电力电子技术课程设计--单相全控桥式整流电路带电阻反电动势负载

电力电子技术课程设计--单相全控桥式整流电路带电阻反电动势负载内容摘要：

系统无法正常工作。 系统功率因数分析 忽略换相过程和电流脉动， 带电阻 反电动势 负载， 假设 接了平波电抗器，所以负载电感足以使电流连续，则电路的工作情况与感性负载时相似，即可以根据感性负载来讨论功率因数。 那么变压器二次电流波形近似为理想方波， 电流 i2的波形见图 25。 图 25 将电流波形分解为傅里叶级数，可得： 其中基波和各次谐波有效值为： n = 1， 3， 5， ⋯ 可见， 电流中仅含奇次谐波。 各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效LLL,5,3,1,5,3,12s in2s in14)5s in513s in31( s in4nnntnItnnItttIiddn IIn d2211 值的比值为谐波次数的倒数。 基波电流有效值为 I1 = 2√2π Id i2的有效值 I = Id，结合上式 可得基波因数为 ν = I1I = 2√2π ≈ 从图 25 可以明显看出， 电流基波与电压的相位差就等于控制角  ，故位移因数为 λ1 = cosφ1 = cosα 所以，功率因数为 λ = νλ1 = I1I cosφ1 = 2√2π cosα ≈ 12 三、 驱动 电路设计 触发电路简介 电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。 采用良好性能的驱动电路，可以使电力电子器件工作在比较理想的开关状态，缩短开关时间，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有很大的意义。 对于相控电路这样使用晶闸管的场合，在晶闸管阳极加上正向电压后，还必须在门极与阴极之间加上触发电压，晶闸管才能从截止转变为导通，习惯上称为触发控制。 提供这个触发电压的电路称为晶闸管的触发电路。 它决定每一个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中不可缺少的一个重要组成部分。 晶闸管相控整流电路，通过控制触发角  的大小即控制触发脉冲起始位来控制输出电压的大小，为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证触发角  的大小在 正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。 触发电路设计要求 晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号，应用电路对触发信号都会有不同的要求。 但是，归纳起来，晶闸管触发主要有移相触发，过零触发和脉冲列调制触发等。 不管是哪种触发电路，对它产生的触发脉冲都有如下要求： 触发信号为直流、交流或脉冲电压，由于晶闸管导通后，门极触发信号即失去了控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用脉冲触发信号。 触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。 触发 信号功率大小是晶闸管元件能否可靠触发的一个关键指标。 由于晶闸管元件门极参数的分散性很大，且随温度的变化也大，为使所有合格的元件均能可靠触发，可参考元件出厂的试验数据或产品目录来设计触发电路的输出电压、电流值，并有一定的裕量。 13 触发脉冲应有一定的宽度，脉 冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发信号导通后，阳 极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 普通晶闸管的导通时间约 为 6 s ，故触发电路的宽度至少应有 6s 以上，对于电感性负载，由于电感会抑制电流的上升，触发脉冲的宽度应更大一些，通常为 至 1ms ，此外，某些具体电路对触发脉冲宽度会有一定的要求，如三相全控桥等电路的触发脉冲宽度要大于 60176。 或采用双窄脉冲。 为了快速而可靠地触发大功率晶闸管，常在触发脉冲的前沿叠加一个强触发脉冲，强触发脉冲的电流波形如图 31所示。 强触发电流的幅值 gmi 可达到最大触发电流的 5倍。 前沿 1t 约为几 s。 图 31 强触发电流波形 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都在相同控制角α触发导通，这就要求脉冲的频率必须与阳极电压同步。 同时，不同的电路或者相同的电路在不同的负载、不同的用途时，要求的  变化的范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同，所用触发电路的脉冲移相范围必须满足实际的需要。 集成触发电路 TCA785 TCA785芯片介绍 TCA785是德国西门子 (Siemens)公司于 1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它是取代 TCA780 及 TCA780D 的更新换代产品，其引脚排列与 TCA780、 TCA780D 和国产的 KJ785 完全相同，因此可以互换。 目前，它在国内变流行业中已广泛应用。 与原有的 KJ 系列或 KC 系列晶闸管移相触发电路 相14 比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。 （ 1） 引脚排列、各引脚的功能及用法 TCA785 是双列直插式 16引脚大规模集成电路。 它的引脚排列如图 32所示。 图 32 TCA785 的引脚排列 各引脚的名称、功能及用法如下 ： 引脚 16(VS)：电源端。 使用中直接接用户为该集成电路工作提供的工作电源正端。 引脚 1(OS)：接地端。 应用中与直流电源 VS、同步电压 VSYNC 及移相控制信号 V11 的地端相连接。 引脚 4(Q1)和 2(Q2)：输出脉冲 1 与 2的非端。 该两端可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差 180176。 ，两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度控制端引脚 13(L)的控制。 它们的高电平最高幅值为电源电压 VS，允许最大负载电流为 10mA。 若该两端输出脉冲在系统中不用时，电路自身结构允许其开路。 引脚 14(Q1)和 15(Q2)：输出脉冲 1 和 2 端。 该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差 180176。 ，脉冲宽度受它们的脉宽控制端引脚 12(C12)的控制。 两路脉冲输出高电平的最高幅值为 5VS。 引脚 13(L)：非输出脉冲宽度 控制端。 该端允许施加电平的范围为 —5VS，当该端接地时， Q Q2 为最宽脉冲输出，而当该端接电源电压 VS 时， QQ2为最窄脉冲输出。 引脚 12(C12)：输出 Q Q2 脉宽控制端。 应用中，通过一电容接地，电容C12 的电容量范围为 150— 4700pF，当 C12 在 150— 1000pF 范围内变化时， QQ2 输出脉冲的宽度亦在变化，该两端输出窄脉冲的最窄宽度为 100μs ，而输出15 宽脉冲的最宽宽度为 2020μs。 引脚 11(V11)：输出脉冲 Q Q2 或 Q Q2移相控制直流电压输入端。 应用中，通过输 入电阻接用户控制电路输出，当 TCA785 工作于 50Hz，且自身工作电源电压 Vs 为 15V 时，则该电阻的典型值为 15kΩ ，移相控制电压 V11 的有效范围为 — Vs2V，当其在此范围内连续变化时，输出脉冲 Q Q2 及 Q1， Q2的相位便在整个移相范围内变化，其触发脉冲出现的时刻为 ： trr=(V11 R9 C10)/(VREF K) 式中 R C VREF── 分别为连接到 TCA785 引脚 9 的电阻、引脚 10的电容及引脚 8输出的基准电压 ； K── 常数。 为降低干扰，应用中引脚 11 通过 的电容接地，通过 的电容接正电源。 引脚 10(C10)：外接锯齿波电容连接端。 C10 的实用范围为 500pF— 1μF。 该电容的最小充电电流为 10μA。 最大充电电流为 1mA，它的大小受连接于引脚9的电阻 R9 控制， C11 两端锯齿波的最高峰值为 VS2V，其典型后沿下降时间为80μs。 引脚 9(R9)：锯齿波电阻连接端。 该端的电阻 R9 决定着 C10 的充电电流，其充电电流可按下式计算： I10=VREFK/R9 连接于引脚 9 的电阻亦决定了引脚 10锯齿波电压幅度的高低，锯齿波幅值为： V10=VREFK/(R9 C10) ， 电阻 R9 的应用范围为 3— 300kΩ。 引脚 8(VREF)： TCA785 自身输出的高稳定基准电压端。 负载能力为驱动 10块 CMOS 集成电路，随着 TCA785 应用的工作电源电压 VS 及其输出脉冲频率的不同， VREF 的变化范围为 — ，当 TCA785 应用的工作电源电压为 15V，输出脉冲频率为 50Hz 时， VREF 的典型值为 ，如用户电路中不需要应用 VREF，则该端可以开路。 引脚 7(QZ)和 3(QV)： TCA785 输出的两个逻辑脉冲信号端。 其高电平脉冲幅值最大为 VS2V，高电平最大负载能力为 10mA。 QZ 为窄脉冲信号，它的频率为输出脉冲 Q2 与 Q1 或 Q1 与 Q2的两倍，是 Q1与 Q2 或 Q1。