1、學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師： 李向明 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題目：三相全控橋式晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：1直流電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)： PN=10KW, UN=220V, IN =50A,nN =1000r/min，電樞電阻Ra=0.5，電流過(guò)載倍數(shù)1.5，電樞電感LD =7mH，勵(lì)磁電壓UL=220V 勵(lì)磁電流IL=1.6A，使用三相可控整流電路，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，工作于電動(dòng)狀態(tài)。2.進(jìn)線(xiàn)交流電源：三相380V3.性能指標(biāo)：直流輸出電壓0-220V，最大輸出電流75A，保證電流連續(xù)的最小電流為5A。要求完成的主要任務(wù)：1. 三相全控橋式主電路設(shè)計(jì)（包括整流變壓器參數(shù)計(jì)算，整流元件定額的選擇，平

2、波電抗器電感量的計(jì)算等）,討論晶閘管電路對(duì)電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。2.觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。觸發(fā)電路選型（可使用集成觸發(fā)器），同步信號(hào)的定相等。3.晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)與過(guò)電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)。4.提供系統(tǒng)電路圖紙不少于一張。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。應(yīng)畫(huà)出單元電路圖和整體電路原理圖，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過(guò)程，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間安排：2011.7.42011.7.5 收集資料2011.7.62011.7.8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2011.7.92011.7.10 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文及答辯指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘

3、要整流電路由其是三相橋式可控整流電路是電力電子技術(shù)中最為重要，也是應(yīng)用的最為廣泛的電路，不僅應(yīng)用于一般工業(yè)領(lǐng)域，也廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)以及其他領(lǐng)域。三相可控整流電路中應(yīng)用最多的是三相橋式全控整流電路。這次設(shè)計(jì)主要對(duì)三相橋式整流電路進(jìn)行研究。本此設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)直流調(diào)速裝置，利用晶閘管三相全控橋式整流技術(shù)，結(jié)合集成觸發(fā)器芯片，組成晶閘管三相全控橋式整流直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要應(yīng)用的芯片是TCA785集成移相觸發(fā)控制芯片，實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí)設(shè)計(jì)出完整的電氣原理圖，將分別介紹各個(gè)模塊的構(gòu)成原理和使用方法。關(guān)鍵詞：整流電路；觸發(fā)電路；TCA785；三相全控橋式目 錄1三相全

4、控橋式主電路設(shè)計(jì)1整流變壓器的設(shè)計(jì)1整流變壓器的設(shè)計(jì)原理1整流變壓器的參數(shù)設(shè)定1變壓器次級(jí)相電壓的計(jì)算1初、次級(jí)電流與變壓器容量的計(jì)算3變壓器參數(shù)計(jì)算和選擇4整流電路5晶閘管簡(jiǎn)介5整流器件的定額計(jì)算和選擇6三相全控橋式整流電路的特點(diǎn)61.3 平波電抗器的參數(shù)及選擇7電抗器的電感7整流變壓器漏電感的計(jì)算8晶閘管對(duì)電網(wǎng)的影響81.5 系統(tǒng)功率因數(shù)的討論102觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)112.1 TCA785集成移相觸發(fā)器112.1.1 TCA785簡(jiǎn)介及特點(diǎn)112.1.2 TCA785的引腳排列級(jí)功能112.1.3 TCA785工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)12觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)133晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)15晶閘管過(guò)壓保護(hù)電路

5、設(shè)計(jì)15交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)16直流側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)17晶閘管換相過(guò)電壓的保護(hù)17晶閘管過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)18電流上升率、電壓上升率194 設(shè)計(jì)心得21參考文獻(xiàn)22附錄23三相全控橋式晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1三相全控橋式主電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)整流變壓器就是降壓變壓器。降到所需電壓后再用半導(dǎo)體管整流。變壓器和普通變壓器的原理相同。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種變換交流電壓的設(shè)備。變壓器一般有初線(xiàn)和次級(jí)兩個(gè)互相獨(dú)立繞組，這兩個(gè)繞組共用一個(gè)鐵芯。變壓器初級(jí)繞組接通交流電源，在繞組內(nèi)流過(guò)交變電流產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，于是在閉合鐵芯中就有交變磁通。初、次級(jí)繞組切割磁力線(xiàn)，在次級(jí)就能感應(yīng)出相同頻率的交流電.變壓器的初，次級(jí)繞

6、組的匝數(shù)比等于電壓比。在晶閘管整流裝置中，很多情況下晶閘管整流裝置所要求的交流電電壓與電網(wǎng)電壓往往不能一致，這就需要利用變壓器來(lái)匹配；另外，為降低或減少晶閘管交流裝置對(duì)電網(wǎng)和其它用電設(shè)備的干擾，也需要設(shè)置變壓器把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離。因此，在晶閘管整流裝置中，一般都需要設(shè)置整流變壓器，當(dāng)且僅當(dāng)晶閘管交流側(cè)電壓和電網(wǎng)電壓一致時(shí)可以省去。變壓器的參數(shù)計(jì)算之前，應(yīng)該確定負(fù)載要求的直流電壓和電流，確定變流設(shè)備的主電路接線(xiàn)形式和電網(wǎng)電壓。先選擇二次電壓有效值U2，U2數(shù)值的選擇不可過(guò)高和過(guò)低，如果過(guò)高會(huì)使得設(shè)備運(yùn)行中為保證輸出直流電壓符合要求而導(dǎo)致控制角過(guò)大，使功率因素變?。蝗绻^(guò)低會(huì)得不到負(fù)載要求的直

7、流電壓的現(xiàn)象。整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算，主要根據(jù)主電路的形式，負(fù)載的大小，輸出直流電壓和負(fù)載電流，求出整流變壓器的次級(jí)相電壓、次級(jí)電流和容量，然后求出初級(jí)電流和容量。次級(jí)相電壓的計(jì)算整流器主電路有多種接線(xiàn)形式，在理想情況下，輸出直流電壓Ud與變壓器次級(jí)相電壓U2有以下關(guān)系其中KUV為主與主電路接線(xiàn)形式有關(guān)的常數(shù)；KB為以控制角為變量的函數(shù)，設(shè)整流器在控制角=0和控制角不為0時(shí)的輸出電壓平均值分別為UD0和UD，則KUV=UDO/U2，KB=UD/UDO。在實(shí)際運(yùn)行中，整流器輸出的平均電壓還受其它因素影響，主要有：（1）電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。一般電網(wǎng)電壓的波動(dòng)允許范圍在+5%-10%，考慮電網(wǎng)電壓最低

8、的情況，設(shè)計(jì)中通常取電壓波動(dòng)系數(shù)=0.9-0.95。（2）整流元件的正向壓降。實(shí)際上整流元件要降掉一部分輸出電壓，設(shè)其為UT。由于整流元件和負(fù)載是串聯(lián)的，導(dǎo)通回路中串聯(lián)元件越多，所以降掉的電壓也就越多，設(shè)回路原件串聯(lián)個(gè)數(shù)為NS，這樣降掉的電壓為NSUT。（3）直流回路的雜散電阻。設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加電壓降，一般U占額定電壓的0.2%0.25%。（4）換相重疊角引起的電壓損失。換相重疊角引起的電壓降Ud由交流回路的電抗引起，可由整流變壓器漏抗Xs表示。變壓器漏抗主要和短路電壓百分比Uk%有關(guān)。不同容量的變壓器其短路電壓百分比也不一樣。Ud可由以下公式計(jì)算，對(duì)于n相橋式電路，在三相橋式里，也為（5

9、）整流變壓器電阻的影響。假定功率因素為1，則交流電壓的損失Ua為由其引起的整流輸出電壓的壓降為考慮以上所有因素，整流電壓的直流輸出電壓為次級(jí)相電壓有效值的計(jì)算公式為KX叫做換相電壓降系數(shù)，對(duì)換相壓降有影響，它與電路的接線(xiàn)形式有關(guān)，當(dāng)電路為n相橋式整流時(shí)，KX為表1-1整流變壓器計(jì)算系數(shù)初、次級(jí)電流與變壓器容量的計(jì)算以三相橋式整流電路為例進(jìn)行分析。大電感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流基本上是直流，因而晶閘管電流為方波，變壓器次級(jí)電流也為方波，其有效值與負(fù)載電流成正比關(guān)系。變壓器次級(jí)電流i2的波形為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的矩形波，可分解成基波與各次諧波。由于沒(méi)有直流分量，因此它們都可以通過(guò)變壓器的磁耦合反映到一次繞組中去。所

10、以，i2和i2電流波形相似，其有效值為次級(jí)電壓以理想情況計(jì)算為,所以，變壓器次級(jí)容量為變壓器初級(jí)電流為變壓器初級(jí)容量為可見(jiàn)，當(dāng)變壓器次級(jí)電流無(wú)直流分量時(shí)，次級(jí)容量等于初級(jí)容量。對(duì)于三相全控橋式整流電路來(lái)說(shuō)，=變壓器的等效電容為初、次級(jí)電容的平均值表1-2各種整流電路變壓器容量計(jì)算系數(shù)整流電路變壓器負(fù)載性質(zhì)三相全控橋電阻性負(fù)載電感性負(fù)載由表可知，整流變壓器的平均容量都大于整流功率Pd，二者之比越接近于1，則該種線(xiàn)路變壓器的利用率越高。變壓器參數(shù)計(jì)算和選擇（1）UD0的選擇：直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220，即可知道要使電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)所需要的額定電壓為220，即UD=220。根據(jù)給定的直流電動(dòng)機(jī)

11、的參數(shù)可求得和的值為為電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻的標(biāo)么值，為對(duì)于電動(dòng)機(jī)額定電流和電壓的電阻的標(biāo)么值。根據(jù)所給參數(shù)，得。由于是三相全控橋整流電路，Ns=2，整流元件降壓UT=1，KUV，KB=COS，。為度范圍，取。為計(jì)算方便，電樞回路銅損耗忽略。將以上所得的參數(shù)帶入到公式得，因?yàn)檫M(jìn)線(xiàn)交流電源是三相380V。故本設(shè)計(jì)可以選擇，此電壓可以在為度范圍內(nèi)使整流電路輸出的直流電壓，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定工作狀態(tài)。（2）容量的計(jì)算：根據(jù)三相全控橋變壓器二次側(cè)電流的有效值的計(jì)算公式計(jì)算得，。由于變壓器采用型連接，則即即可求得，即綜上所述，選擇型號(hào)為，380的變壓器。晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又可稱(chēng)做可控硅整流器，以前被

12、簡(jiǎn)稱(chēng)為可控硅；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門(mén)極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管的開(kāi)通和關(guān)閉和三極管有很大的差別，可以視為一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)器件，只具有兩個(gè)工作狀態(tài)即開(kāi)通和關(guān)閉。晶閘管的開(kāi)通受2個(gè)條件約束，陰陽(yáng)極的正偏壓和門(mén)極與陰極的正偏壓，關(guān)斷則只需要流過(guò)管子的電流小于一定的值，并且維持一定的時(shí)間就自然關(guān)斷。不受門(mén)極控制。工作原理相當(dāng)于兩個(gè)三極管的等效電路。圖1-1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理a)晶閘管雙晶體模型 b)工作原理1.2.2整流器件的定額

13、計(jì)算和選擇本設(shè)計(jì)采用晶閘管三相全控橋整流電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可得由此可以的出，經(jīng)分析知，綜上所述，選定額為IT(AV)50A,UTN800V的晶閘管作為整流器件，可采用KP50系列的晶閘管，其IT(AV)50A，通態(tài)平均電壓上限值由各制造廠(chǎng)根據(jù)合格的形式試驗(yàn)給出。（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同一相器件。（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60°。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120°同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與V

14、T4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。表1-3三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載a=0°時(shí)晶閘管工作情況時(shí)  段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓UdUa-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種方法是雙脈沖觸發(fā)（常用）。此設(shè)計(jì)

15、電路需要六個(gè)晶閘管，三相橋式晶閘管主電路圖如圖1-2所示。圖1-2 三相橋式晶閘管主電路圖1.3 平波電抗器的參數(shù)及選擇平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電路的脈波數(shù)總是有限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。直流輸電的換流站都裝有平波電抗器，使輸出的直流接近于理想直流。直流供電的晶閘管電氣傳動(dòng)中，平波電抗器也是不可少的。1.3.1電抗器的電感若要求變流器在某一最小輸出電流時(shí)仍能維持電流連續(xù)，則電抗器的電感可按下式計(jì)算：式中 交流測(cè)電源相電壓有效至。要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值。與整流主電路形式有關(guān)的計(jì)算系數(shù)，=0.693。對(duì)于不同控制角，

16、所需的電感量為本設(shè)計(jì)中的參數(shù)為：，臨界值。將以上所述參數(shù)代入，可計(jì)算出本設(shè)計(jì)所需的臨界電感參數(shù)值，即：1.3.2整流變壓器漏電感的計(jì)算整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感按下式計(jì)算：式中 變壓器次級(jí)相電壓有效值。晶閘管裝置直流側(cè)的額定負(fù)載電流(平均值)。變壓器的短路比。100以下的變壓器取；1001000的變壓器?。慌c整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，=。本設(shè)計(jì)，。將以上所需參數(shù)代入式中可計(jì)算出漏電感的值，即綜上所述，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電感為，可得使輸出電流連續(xù)的臨界電感量電抗器要選的值應(yīng)比大，故選的電感作為平波電抗器。晶閘管變流設(shè)備一般都是通過(guò)變壓器與電網(wǎng)連接的，因此其工作頻率為工頻初級(jí)電壓

17、即為交流電網(wǎng)電壓。經(jīng)過(guò)變壓器的耦合，晶閘管主電路可以得到一個(gè)合適的輸入電壓，是晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分，減小電網(wǎng)污染。在變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓相差不多時(shí)，有時(shí)會(huì)采用自耦變壓器；當(dāng)變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時(shí)，也可以不經(jīng)變壓器而直接與電網(wǎng)連接，不過(guò)要在輸入端串聯(lián)“進(jìn)線(xiàn)電抗器”以減少對(duì)電網(wǎng)的污染。在分析整流電路工作原理時(shí)，我們?cè)?jīng)假設(shè)晶閘管是理想的開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)認(rèn)為其電阻為零，而關(guān)斷時(shí)，認(rèn)為其電阻無(wú)窮大。但事實(shí)上，晶閘管并非是理想的可控開(kāi)關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降。晶閘管裝置中的無(wú)功功率，會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)帶來(lái)不

18、利影響：1) 無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。2)無(wú)功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使設(shè)備和線(xiàn)路的損耗增加。3)使線(xiàn)路壓降增大，沖擊性無(wú)功功率負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。晶閘管裝置還會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害，包括：1)諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線(xiàn)會(huì)使線(xiàn)路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。2) 諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)熱，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損壞。3) 諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會(huì)使上述1)和2)兩項(xiàng)的

19、危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。4) 諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并使電氣測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)確。5) 諧波會(huì)對(duì)臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。由于公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)本身都會(huì)造成很大的危害，世界許多國(guó)家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。制定這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的基本原則是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電網(wǎng)諧波電壓控制在允許的范圍內(nèi)，使接在電網(wǎng)中的電氣設(shè)備能免受諧波干擾而正常工作。世界各國(guó)所指定的諧波標(biāo)準(zhǔn)大都比較接近。我國(guó)由技術(shù)監(jiān)督局與1993年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14549

20、-93)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波，并從1994年3月1日起開(kāi)始實(shí)施。1.5 系統(tǒng)功率因數(shù)的討論三相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，由于設(shè)計(jì)時(shí)接了平波電抗器，所以負(fù)載電感足以使電流連續(xù)，則電路的工作情況與感性負(fù)載時(shí)相似，即可以根據(jù)感性負(fù)載來(lái)討論功率因數(shù)。設(shè)交流電抗為零，假設(shè)直流電感 為足夠大，。此時(shí)，電流為正負(fù)半周各的方波，三相電流波形相同，且依次相差，其有效值與直流電流的關(guān)系為(2.)同樣可將電流波形分解為傅里葉級(jí)數(shù)。以相電流為例，將電流負(fù)、正兩半波的中點(diǎn)作為時(shí)間零點(diǎn)，則有由式(2.)可得電流基波和各次諧波有效值分別為由此可得以下結(jié)論：電流中僅含(為正整數(shù))次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比

21、，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)?？傻没ㄒ驍?shù)為電流基波與電壓的相位差仍為，故位移因數(shù)仍為功率因數(shù)即為2觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)TCA785集成移相觸發(fā)器2.1.1 TCA785簡(jiǎn)介及特點(diǎn)TCA785是德國(guó)西門(mén)子(Siemens)公司于1988年前后開(kāi)發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，它是取代TCA780及TCA780D的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其引腳排列與TCA780、TCA780D和國(guó)產(chǎn)的KJ785完全相同，因此可以互換。目前，它在國(guó)內(nèi)變流行業(yè)中已廣泛應(yīng)用。與原有的KJ系列或KC系列晶閘管移相觸發(fā)電路相比，它對(duì)零點(diǎn)的識(shí)別更加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，而移相范圍更寬，且由于它輸出脈沖的寬度可人為自由

22、調(diào)節(jié)，所以適用范圍較廣。TCA785的基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)有：能可靠地對(duì)同步交流電源的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，因而可方便地用作過(guò)零觸發(fā)而構(gòu)成零點(diǎn)開(kāi)關(guān)；它具有寬的應(yīng)用范圍，可用來(lái)觸發(fā)普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管及作為功率晶體管的控制脈沖，故可用于由這些電力電子器件組成的單管斬波、單相半波、半控橋、全控橋或三相半控、全控整流電路及單相或三相逆變系統(tǒng)或其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的變流系統(tǒng)；它的輸入、輸出與CMOS及TTL電平兼容，具有較寬的應(yīng)用電壓范圍和較大的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，每路可直接輸出250mA的驅(qū)動(dòng)電流；其電路結(jié)構(gòu)決定了自身鋸齒波電壓的范圍較寬，對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)性較強(qiáng)，可應(yīng)用于較寬的環(huán)境溫度范圍(-25+85

23、76;C)和工作電源電壓范圍(-0.5+18V)。2.1.2 TCA785的引腳排列級(jí)功能圖2-1引腳排列圖各引腳的名稱(chēng)、功能及用法如下:引腳13(L)：非輸出脈沖寬度控制端。該端允許施加電平的范圍為-0.5VVS，當(dāng)該端接地時(shí)，Q1、Q2為最寬脈沖輸出，而當(dāng)該端接電源電壓VS時(shí)，Q1、Q2為最窄脈沖輸出。 引腳12(C12)：輸出Q1、Q2脈寬控制端。應(yīng)用中，通過(guò)一電容接地，電容C12的電容量范圍為1504700pF，當(dāng)C12在1501000pF范圍內(nèi)變化時(shí)，Q1、Q2輸出脈沖的寬度亦在變化，該兩端輸出窄脈沖的最窄寬度為100s，而輸出寬脈沖的最寬寬度為2000s。引腳11(V11)：輸出脈

24、沖Q1、Q2或Q1、Q2移相控制直流電壓輸入端。應(yīng)用中，通過(guò)輸入電阻接用戶(hù)控制電路輸出，當(dāng)TCA785工作于50Hz，且自身工作電源電壓Vs為15V時(shí)，則該電阻的典型值為15k，移相控制電壓V11的有效范圍為0.2VVs-2V引腳10(C10)：外接鋸齒波電容連接端。C10的實(shí)用范圍為500pF1F。該電容的最小充電電流為10A。最大充電電流為1mA，它的大小受連接于引腳9的電阻R9控制，C11兩端鋸齒波的最高峰值為VS-2V，其典型后沿下降時(shí)間為80s。引腳9(R9)：鋸齒波電阻連接端。該端的電阻R9決定著C10的充電電流，其充電電流可按下式計(jì)算：I10=VREFK/R9。引腳8(VREF)

25、：TCA785自身輸出的高穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓端。VREF的典型值為3.1V，如用戶(hù)電路中不需要應(yīng)用VREF，則該端可以開(kāi)路。引腳7(QZ)和3(QV)：TCA785輸出的兩個(gè)邏輯脈沖信號(hào)端。該兩邏輯脈沖信號(hào)可用來(lái)提供給用戶(hù)的控制電路作為同步信號(hào)或其它用途的信號(hào)，不用時(shí)可開(kāi)路。引腳6(I)：脈沖信號(hào)禁止端。該端的作用是封鎖Q1、Q2及Q1、Q2的輸出脈沖，該端通常通過(guò)阻值10k的電阻接地或接正電源，允許施加的電壓范圍為-0.5VVS，該端允許低電平最大灌電流為0.2mA，高電平最大拉電流為0.8mA。引腳5(VSYNC)：同步電壓輸入端。應(yīng)用中需對(duì)地端接兩個(gè)正反向并聯(lián)的限幅二極管，該端吸取的電流為20

26、200A，隨著該端與同步電源之間所接的電阻阻值的不同，同步電壓可以取不同的值，當(dāng)所接電阻為200k時(shí)，同步電壓可直接取220V。2.1.3 TCA785工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)Tca785集成塊內(nèi)部主要由“同步寄存器”、“基準(zhǔn)電源”、“鋸齒波形成電路”、“移相電壓”和“鋸齒波比較電路”和“邏輯控制功率放大”等功能塊組成。同步信號(hào)從TCA785的第5腳輸出，“過(guò)零檢測(cè)”部分對(duì)同步電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到同步信號(hào)過(guò)零時(shí)，信號(hào)送“同步寄存器”?！巴郊拇嫫鳌陛敵隹刂其忼X波發(fā)生電路，鋸齒波的斜率大小由第9腳外接電阻和10腳外接電容決定；輸出脈沖寬度由12腳外接電容的大小決定；14、15腳輸出對(duì)應(yīng)負(fù)半周和正

27、半周的觸發(fā)脈沖，移相控制電壓從11腳輸入。圖2-2 TCA75的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及外電路的連接圖2-3相控部分整流電路實(shí)現(xiàn)三相橋式相控整流的一般方法是利用三相同步變壓器從電源進(jìn)線(xiàn)端引入三路同步信號(hào)，這樣，將同步信號(hào)整形后分別輸?shù)饺琓CA785（編號(hào)為A、B、C）的腳，就能控制只晶閘管，然后通過(guò)引腳復(fù)用即可實(shí)現(xiàn)雙窄脈沖方式驅(qū)動(dòng)。雙窄脈沖方式由于驅(qū)動(dòng)脈寬窄，因而可以有效地減小驅(qū)動(dòng)用脈沖變壓器的體積，防止磁芯飽和。該方法的主電路及同步變壓器如圖2-3所示，三片TCA785芯片的引腳與所控制的晶閘管的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所列。晶閘管通過(guò)一個(gè)型同步變壓器為T(mén)CA785提供同步信號(hào)，當(dāng)進(jìn)線(xiàn)相序（如圖2-3所示）為

28、正序A、B、C時(shí)，同步變壓器的三個(gè)輸出端所對(duì)應(yīng)的中性點(diǎn)的實(shí)際電壓向量為AC、BA、CB，將AC接至TCA785(A)，BA接至TCA785(B)，CB接至TCA785(C)，即可實(shí)現(xiàn)正序輸入時(shí)晶閘管的同步驅(qū)動(dòng)。表2-1 三片TAC785引腳及其對(duì)應(yīng)的晶閘管TCA785引腳晶閘管晶閘管785（A）15腳T1T6785（C）14腳T2T1785（B）15腳T3T2785（A）14腳T4T3785（C）15腳T5T4785（B）14腳T6T5極限參數(shù)：(1)電源電壓：+818V或±49V；(2)移相電壓范圍：0.2VVS-2V;(3)輸出脈沖最大寬度：180°；(4)最高工作頻率

29、：10500Hz；(5)高電平脈沖負(fù)載電流：400mA；(6)低電平允許最大灌電流：250mA；(7)輸出脈沖高、低電平幅值分別為VS和0.3V；(8)同步電壓隨限流電阻不同可為任意值；(9)最高工作頻率：10500Hz；(10)工作溫度范圍：軍品 -55+125 工業(yè)品 -25+85 民品 0+70圖2-4 TCA785組成的三相橋式全控觸發(fā)電路3晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)晶閘管以其額定電流大、額定電壓高、效率高、反應(yīng)快以及體積小等優(yōu)點(diǎn), 作為中頻靜止逆變電源中主要元件而被選用, 但其缺點(diǎn)是過(guò)載能力低。因此, 在晶閘管中頻靜止逆變電源中, 為了使晶閘管免受大電流、高電壓的沖擊, 均設(shè)置了過(guò)流過(guò)壓保護(hù)

30、電路。當(dāng)晶閘管中頻靜止電源用于金屬熔煉時(shí), 由于負(fù)載為時(shí)變性元件, 變化大, 情況比較復(fù)雜, 若保護(hù)不可靠, 速度慢, 故障一旦出現(xiàn), 晶閘管立即被損壞的現(xiàn)象常有發(fā)生。影響了整個(gè)設(shè)備的性能和使用, 因而保護(hù)電路顯得尤為重要。正常工作時(shí)，晶閘管承受的最大峰值電壓為，超過(guò)此峰值電壓的就算過(guò)電壓。在整流裝置中，任何偶然出現(xiàn)的過(guò)電壓均不應(yīng)超過(guò)元件的不重復(fù)峰值電壓，而任何周期性出現(xiàn)的過(guò)電壓則應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓。這兩種過(guò)電壓都是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的。因此，在變流過(guò)程中，必須采用各種有效保護(hù)措施，以抑制各種暫態(tài)過(guò)電壓，保護(hù)晶閘管元件不受損壞。抑制暫態(tài)過(guò)電壓的方法一般有三種：用電阻消耗過(guò)電壓的能量；用非

31、線(xiàn)性元件限制過(guò)電壓的幅值；用儲(chǔ)能元件吸收過(guò)電壓的能量。若以過(guò)電壓保護(hù)裝設(shè)的部位來(lái)分，有交流保護(hù)，直流保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元器件保護(hù)3種。交流側(cè)過(guò)電壓一般都是外因過(guò)電壓，在抑制外因過(guò)電壓的措施中，采用RC過(guò)電壓抑制電路是最為常見(jiàn)的。通常是在變壓器次級(jí)(元件側(cè))并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場(chǎng)釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能而儲(chǔ)存起來(lái)。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的振蕩。當(dāng)整流器容量較大時(shí)，RC電路也可以接在變壓器的電源側(cè)。其電路圖如圖3-1所示。圖3-1 阻容過(guò)電壓保護(hù)電路（一）RC參數(shù)的計(jì)算公式為電容的耐壓電阻的功率為()式中 變壓器每相平均

32、計(jì)算容量。變壓器二次相電壓有效值。勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù) 當(dāng)幾百伏安時(shí)=10 當(dāng)1000伏安時(shí)=35。變壓器的短路比，當(dāng)變壓器容量為101000時(shí)，=510。，當(dāng)正常工作時(shí)電流電壓的有效值。（二）RC參數(shù)計(jì)算變壓器每相平均計(jì)算容量為（1）電容器的計(jì)算取=20。電容器的耐壓值為取500。故選擇參數(shù)為20，500的電容。（2）電阻值計(jì)算考慮到所取電容已大于計(jì)算值，故電阻可適當(dāng)取小些。取=3。正常工作時(shí)，RC支路始終有交流電流過(guò)，過(guò)電壓總是短暫的，所以可按長(zhǎng)期發(fā)熱來(lái)確定電阻的功率。RC支路電流可由式()確定，即電阻的功率為故選用3，20的電阻。也可以采用阻容電路進(jìn)行保護(hù)，其計(jì)算參數(shù)同交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)。由于晶

33、閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般只承受換相過(guò)電壓，沒(méi)有關(guān)斷過(guò)電壓?jiǎn)栴}，關(guān)斷時(shí)也沒(méi)有較大的，所以晶閘管的緩沖電路就簡(jiǎn)化為了晶閘管的換相過(guò)電壓保護(hù)，即采用RC吸收電路即可。其電路圖如圖所示。圖3-2 晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)電路圖電容C的選擇為取，電阻一般取40。變流裝置發(fā)生過(guò)電流的原因歸納起來(lái)有如下幾個(gè)方面：(1) 外部短路：如直流輸出端發(fā)生短路。(2) 內(nèi)部短路：如整流橋主臂中某一元件被擊穿而發(fā)生的短路。(3) 可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換流失敗和環(huán)流過(guò)大。(4) 生產(chǎn)機(jī)械發(fā)生過(guò)載或堵轉(zhuǎn)等。晶閘管元件承受過(guò)電流的能力也很低，若過(guò)電流數(shù)值較大而切斷電路的時(shí)間又稍長(zhǎng)，則晶閘管元件因熱容量小就會(huì)產(chǎn)生熱擊穿而損壞。因此必須設(shè)置過(guò)

34、流保護(hù)，其目的在于一旦變流電路出現(xiàn)過(guò)電流，就把它限制在元件允許的范圍內(nèi)，在晶閘管被損壞前就迅速切斷過(guò)電流，并斷開(kāi)橋臂中的故障元件，以保護(hù)其它元件。晶閘管變流裝置可能采用的過(guò)流保護(hù)措施有：交流斷路器；進(jìn)線(xiàn)電抗器；靈敏過(guò)電流繼電器；斷路器；電流反饋控制電路；直流快速開(kāi)關(guān)；快速熔斷器?？砂磳?shí)際需要選擇其中一種或數(shù)種。本設(shè)計(jì)采用的晶閘管過(guò)電流保護(hù)措施是快速熔斷器保護(hù)方法，其參數(shù)的選擇為：因工作時(shí)電壓為380，取。流過(guò)快速熔斷器的電流的有效值為快速熔斷器的額定電流為選取。3.3電流上升率、電壓上升率1、電流上升率的限制晶閘管在導(dǎo)通的初瞬，電流主要集中在靠近門(mén)極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后

35、隨著時(shí)間的增長(zhǎng)才逐漸擴(kuò)大到整個(gè)陰極面。此過(guò)程需幾微秒到幾十微秒。若導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，會(huì)引起門(mén)極附近過(guò)熱，導(dǎo)致PN結(jié)擊穿使元件損壞。因此必須把限制在最大允許范圍內(nèi)。產(chǎn)生過(guò)大的可能原因有：在晶閘管換相過(guò)程中相當(dāng)于交流側(cè)線(xiàn)電壓短路，因交流側(cè)阻容保護(hù)的電容放電造成過(guò)大；晶閘管換相時(shí)因直流側(cè)整流電壓突然增高，對(duì)阻容保護(hù)電容進(jìn)行充電造成過(guò)大。通常，限制的措施主要有：1、在晶閘管陽(yáng)極回路串入電感。2、采用整流式阻容吸收裝置。本設(shè)計(jì)采用的是第一種方法。的計(jì)算公式為：式中 交流電壓的峰值晶閘管通態(tài)電流臨界上升率。此設(shè)計(jì)的，根據(jù)所選晶閘管的型號(hào)，可以根據(jù)相應(yīng)的工程手冊(cè)查到晶閘管通態(tài)電流臨界上升率，將以上參數(shù)代入，得取稍微大一些，即取。2、電壓上升率的限制處于阻斷狀態(tài)下晶閘管的結(jié)面相當(dāng)于一個(gè)結(jié)電容，當(dāng)加到晶閘管上的正向電壓上升率過(guò)大時(shí)，會(huì)使流過(guò)結(jié)面的充電電流過(guò)大，起了觸發(fā)電流的作用，造成晶閘管誤導(dǎo)通。從而引起較大稍微浪涌電流，損壞快速熔斷器或晶閘管