自激振荡电路。正弦波振荡器要产生稳定的正弦波振荡，电路必须要满足振荡的起振和平衡的振幅和相位条件，实现放大 → 选频 → 正反馈→ 再放大，不断自激，产生输出信号的过程，如图4-1。

图4-1 正弦波振荡器

4.1、 相位平衡条件

　正弦波振荡器要稳定产生持续等幅振荡的平衡过程，除满足振幅平衡条件外，还必须满足相位平衡条件，即：

　　φA + φF = 2nπ （n = 0，1，2，…）

　　φA是放大电路的移相；

　　φF是反馈网络的移相。

4.2． 电路能否自激振荡的判断

　正弦波振荡器中，能出现相位变化的有放大和反馈两部分，对这两部分电路的移相进行分析、归纳，有助于增强振荡器自激振荡条件的理解，提高自激振荡判断的解题能力。

4.2.1放大电路的移相φA

　放大电路的移相主要决定于放大电路的形式。常用的放大电路有：晶体三极管放大器、场效应管放大器、差分放大器和集成运放等。职业中专只讨论晶体三极管放大器和集成运放电路。

　a、晶体三极管放大器分共射、共基、共集三种组态。

　共射电路移相φA = π。（见图4-2）

　共基电路移相φA = 0。（见图4-3）

　共集电路移相φA = 0。（见图4-4）

            图4-2 共射电路移相                      图4-3 共基电路移相

图4-4 共集电路移相

　b、集成运放电路有同相输入和反相输入两种。

　　同相输入移相φA = 0。

　　反相输入移相φA =π。

4.2.2反馈网络的移相φF

　反馈网络的移相φF与信号的频率有关。通过选频电路，保证了振荡器具有单一的工作频率，也保证了反馈网络移相φF的单一值。在各种不同的振荡电路中，反馈网络有的就是选频电路，有的反馈网络与选频电路分开，有的反馈网络是选频电路的一部分。

a、RC串并联网络

　当f = f0= 时，输出电压与反馈电压同相，即φF = 0。

b、RC移相网络

             图4-5 超前移相                                   图4-6 滞后移相

　RC移相网络有超前移相和滞后移相两种。选取不同的R和C值，可获得一定频率下的超前移相（φF >0）（图4-5）和滞后移相（φF < 0）（图4-6）值。

5、参考文献

【1】电力电子技术发展趋势，电气自动化技术网。

【2】《电力电子技术》张家胜，张磊编著，中国石油大学出版社。

【3】《电机与拖动基础》高等教育出版社。

【4】《电子技术实验教程》徐国华等编著，北京航空航天大学出版社。

【5】《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》洪乃刚，机械工业出版社。

【6】《电力电子技术计算机仿真实验》李传琦，电子工业出版社 2005。

【7】《电力电子学》陈坚，北京高等教育出版社。

【8】王兆安.《电力电子技术》机械工业出版社.2009

【9】王云亮 《电力电子技术》 北京电子工业出版社 

【10】黄俊、王兆安《电力电子交流技术》北京机械工业出版社

6、致谢

首先，非常感谢学校给我这次毕业设计的机会，使我能够将大学三年所学的知识能够学以致用，在设计过程中学到了很多新的知识，让理论和实践充分的结合，这对我是一次新的突破，我相信，这对于学校的每一位学生来说，这都将是从学校跨入社会的一个新的转折点，勇于发现问题，思考。

其次，感谢我的每一位任课老师的辛勤教导和无私奉献，正是各位老师的辛勤教导，我才能再毕业的时候能够自主的进行毕业论文的设计，更让我在知识的积累以及个人修养上都有很大的提升，这是我人生中不可多得的财富。

另外，非常感谢我的毕业论文指导老师！在毕业论文写作的过程中，一直得到老师的悉心教诲和指点，使我对课题逐渐有了清晰的思路。老师严谨务实的治学态度和忘我的工作热情是我学习的榜样，在此表示诚挚的敬意。

同时还要感谢在论文写作过程中给予我帮助的各位同学。

最后，再次对大学三年来悉心教导我的每一次老师及学校的领导表示衷心的感谢。