毕业设计论文：三相桥式全控整流电路设计

毕业设计论文：三相桥式全控整流电路设计内容摘要：

于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流波形不同。 电感性负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 9 图 25三相桥式全控整流电路带电感性负载 ａ =0176。 时的波形 图 26三相桥式全控整流电路带电感性负载 ａ =30176。 时的波形 10 图 27三相桥式全控整流电路带电感性负载 ａ =60176。 时的波形 图 28三相桥式全控整流电路带电感性负载 ａ =90176。 时的波形 （ 1） 当 ａ﹥ 60176。 时：电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同， Ud 时波形不会出现负的部分，而电感性负载时，由于电感 L 的作用， Ud 波形会出 现负的部分； 11 带电感性负载时，三相桥式全控整流电路的角 ａ 移相范围为 90176。 因为在 ａ =90176。 时，Ud 波形上下对称，平均值为零。 （ 2）基本参数关系 ●当整流输出电压连续时（即带电感性负载或带电阻负载 ａ≦ 60176。 时）的平均值为： Ud=31π  α＋ 32 α＋3 ππ 6U2Sinωtd(ωt) = α ●带电阻负载且 ａ﹥ 60176。 时，整流电压平均值为： Ud=π3 ππ α＋ 3 6U2Sinωtd(ωt) = [1＋ cos (π ＋ α)] ●输出电流平均值为： Id = RUd 178。 2 三相桥式全控整流的电流有效值 当三相整流变压器供电，变压器次级接为星形，初级接三 角形以减少三次谐波的影响，带电感性负载时，变压器二次侧电流波形，为正负半周各宽 120176。 前沿相差180176。 的矩形波，其有效值为 ： I2= π ））π ＋（（π 3232I21 22d  dI=32π Id= Id 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 三相桥式全控整流电路接反电势电感性负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算 Id 时有所不同，接反电动势电感性负载时的 Id 为： Id = REUd  （式中和分别为负载中的电阻值和反电动势的值） 小结 变压器二次侧每相有两个匝数相同、极性相反（同名端相反）的绕组。 分别构成a、 b、 c 和 a、 b、 c 两组。 电路中设置了平衡电抗器来保证两组三相半波电路能同时导电，每相的触发脉冲，从第一个正自然换相点开始计算起，分别为 5 和 12 6。 这样，在不同的时刻导通的 SCR 分别为 6， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 1„„„。 实际上，通过每个时刻的等效电路，发现和分析变压器漏感作用 时的电路十分类似，输出电压 Ud 的瞬时电压为导通两相电压瞬时值的平均值。 13 第三章 基于芯片 TC787 的三相六脉冲晶闸管触发电路设计 TC787芯片介绍 TC787 是采用独有的先进 IC 工艺技术，并参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片集成电路。 它可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和变流装置。 它们是目前国内市场上广泛流行的 TCA785 及 KJ(或 KC)系列移相触发集成电路的换代产品，与 TCA785 及 KJ(或 KC)系列集成电 路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点，而且装调简便、使用可靠，只需一个这样的集成电路，就可完成 3 只 TCA785 与 1 只 KJ04 1 只 KJ042 或 5 只 KJ(3只 KJ00 1 只 KJ04 1 只 KJ042)(或 KC)系列器件组合才能具有的三相移相功能。 因此， TC787 可广泛应用于三相半控、三相全控、三相过零等电力电子、机电一体化产品的移相触发系统，从而取代 TCA78 KJ00 KJ00 KJ04 KJ042 等同类电路，为提高整机寿命、缩小体积、降低成本提供了 一种新的、更加有效的途径。 基本参数和特点 电路单双源均可工作，单电源 8V18V，双电源177。 4V～177。 9V。 三相触发脉冲调相角可在 0180176。 之间连续同步改变。 识别零点可靠，可方便地用作过零开关。 器件内部设计有交相锁定电路，抗干扰能力强。 可用于三相全控触发（ 6 脚接 VDD），也可用于三相半控触发（ 6 脚接地）。 电路具有输出保护禁止端，可在过流过压时保护系统安全。 TC787 输出为调制脉冲列，适用于触发晶闸管及感性负载。 A 型器件典型应用于同步信号为 50Hz， B 型器件典型应用于同步信号为 400Hz。 调制脉冲或方波的宽度可根据需要通过改变电容 Cx 而选择。 （ 1） TC787 适用于主功率器件是晶闸管的三相全控桥或其他拓扑电路结构的系统中作为功率晶闸管的移相触发电路。 它可同时产生六路相序互差 60176。 的输出脉冲。 （ 2） TC787 在单双电源下均可工作，使其适用电源的范围较广泛。 输出三相触发脉冲的触发控制角可在 0～ 180176。 范围内之间连续同步改变。 对零点的识别可靠，使它也可作为过零开关使用。 器件内部设计有移相控制电压与同步锯齿波电压交点（交相）的锁定电路，抗干扰能力强。 电路自身具有输出禁止端，使用户可在过电流、过电压时进行保 护，保证系统安全。 14 （ 3） TC787 具有 A 型及 B 型器件，使用户可方便地根据自己应用系统所需要的工作频率来选择（工频时选 A 型器件，中频 100～ 400Hz 时选 B 型器件）。 TC787输出为脉冲列，适用于触发晶闸管及感性负载 . （ 4） TC787 可方便地通过改变引脚 6 的电平高低来设置其输出为双脉冲还是单脉冲。 引脚排列、功能和用法 TC787 是一标准双列直插式 18 引脚的集成电路。 它的引脚排列见图 31，引脚的名称、功能及用法如下。 图 31 TC787 的引脚排列 （ 1） 同步电压输入端：引脚 1（ Vc）、引脚 2（ Vb）及引脚 18（ Va）分别为三相同步输入电压连接端，应用中分别经输入滤波后的同步电压，同步电压的峰峰值应不超过 TC787 或 TC788 的工作电源电压 VDD。 （ 2）脉冲输出端：在半控单脉冲工作模式下，引脚 8（ C）、引脚 10（ B）、引脚12（ A）分别为与三相同步电压正半周对应的同相触发脉冲输出端，而引脚 7（ － B），引脚 9（ － A），引脚 11（ － C）分别为与三相同步电压负半周对应的反相触发脉冲输出端。 当 TC787 被设置为全控双窄脉冲工作方式时（双窄脉冲相隔 60176。 ） ，引脚 8为与三相同步电压中 C 相正半周及 B 相负半周对 应的两个脉冲输出端；引脚 11 为与三相同步电压中 C 相负半周及 B 相正半周对应的两个脉冲输出端；引脚 9 为与三相同步电压中 A 相同步电压负半周及 C 相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚 7为与三相同步电压中 B 相电压负半周及 A 相正半周应的两个脉冲输出端；引脚 10 为 15 与三相同步电压中 B 相电压正半周及 A 相负半周对应的两个脉冲输出端。 （ 3）控制端 1） 引脚 5（ Pi）为输出脉冲禁止端。 该端用来进行故障状态下封锁 TC787的输出，高电平有效，应用中接保护电路的输出。 2） 引脚 14（ Cb） 、引脚 15（ Cc）、引脚 16（ Ca）分别为对应三相 同步电压的锯齿波电容值的大小决定了移相锯齿波的斜率及幅值，应用中分别通过一个相同容量的电容接地。 3） 引脚 6（ Pc） 为 TC787 工作方式设置端。 当该端接到 高 电平时， TC787输出双脉冲；而当该端接低电平时，输出单脉冲。 4） 引脚 4（ Vr）为移相控制电压输入端。 该端输入电压的高低，决定了 TC787输出脉冲的移相角，应用中接给定环节的输出，其电压幅值最大为 TC787 的工作电源电压 Vdd。 5） 引脚 13（ Cx）。 该端连接的电容 Cx 的容量决定着 TC787 输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽。 （ 4）电源端 该芯片可单 电源工作，亦可双电源工作。 单电源工作时引脚 3（ Vss）接地，而引脚 17（ VDD）允许施加的电压为 8～ 18V。 双电源工作时，引脚 3（ Vss）接负电源，其允许施加的电压幅值为 － 4～－ 9V，引脚 17（ VDD）接正电源，允许施加的电压为 ＋ 4～＋ 9V。 内部结构及工作原理简介 TC787 的原理框图见图 32。 由图可见，在它们内部集成了三个过零和极性检测单元、三个锯齿波形成单元、三个比较器、一个脉冲发生器、一个抗干扰锁定电路、一个脉冲形成电路、一个脉冲分配及驱动电路。 它们的工作原理可简述如下：经滤波后的三相 同步电压通过过零和极性检测单元检测出零点和极性后，作为内部三个恒流源的控制信号。 三个恒流源输出的恒值电流给三个等值电容 Ca、 Cb、 Cc 恒流充电，形成良好的等斜率锯齿波。 锯齿波形成单元输出的锯齿波与移相控制电压 Vr 比较后取得交相点经集成块内部的抗干扰锁定电路锁定，保证交相唯一而稳定，使交相点以后的锯齿波后移相电压的波动不影响输出。 该交相信号与脉冲发生器输出的脉冲（ TC787 为调制脉冲）信号经脉冲形成电路处理变为三相输入同步信号相位对应且与移相电压大小适应的脉冲信号送到脉冲分配及驱动电路。 假设系统未发生过电流、 过电压后其他非正常情况，则引脚 16 5 禁止端的信号无效，此时脉冲分配电路根据拥护在引脚 6 设定的状态完成双脉冲（引脚 6 为高电平）或单脉冲（引脚 6 为低电平）的分配功能，并经输出驱动电路功率放大后输出，一旦系统发生过电流、过电压或其他非正常情况，则引脚 5 禁止信号有效，脉冲分配及驱动电路内部的逻辑电路动作，封锁脉冲输出，确保集成块 1 1 7 六个引脚输出全为低电平。 图 32 TC787原理框图 基于 TC787 的三相六脉冲晶闸管触发电路的设计与调试 由 TC787 构成的三相六脉冲触发电路 如图 33 所示。 380V三相交流电经过同步变压器变压为 30V的同步信号 a1， b1， c1 后，经过电位器 RP1， RP2， RP3 及 RCT型网络滤波接人到 TC787 的同步电压输入端，通过调节 RP1， RP2， RP3 可微调各相电压的相位，以保证同步信号与主电路的匹配。 Ca， Cb， Cc 为积分电容，它们决定了 TC787 芯片的锯齿波的线性、幅度，因此，为了保证锯齿波有良好的线性及三相锯齿波斜率的一致性， Ca， Cb， Cc3 个电容值的选择的相对误差要非常小。 为了达到产生的锯齿波线性好、幅度大且不平顶， Ca， Cb， Cc 电容值最好选 为。 连接在 13 脚的电容 Cx决定输出脉冲的宽度， Cx越大，脉冲越宽，但脉冲宽度太宽会增大驱动级的损耗，所以 Cx 的值应在 范围，在这里选用。 调节 RP 可以使输入 4 脚的电压在 05V之间连续变化，从而使输出脉冲在 0176。 180176。 之 17 间变化， 712 脚的输出端有大于 20mA 的输出能力，采用 6 只驱动管扩展电流，经脉冲变压器隔离后将脉冲输出。 图 33 TC787 构成的三相六脉冲晶闸管触发电路 按图 33 焊接好电路然后检查无误后，先把控制旋钮调到零位（即 RP1， RP2，RP3,RP 接入电路中的电阻最大），然后接通电源，用示波器观察各输出端的脉冲波形是否正常。 图 34 TC787产生的锯齿波 18 图 34 是在实验室用 .示波器测得的 TC787 引脚 1416 的波形 图 35脉冲变压器输出脉冲 图 35 是在实验室用示波器测得的 TC787 引脚 712 产生的脉冲经脉冲变压器后输出的脉冲波形 元件选择注意事项 ： （ 1）为了减小在使用中电路受到干扰，触发电路与主电路最好采用同一形号的△ ／Ｙ形连接的变压器，以便可能减小电路的谐波。 （ 2）电路采用集中式恒流源向积分电容充电，经测试，电流 在 180uA左右，相对误差小于 177。 5uＡ，所 以为了保证三相锯齿波的一致性，选取积分电容的相对误差应小于 5%。 50Hz时，电容 可取 右，较高频率时，为了保证电容积分幅值，电容应减小。 （ 3）移相电压的调整幅度应与积分电容上锯齿波的幅值一致。 考虑到电路在积分电容上放电的离散性，移相电压的零电位应比电路的负电源正 200mV。 即移相范围在 ~3V左右。 （ 4）脉冲发生器的电容 Cx决定了调制脉冲宽度或方波输出宽度，电容大则宽度宽，在频率为 50Hz情况下，接 ，其输出宽度约为 ，若 需要输出在 0176。 ~180176。 范围内满幅可调，则 Cx的值应大于。 （ 5）电路的半控／全控和禁止等控制端，不应在使用时悬空。 （ 6）输出端有不小 于 20mA的输出电流，驱动管要可靠的导通和截止，电路输出的限流电阻和管子的 β值应与电路相适配。 在实际使用过程中我们发现锯齿波形成环节。