專利名稱：?jiǎn)蜗噙^(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)電領(lǐng)域。
我曾在1999、9、1、公開的專利“三相交流電的無(wú)觸關(guān)開關(guān)(ZL95227526.0)”中留下一個(gè)設(shè)定，假定單相電的過(guò)零驅(qū)動(dòng)問(wèn)題有一個(gè)接入雙向可控硅控制極的過(guò)零驅(qū)動(dòng)集成塊(或線路)就算問(wèn)題已經(jīng)解決。稍后對(duì)有關(guān)資料一推敲，我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題遠(yuǎn)非如此簡(jiǎn)單。由于該問(wèn)題的徹底解決牽涉到上述三相專利的有效實(shí)施，為了掃清前進(jìn)路上的技術(shù)障礙，也為了徹底揭示在單相電領(lǐng)域遺留下的圍繞過(guò)零驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明著重從設(shè)計(jì)方法上描述“單相過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘”(即是上述專利ZL95227526.0中所說(shuō)“單相交流電的過(guò)零驅(qū)動(dòng)型無(wú)觸頭開關(guān)”)制作成功必然涉及的各個(gè)技術(shù)要點(diǎn)，這些要點(diǎn)均屬解決問(wèn)題的必要條件，缺一不可。
人們出于安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)諸多需要，近年正著眼于以無(wú)觸頭的開關(guān)去取代有觸頭的開關(guān)，這是大勢(shì)所趨，通常這一任務(wù)由可控硅的截止與導(dǎo)通功能實(shí)施，而且實(shí)施也不難。稍后人們發(fā)現(xiàn)，只用可控硅作成的無(wú)觸頭開關(guān)雖可使負(fù)載線沒(méi)有因觸頭而生成的電火花，但仍不能根除開或關(guān)那一瞬派生的浪涌電流或電壓跳變，因而派生的高頻電磁輻射仍舊很強(qiáng)，于是出現(xiàn)了在可控硅控制極G上接入的“過(guò)零驅(qū)動(dòng)集成塊”(或過(guò)零驅(qū)動(dòng)線路)。說(shuō)到底，這些集成塊或線路本質(zhì)上都只是脈沖變換器，即使它已設(shè)計(jì)得十全十美，也只能算是滿足了單相過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘制造成功之前的一個(gè)必要條件，以下一些關(guān)系到能否真正實(shí)現(xiàn)過(guò)零驅(qū)動(dòng)功能的要害問(wèn)題，它就絲毫未能正面作答，如所謂“過(guò)零”的原始信息，確切的電參數(shù)為何？如何去捕捉？捉“過(guò)零”的方法周密否？等等，還不止此，退一步講，就算控制極上來(lái)的觸發(fā)信號(hào)果真是合格的“過(guò)零”才準(zhǔn)開(或關(guān))的脈沖，但可控硅仍舊可能不遵守過(guò)零規(guī)則我行我素運(yùn)作，這一點(diǎn)見過(guò)后文分析即可一目了然；還有，有效的過(guò)零驅(qū)動(dòng)對(duì)負(fù)載也有相應(yīng)的嚴(yán)格要求，比方說(shuō)，要求負(fù)載必須是無(wú)源負(fù)載，因?yàn)槿魏斡性簇?fù)載，哪怕該負(fù)載內(nèi)只在某一時(shí)間段才出現(xiàn)派生的臨時(shí)“電源”，也可能因迭加而導(dǎo)致過(guò)零規(guī)則的破壞。可見，在單相交流供電領(lǐng)域里能否有效實(shí)現(xiàn)過(guò)零驅(qū)動(dòng)，決不是一個(gè)簡(jiǎn)單的孤立的技術(shù)問(wèn)題。之所以可控硅的非過(guò)零驅(qū)動(dòng)容易實(shí)施，而過(guò)零驅(qū)動(dòng)卻難于實(shí)施，是因?yàn)榉沁^(guò)零驅(qū)動(dòng)是一種只由可控硅獨(dú)自專斷的強(qiáng)制性功能，而過(guò)零一瞬的驅(qū)動(dòng)卻是一種引導(dǎo)性的、多因素配合的功能。以上所述決非故弄玄虛，幾年前就曾出現(xiàn)過(guò)在過(guò)零驅(qū)動(dòng)問(wèn)題上前功盡棄的教訓(xùn)，這已在我的前述三相專利文獻(xiàn)ZL95227526.0中揭示過(guò)一例，不再重述。
本發(fā)明的目的是從設(shè)計(jì)方法上說(shuō)明在廣義單相電領(lǐng)域使用的過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘應(yīng)當(dāng)滿足的各種必要條件；作為重要特例，對(duì)以正弦交變電壓供電的無(wú)源負(fù)載或準(zhǔn)無(wú)源負(fù)載，說(shuō)明過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘各個(gè)必要條件的量的界線；就正弦交變電壓這種波形，提供詳細(xì)的線路圖，該圖既能精確地捕捉供電的每一次過(guò)零信息，又通過(guò)適當(dāng)?shù)拿}沖變換使雙向可控硅的控制極上得到恰當(dāng)?shù)倪^(guò)零觸發(fā)脈沖，雙向可控硅是選用合格可控硅(如果負(fù)載屬于無(wú)源負(fù)載或準(zhǔn)無(wú)源負(fù)載)，也可以是選用次合格可控硅(如果負(fù)載屬于線性儲(chǔ)能負(fù)載或非線性儲(chǔ)能負(fù)載)。如果情況屬于選用合格可控硅那種，則可控硅的開通與關(guān)斷均可在正弦交變電壓過(guò)零一瞬實(shí)現(xiàn)；如果情況屬于選用次合格可控硅那種，則可控硅的開通可在正弦交變電壓過(guò)零一瞬實(shí)現(xiàn)，但可控硅的關(guān)斷那一刻卻只能在負(fù)載上的交變電流過(guò)零實(shí)現(xiàn)了，此刻交變電壓并不過(guò)零。由此可見，過(guò)零驅(qū)動(dòng)將酌情包含不同內(nèi)容。
鑒于以往過(guò)零驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上的教訓(xùn)，為了避免重蹈覆轍，在說(shuō)明本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容之前，首先對(duì)后文將提及的主要概念界定如下單相電。后文所說(shuō)“單相電”是一個(gè)廣義概念，它是指在供電(即相線——中線進(jìn)線端)提供的周期為T的沒(méi)有直流分量的交變電壓V(t)，該V(t)的零值電壓[V(ti)＝0]每隔T/2時(shí)間間隔出現(xiàn)一次，而且，其上升沿“過(guò)零”與下降沿“過(guò)零”交替出現(xiàn)。
鏡象重合電壓。在上述單相電V(t)中，有一簇特殊的單相電，它的負(fù)值電壓(時(shí)間軸t之下那部分)反號(hào)成正值電壓后(即變?yōu)闀r(shí)間軸t上方的鏡象后)，可與該單相電的原正值電壓部分通過(guò)平移完全重合，這簇單相電稱為“鏡象重合電壓”，包括時(shí)間軸t從中腰穿過(guò)的正弦波、方波、三角波等電壓(鏡象重合電壓還有許多波形，因本文不予討論，略)。這一簇單相電是后文V(t)的主要供電形式，只要在這一簇中確定了任何一種具體供電波形及波參數(shù)，就可以準(zhǔn)確地確定后文主線路上主要元部件應(yīng)當(dāng)界定的電參數(shù)。(注本文所有時(shí)間軸t均以平面直角坐標(biāo)系的橫軸表示)。
過(guò)零驅(qū)動(dòng)。后文所說(shuō)“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”是指雙向可控硅在單相電零值電壓[V(ti)＝0]的近傍一個(gè)短暫“一瞬”內(nèi)完成的開或關(guān)功能。此“一瞬”不是時(shí)間軸t上的幾何點(diǎn)，而是t軸上一節(jié)線段，但該時(shí)間線段遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于V(t)的周期T所對(duì)應(yīng)的時(shí)間線段?！耙凰病睍r(shí)間段的取值如何將直接關(guān)系“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”功能質(zhì)量的高低，甚至關(guān)系到其成敗。決定“一瞬”取值的因素有二(1)V(t)的具體波形、波參數(shù)；(2)雙向可控硅某種特性參數(shù)的約束。下邊僅以常用市電的波形及波參數(shù)作詳細(xì)分析
討論的V(t)具體為V(t)＝E＝EmSin(2πft＋φ)，其中，Em＝310伏特，f＝50HZ，導(dǎo)出參數(shù)E周期T＝20ms，E的有效值220伏特。為了便于作定量分析，下文以一個(gè)開區(qū)間(ti－Δt，ti＋Δt)作“過(guò)零一瞬”的表達(dá)式。顯然，表達(dá)式內(nèi)Δt這個(gè)時(shí)間段取值越小，同時(shí)雙向可控硅又有能力在其時(shí)間段內(nèi)完成開或關(guān)功能，則“過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘”的質(zhì)量必越高，能抑制的浪涌電流或電壓跳變當(dāng)然也就越徹底。上述論斷的前提是在開區(qū)間(ti－Δt，ti＋Δt)內(nèi)，V(t)只能是單調(diào)的上升(或下降)變量。
現(xiàn)在看上述E的三組具體數(shù)據(jù)(1)當(dāng)Δt取0.317ms時(shí)，在開區(qū)間(ti－0.317ms，ti＋0.317ms)里V(t)的最大模值為|Vmax0.317|≈31伏特，即為周期T內(nèi)E的峰值Em(310伏)的1/10 ；(2)當(dāng)Δt取0.106ms時(shí)，|Vmax0.106|≈10伏特，即為Em的1/30；(3)當(dāng)Δt取0.032ms時(shí)，|Vmax0.032|≈3伏特，即為Em的1/100；由以上數(shù)據(jù)可知，如果雙向可控硅有能力在第(3)檔完成開或關(guān)功能，則將是上述三種情況下“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”質(zhì)量的最佳者。特別注意，當(dāng)Δt取1.6ms，|Vmax1.6|≈Em/2，顯然，此時(shí)再談“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”已失去意義，當(dāng)然不可取，Δt再大就更不行了。
無(wú)源負(fù)載。凡負(fù)載之內(nèi)不藏有任何供電實(shí)體與儲(chǔ)能元件者均稱“無(wú)源負(fù)載”。事實(shí)上，只有純電阻這一種線性負(fù)載才是標(biāo)準(zhǔn)的“無(wú)源負(fù)載”。
線性儲(chǔ)能負(fù)載與線性準(zhǔn)無(wú)源負(fù)載。凡是單純由線性元件電阻R和線性儲(chǔ)能元件如電容C及電感L(包括自感與互感)等組合成的負(fù)載均稱為線性儲(chǔ)能負(fù)載，這些組合體之內(nèi)雖然并無(wú)電源的實(shí)體，但也應(yīng)算是“有源”的，因?yàn)槠渲械碾娍乖∏梢诠╇姷拈_或關(guān)那一刻以“供電電源”的身份出現(xiàn)。但這類負(fù)載卻有個(gè)共同特點(diǎn)因?yàn)槭蔷€性，其中每個(gè)R、C、L上的穩(wěn)定的電流變量I(t)在V(t)屬于正弦供電條件時(shí)將依然屬于正弦變量，I(t)與V(t)的區(qū)別只在峰值與相位方面，而周期則均為T，所以，這類負(fù)載都可以“整容”成另一綜合性負(fù)載，后者功能與純電阻相同。“整容”過(guò)程如下如果線性儲(chǔ)能負(fù)載是等效為電感與電阻相串的“感性負(fù)載”，可與它適當(dāng)并聯(lián)一個(gè)“容性平衡支路”，使并聯(lián)后綜合負(fù)載的功率因素為1；如果線性儲(chǔ)能負(fù)載是等效為電容與電阻相串的“容性負(fù)載”，可與它適當(dāng)并聯(lián)一個(gè)“感性平衡支路”，使并聯(lián)后綜合負(fù)載的功率因素也為1。經(jīng)“整容”后得到的綜合負(fù)載，統(tǒng)稱“線性準(zhǔn)無(wú)源負(fù)載”。實(shí)際上，綜合負(fù)載的功率因素COSψ在區(qū)間
的雙向可控硅稱為“合格可控硅”；把除IH外其余電參數(shù)均合格者稱為“次合格可控硅”。
本發(fā)明要求保護(hù)以下技術(shù)內(nèi)容關(guān)于單相過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的設(shè)計(jì)法，與其他同類設(shè)計(jì)法相比，本設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)是對(duì)過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘電路設(shè)計(jì)圖上關(guān)系到過(guò)零驅(qū)動(dòng)功能的主要元件的電參數(shù)、以及部份線路的主功能，規(guī)定出了量的界限，其中有(1)規(guī)定使用雙向可控硅作執(zhí)行元件，且雙向可控硅的VFA值必須小于單相V(t)在所有(ti－Δt，ti＋Δt)區(qū)間里的最大模值|VmaxΔt|，設(shè)計(jì)者選定Δt之值時(shí)，要使這個(gè)|VmaxΔt|的值至少小于V(t)在一個(gè)周期T內(nèi)的峰值電壓的1/10；過(guò)零驅(qū)動(dòng)質(zhì)量的高低由|VmaxΔt|值裁定，且|VmaxΔt|的值越小質(zhì)量越高；(2)專門使用“同步過(guò)零線路”捕捉單相電V(t)的過(guò)零信息，然后將此信息直接輸入脈沖變換器的信號(hào)輸入端，而且，這個(gè)過(guò)零信息區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的峰值電壓也非常接近零值，具體說(shuō)，它至少小于V(t)在一個(gè)周期T內(nèi)峰值電壓的1/1000，再小些當(dāng)然會(huì)更好；(3)設(shè)計(jì)的脈沖變換器應(yīng)為雙向可控硅的G～T1足提供如下參數(shù)的觸發(fā)脈沖脈沖幅度大于VGT，脈沖輸入或輸出G足的觸發(fā)電流大于IGT，脈寬td則既要大于(ti－Δt，ti＋Δt)，又要小于(ti－MΔt，ti＋MΔt)，td的前一區(qū)間界用于保證雙向可控硅過(guò)零一瞬實(shí)現(xiàn)觸通，td的后一區(qū)間界用于防止td寬得過(guò)份了，反而干擾稍后跟著出現(xiàn)的關(guān)斷。上述M的取值視波形而定，M＞1，但M之值應(yīng)保證在任何(ti，ti＋MΔt)內(nèi)，V(t)都是單調(diào)變量，或遞增或遞減，只能屬一種。
(4)本設(shè)計(jì)的過(guò)零對(duì)每一次V(ti)＝0均適用，不論它是上升沿過(guò)零，或下降沿過(guò)零；本設(shè)計(jì)使用的單相電V(t)只限于鏡象重含電壓，負(fù)載也只限于以下四種之一無(wú)源負(fù)載、準(zhǔn)無(wú)源負(fù)載、線性儲(chǔ)能負(fù)載、橋式整流的非線性儲(chǔ)能負(fù)載。
上述(1)、(2)、(3)的界定屬于過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的內(nèi)因，第(4)則屬于其外因。
此外，作為典型例子，本發(fā)明還專門針對(duì)正弦交流電壓(市電)E＝EmSin(2πft＋φ)這一種供電形式設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的電路，該電路將用來(lái)詳細(xì)描述上述被保護(hù)技術(shù)內(nèi)容的細(xì)節(jié)，下邊就來(lái)談這些細(xì)節(jié)


圖1是一個(gè)完整的單相過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的線路圖。(為了醒目，供過(guò)零驅(qū)動(dòng)線路使用的直流穩(wěn)壓線路另畫)圖1供電端的V(t)現(xiàn)在是E＝EmSin(2πft＋φ)，為了與專利ZL95227526.0文獻(xiàn)上的線路圖相銜接，圖中仍以B相、O線作為進(jìn)線端(即ZL95227526.0中所謂“B相線上的單元”)；圖1畫的RL是純電阻負(fù)載；R1與R2即ZL95227526.0中的“降壓同步交流線路”，現(xiàn)更名為“同步過(guò)零線路”，目的是突出“過(guò)零一瞬”的同步；除上述R1、R2、RL與雙向可控硅Vs以外，圖1所剩余部分即為ZL95227526.0中的“過(guò)零驅(qū)動(dòng)線路”。相線與0線的接法可保證在VS截止時(shí)負(fù)載RL上“不帶火”。
再看圖1中“過(guò)零驅(qū)動(dòng)線路”的結(jié)構(gòu)該線路共有7個(gè)集成塊IC1～7，所有集成塊均選用單電源供電的成品，且供電電壓統(tǒng)一使用一個(gè)直流穩(wěn)壓電源E1，E1的取值在9伏至15伏之間。每個(gè)集成塊周圍的電子元件是為實(shí)現(xiàn)該集成塊的功能而設(shè)。7個(gè)集成塊中，IC1～3是三個(gè)電壓比較器，選一個(gè)四比較器LM339只用其三(或選個(gè)作比較器用的四運(yùn)放LM324只用其三)，IC4是三輸入與門(若選用二輸入與門，可將電阻R6去除；若選用四輸入與門，可將多余的一個(gè)輸入端搭接于另三輸入端之一)，IC5-7是三個(gè)施密特觸發(fā)器；可選個(gè)六施密特觸發(fā)器(如CD40106或CH40106)只用其中三個(gè)；直流穩(wěn)壓電源E1的“參考零電位”接至B相的進(jìn)線上，為了與已接大地的0線(中線)相區(qū)別，“參考零電位”使用圖1所示專用記號(hào)——加有園環(huán)的“接殼”標(biāo)志；光電耦合器GD中只有光敏管VT1在電路上與E1相通；而發(fā)光二極管VD7，卻是直接接入控制器線路的；該控制器在圖1未畫，它的線路與包括IC1～7在內(nèi)的主線路互相隔離，電路上不相通。電壓比較器IC1與IC2按圖示并接在輸入端，IC1的“＋”與IC2的“－”短接于P1，IC1的“－”與IC2的“＋”短接于“參考零電位”，在輸出端，IC1接整流管VD5、IC2接整流管VD6，然后二管短接于P2；IC5、IC6對(duì)脈沖進(jìn)行整形，它們之間的微分電路C1、R7的時(shí)間常數(shù)C1R7之值決定輸入IC4的脈寬td值，因?yàn)槭钦医蛔冸妷汗╇?，我們?nèi)d＝0.4ms，此時(shí)可選C1＝0.01μf，R7＝40KΩ(可用39KΩ代)；比較器IC1、IC2前的四個(gè)晶體管VD1～4是限幅器，其中二個(gè)穩(wěn)壓管VD2、VD4取6伏至10伏之間某個(gè)穩(wěn)壓值，VD1、VD3為整流管。當(dāng)0線對(duì)B相的電壓為正，且P1點(diǎn)電位達(dá)到VD1與VD2共同形成的穩(wěn)壓值后，0線電壓的繼續(xù)上升并不改變P1點(diǎn)的電位；但當(dāng)P1點(diǎn)電位低于VD1與VD2共同形成的穩(wěn)壓值界限后，VD1、VD2不起限幅作用了，此時(shí)只有分壓電阻R2起作用。以上0線對(duì)B相電壓為正，稱為交變市電的“正半周”，在另一半周(負(fù)半周)時(shí)，0線對(duì)B相電壓為負(fù)值；限幅作用由VD3、VD4實(shí)現(xiàn)，與上述“正半周”功能相似。R1在取值時(shí)可同時(shí)當(dāng)作穩(wěn)壓管VD2、VD4的限流電阻，比如取R1為220kΩ、0.5W，此時(shí)VD2、VD4就可取成0.25W的小功率穩(wěn)壓管；R2應(yīng)取值大于R1，這可使捕捉E＝EmSin(2πft＋φ)過(guò)零信息的精確性與準(zhǔn)確性提高，例如取R2為51DKΩ，0.25W1再考慮到電壓比較器的放大倍數(shù)很高，因此，如果E1的供電電壓不超過(guò)20伏，則P1點(diǎn)對(duì)“參考零電位”的電壓值只要一超出[－2mV，＋2mV]區(qū)間，在P2點(diǎn)就會(huì)得到高電平E1值(VD5、VD6上壓降可略)。再結(jié)合上述R1、R2的具體取值，我們將看到捕捉到的V(t)的過(guò)零信息非常小，實(shí)際上在該過(guò)零信息區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的電壓峰值大約只有V(t)一周期內(nèi)的峰值Em的十萬(wàn)分之一，比要求保護(hù)的千分之一而言就好得多了。另外，根據(jù)上述微分線路C1、R7的取值，td＝0.4ms，Δt＝0.1ms，對(duì)供電E＝EmSin(2πft＋φ)而言，|Vmax0.1|≈10伏，也只有峰值Em(310伏)的1/30，也比要求保護(hù)的比例(1/10)質(zhì)量更高些。
以上對(duì)三與門IC4的第1輸入支路進(jìn)行了詳細(xì)的量的描述；IC4的第3輸入支路由IC3、IC7、GD等元件組成。當(dāng)控制器使光電耦合器GD中的發(fā)光二極管VD7點(diǎn)亮?xí)r，光敏管VT1因內(nèi)阻減小使其集電極電壓降低，低于某個(gè)界值后施密特觸發(fā)器IC7的輸入將由高電平跳至低電平，再導(dǎo)致IC4的第3輸入端呈高電平。這里，低電平指可視為“參考零電位”的小電壓，高電平指可視為E1電壓的“1”。IC7有防抖作用；三與門IC4的第2輸入端通過(guò)R6呈高電平。有時(shí)，為了便于VS截止時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，也可將第2輸入端鎖定于“參考零電位”。
在“過(guò)零驅(qū)動(dòng)線路”中，三與門IC4三條輸入支路上各元件參數(shù)的選取值與負(fù)載無(wú)直接關(guān)系，從IC4起，以后的VT2、R8*如何選值將直接由雙向可控硅VS的要求決定，而VS究竟如何篩選又由負(fù)載決定。根據(jù)圖1所示，負(fù)載是純電阻RL，因此VS必須按前述合格可控硅的標(biāo)準(zhǔn)篩選，在現(xiàn)在的具體情況下，VS的觸通閥壓VFA＜10伏，而維持電流IH則為IH＜10伏/RL，其他參數(shù)則按常規(guī)方式去選定。
一般而言，三與門IC4的輸出電流只有幾毫安，為了向VS提供足夠的觸發(fā)電流，圖1使用NPN型放大管VT2，電阻R8*用于調(diào)定進(jìn)入G足的電流與電壓，如果VT2的放大倍數(shù)太小，可改用復(fù)合管，如達(dá)林頓管。
關(guān)于直流穩(wěn)壓電源E1E1是過(guò)零驅(qū)動(dòng)線路與同步過(guò)零線路(這兩個(gè)線路在專利ZL95227526.0中統(tǒng)稱“過(guò)零驅(qū)動(dòng)組件”)共用的工作電源。由于E1的“-”端是接在“參考零電位”(B相)上，所以應(yīng)使用圖2—1或圖2—2的線路從供電端V(t)取得交流供電。圖2—1中，L0、L1、L2三個(gè)繞組各自獨(dú)立，不可以直接相接。由L2降壓，接著整流、濾波、穩(wěn)壓得到直流穩(wěn)壓電源E2是專為控制器線路(包括圖1光電耦合器里的VD7)提供可隔離于雙向可控硅主線路的工作能源的， E2仍取9伏至15伏間一值；按圖2-2線路得到的直流穩(wěn)壓電源EIB是專為三相專利ZL95227526.0中“B相線上的單元”所轄“過(guò)零驅(qū)動(dòng)組件”提供工作能源的，至于“A相線上的單元”和“C相線上的單元”，也用圖2—2的線路，把B字母改成A或C，各參數(shù)與B相線單元所用的也完全相同，只不過(guò)別忘，得到的EIA和EIC是各自為自己所屬的單元服務(wù)的。由于圖2—2交流降壓時(shí)未使用電源變壓器；故其中的R11、R13均不可少，0線，相線的接入方式也只能如圖所示，不可接反，至于各元件的參數(shù)就得按具體的服務(wù)內(nèi)容去決定了，一般設(shè)計(jì)者均可勝任，不再羅嗦。三相的控制器線路所使用的直流穩(wěn)壓電源E2從交流供電端引進(jìn)初始能量時(shí)，是使用電源變壓器，但變壓器初級(jí)繞組卻是跨接至三相線的兩個(gè)相線上的，380伏，這里只提個(gè)醒，細(xì)節(jié)請(qǐng)看ZL95227526.0的文獻(xiàn)。
行文到此，可以說(shuō)本文已通過(guò)對(duì)一種鏡象重合電壓[E＝EmSin(2πft＋φ)，Em＝310伏，f＝50HZ]的定量剖析，將本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容描述得相當(dāng)透徹。用一句話概括，本發(fā)明要求保護(hù)的是一種設(shè)計(jì)法，一種關(guān)于單相過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的設(shè)計(jì)法。按照國(guó)際慣例，我將此法命名為“中華楊法”，意指此法乃中華大地上一個(gè)姓楊者所倡導(dǎo)。
本發(fā)明要求保護(hù)的幾個(gè)界限，總的來(lái)說(shuō)不太嚴(yán)格，這是為了使批量生產(chǎn)時(shí)選材方便。拿雙向可控硅的VFA值來(lái)說(shuō)，本文對(duì)于E＝EmSin(2πft＋φ)這種供電，只主張取VFA小于10伏的可控硅；即是說(shuō)，VFA只占Em＝310伏的1/30；如果再嚴(yán)格點(diǎn)，VFA取3伏以下；顯然，“合格”的VS將會(huì)減少，這只可在特殊的需要時(shí)考慮。事實(shí)上，VFA取得越小(當(dāng)然，td也隨之縮小)，削除的浪涌電流也越多，而且，越是VFA選得小，在四維時(shí)空中實(shí)現(xiàn)的控制(特別是遙控)將越精確、快捷。此話從何說(shuō)起？記得在我為專利ZL95227526.0說(shuō)明其先進(jìn)性時(shí)，有這樣的話“特別是發(fā)明中屬于高級(jí)檔次的那種系列設(shè)計(jì)，已將所有有觸頭的元部件(包括各式中介微型繼電器在內(nèi))全部撇開，卻另以一種特殊的設(shè)計(jì)法，干凈利落地將各種自動(dòng)化動(dòng)作快速推入最佳狀態(tài)，從而避開了觸頭機(jī)械動(dòng)作所固有的滯后現(xiàn)象，為精確的控制鋪平道路?！睂?shí)際上，何止是自動(dòng)化，遙控當(dāng)然也如此。由于三相專利的實(shí)施是離不開本文對(duì)“過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘”的定量精確描述，顯然，本文的閘定量質(zhì)量的高低將直接關(guān)系ZL95227526.0的精確度，試想，在“過(guò)零一瞬”上越是含含糊糊，相對(duì)誤差不是將更大嗎？其實(shí)，本文技術(shù)也是對(duì)ZL95227526.0專利技術(shù)的深化，原先屬于ZL95227526.0的優(yōu)點(diǎn)，由本文技術(shù)得到的產(chǎn)品仍舊保有，而且還進(jìn)一步有所增加。保留的其他優(yōu)點(diǎn)就略去不談了，這一節(jié)內(nèi)容就算是對(duì)“過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘”先進(jìn)性的說(shuō)明吧。
在此我想說(shuō)明幾個(gè)容易被忽略的問(wèn)題(1)有一種情況是不問(wèn)單相電V(t)究竟是何波形也去談“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”，其實(shí)，任何直流供電和V(t)只停留在直角坐標(biāo)系第1象限的交變電壓(包括一部份周期性電壓)均無(wú)法討論這個(gè)課題。有些被遙控的用電器，由于其機(jī)動(dòng)性高，是使用直流供電的；若要討論它的“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”問(wèn)題，應(yīng)先將供電通過(guò)變換器變?yōu)殓R象重合電壓，最通用的辦法是變?yōu)榉讲?2)討論方波的“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”要特別注意，決不可在“過(guò)零一瞬”之內(nèi)出現(xiàn)峰值(不論是正峰值還是負(fù)峰值)。應(yīng)把方波的本來(lái)波形——此波形類似梯形波——找出來(lái)，在其上升沿和下降沿之內(nèi)(即梯形波腰上)找出適用于VFA的界值|VmaxΔt|；(3)有一類含有傳感器(包括天線)的電器，內(nèi)部沒(méi)有任何供電的實(shí)體，也是橋式整流的、非線性的儲(chǔ)能負(fù)載。若傳感器從空間吸收的信號(hào)能量很弱，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該電器從供電電源V(t)得到的能量，以至它可以忽略時(shí)，該傳感器可按非線性元件對(duì)待，整個(gè)電器此時(shí)可作為一般橋式非線性儲(chǔ)能負(fù)載處理，并引入“過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘”。
以上對(duì)過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的分析尚未對(duì)其三與門IC4的第3輸入支路功能作詳細(xì)描述，實(shí)際上第3支路泛指各種外控制信號(hào)如何實(shí)施對(duì)過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的指揮，顯然，這種指揮是與第1支路配合進(jìn)行的。在第3支路上，可實(shí)現(xiàn)人工的手控，也可實(shí)現(xiàn)有關(guān)信息變化參量的監(jiān)控(自動(dòng)控制)，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遙控，這一切均通過(guò)控制器線路實(shí)現(xiàn)，這一點(diǎn)已在三相專利ZL95227526.0中從幾個(gè)不同檔次作了詳細(xì)分析，本文不再重復(fù)，僅對(duì)其中的遙控問(wèn)題通過(guò)下邊一個(gè)具體例子作一些剖析，供使用者舉一反三參考。
1999年12月份《無(wú)線電》雜志上有一篇談遙控的文章，題目是“新穎實(shí)用的八通道紅外遙控電路”，作者瞿貴榮。這是近一年內(nèi)出現(xiàn)的通俗易懂的好文章。該文講清楚了如何將低頻訊號(hào)調(diào)制到載波——紅外光線上發(fā)射出去，遠(yuǎn)處的接收器又如何將接收到的載波中的不同頻率的低頻訊號(hào)譯出來(lái)變?yōu)椴煌陌藗€(gè)指令，再通過(guò)發(fā)光二級(jí)管VD3～10，依次送到雙向可控硅VS1～VS8的八個(gè)控制極，最終促成VS1～VS8以八個(gè)各自獨(dú)立的遙控開關(guān)出現(xiàn)。當(dāng)然，這八個(gè)遙控開關(guān)均不屬于本文的“過(guò)零驅(qū)動(dòng)型”。但是，只要對(duì)接收器線路稍作修改(保留原發(fā)射電路不變)，八個(gè)遙控開關(guān)一下子就變成八個(gè)各自獨(dú)立的“過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘”了，這就是本說(shuō)明書附圖的圖3所表示的內(nèi)容。圖3畫有三個(gè)方框圖，方框圖I就是瞿文中的圖①，沒(méi)有變化；方框圖II就是瞿文中的圖②，僅有以下小變化將瞿文圖②電路上八個(gè)發(fā)光二級(jí)管VD3～10和八個(gè)雙向可控硅VS1～VS8去除，然后把從其中CD4022的八個(gè)足Y0～7引出的原本接至瞿文VD3～10的接線，改接至本文的光電耦合器GD的發(fā)光二極管的a足方框圖III與光電耦合器GD就是本說(shuō)明書附圖的圖1簡(jiǎn)化圖，新增的R21在圖中作限流電阻用。方框圖II工作的電源就是本說(shuō)明書附2—1中的直流穩(wěn)壓電源E2，遙控閘如圖4。
順便提一句對(duì)于批量生產(chǎn)而言，只是從理論上給出制作“過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘”的技術(shù)方案——設(shè)計(jì)法，還是不夠的，還應(yīng)當(dāng)有一個(gè)或一套能對(duì)“過(guò)零驅(qū)動(dòng)”的質(zhì)量作出客觀評(píng)判的檢定儀或設(shè)備，但已不屬于本文議題，只好以別的方式去對(duì)它進(jìn)行表述了。
權(quán)利要求
1.對(duì)單相過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘進(jìn)行設(shè)計(jì)，給出一幅或一套完整而詳細(xì)的電路圖，本發(fā)明的特征在于還要進(jìn)一步根據(jù)該電路圖引出的成品所面臨的使用條件[單相電V(t)的波形、波參數(shù)、負(fù)載RL的特性]及其內(nèi)結(jié)構(gòu)(雙向可控硅、脈沖變換器、放大器、同步過(guò)零線路等)，對(duì)圖上涉及過(guò)零驅(qū)動(dòng)功能的主要元、部件的關(guān)鍵參數(shù)，嚴(yán)格作出如下量值界定(1)執(zhí)行元件雙向可控硅的VFA值必須選得小于|VmaxΔt|，而|VmaxΔt|又必須至少小于V(t)在一個(gè)周期T內(nèi)的峰值電壓的1/10(2)同步過(guò)零線路捕捉到的V(ti)＝0近傍的微電壓，其可能出現(xiàn)的最大值也至少小于V(t)在一個(gè)周期T內(nèi)的峰值電壓的1/1000；(3)脈沖變換器向執(zhí)行元件送去的觸發(fā)脈沖，除脈沖幅度與脈沖電流要符合常規(guī)規(guī)定以外，其脈沖的寬度tb則必須既大于(ti－Δt，ti＋Δt)，又小于(ti－MΔt，ti＋MΔt)，這里的M取大于1的正數(shù)，但M的最大取值也必須能保證在任一小區(qū)間(ti，ti＋MΔt)之內(nèi)，單相電V(t)只能是單調(diào)遞增變量或單調(diào)遞減變量當(dāng)中的一種；(4)上述(1)、(2)、(3)款的規(guī)定對(duì)每一次零值電壓V(ti)＝0均適用。
2.根據(jù)第1條設(shè)計(jì)規(guī)則，針對(duì)單相電為正弦交流電壓E＝EmSin(2πft＋φ)的條件進(jìn)行過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的設(shè)計(jì)，其特征在于(1)雙向可控硅的VFA按小于Em/30的標(biāo)準(zhǔn)篩選；(2)同步過(guò)零線路上R1、R2的取值能保證該線路能捕捉到的V(ti)＝0近傍的微電壓，其最大值也不足Em的十萬(wàn)分之一；(3)脈沖變換器中，微分電路的時(shí)間常數(shù)的取值決定脈寬td。
3.根據(jù)第2條設(shè)計(jì)規(guī)則，單相電V(t)中的Em＝310伏，f＝50赫芝其特性在于(1)取雙向可控硅的VFA小于10伏；(2)脈沖變換器提供的觸發(fā)脈沖寬度為0.4ms，此時(shí)，M＝2。
全文摘要
“單相過(guò)零驅(qū)動(dòng)閘的設(shè)計(jì)”是一種屬于機(jī)電領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方法,它首先闡明:欲使該閘的過(guò)零驅(qū)動(dòng)優(yōu)良特性實(shí)施成功,提出其電路設(shè)計(jì)圖時(shí),對(duì)圖上涉及過(guò)零驅(qū)動(dòng)功能的主要元件參數(shù)及脈沖變換器的脈沖參數(shù)必須作出準(zhǔn)確的量的界定,否則,過(guò)零一瞬的驅(qū)動(dòng)將泡湯,不格;本文還以單相正弦市電為例,作出了其準(zhǔn)確的界定,這就既為市電大幅度削除派生高頻輻射提供了堅(jiān)實(shí)的理論根據(jù),也為四維時(shí)空系統(tǒng)的精確遙控和監(jiān)控在技術(shù)上鋪平道路;當(dāng)然,還為三相專利ZL95227526.0的大范圍推廣解決了燃眉之急。
文檔編號(hào)H03K17/13GK1326268SQ0011784
公開日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2000年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月26日
發(fā)明者楊榮合 申請(qǐng)人:楊松云, 楊榮合