【正文】 ........................................................................... 42 附錄 ............................................................................................................................. 43 1 第一章 緒論 研究背景和意義 基于 TC787 芯片 設計 三相 橋式全控 整流觸發(fā) 電路 和基于 89C51 單片 機 設計 控制及顯示電路，將觸發(fā)角和 整流輸出電壓 在 LCD 上顯示 。 晶閘管 發(fā)展 的 現(xiàn)狀 在晶閘管出現(xiàn)前 ，用于電力變換的電子技術 已被應用 ： 1904 年出現(xiàn) 的 電子管(Valve)，能在真空中控制電子流 ，并 且 應用于通信和無線電 領域 ，從而開 始 了電子技術 的 先河。 以后 出現(xiàn) 的 水銀整流器（ Mercuryvapour thyratrons），其性能和晶閘管 挺 相似 的 。在 30 年代 至 50 年代，是 Mercuryvapour thyratrons 發(fā)展并 迅速 大量應用的時期。它廣泛 應 用于電化學 行 業(yè)、電氣鐵道直流變電 行業(yè)及軋鋼用直流電 動機 傳動 領域 ，甚至用于直流輸電。各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論己經(jīng)發(fā)展 完善 并 且 廣范 應用。在晶閘管出現(xiàn) 之 后的 很長 一段時期內，所 有使用 電路 的 形式仍然是 以 這些形式 為主 。除水銀整流器 能將交流電變成直流電 外，還有 發(fā)現(xiàn) 更早的 像電動機 直流發(fā)電機組，即 是變流機組。對應的是旋轉變流機組 ，靜止變流器的稱呼從 Mercuryvapour thyratrons 開始并沿用至今。 1947 年 在 美國貝爾實驗室發(fā)明 了 晶體管（ Transistor），引發(fā)了 整個 電子技術 領域 的一場革命；晶閘管（ 1957 年） SCR（ Silicon Controlled Rectifier） 能夠 通過門極控制 其 觸發(fā) 開通，但 三再 通過門極不能控制 其 關斷，屬于半控型器件 。 現(xiàn)在 承受的電壓、電流容量最高的 器件仍然是晶閘管 ， 并 且工作 很 可靠，所以 大量使用許多大容量場合 。 電力電子技術的前景 高頻率、 大容量、 低損耗、 小體積（ 芯片利用率 高 ）、 易驅動、 模塊化 是現(xiàn)在 電力電子器件發(fā)展的目標 。 減小電力電子器件的開關損耗 是基于新的控制技術的使用，例 如軟開關技術；通過諧振電路 后能使 器件在零電壓（ ZVS）或零電流（ ZCS）的狀態(tài)下進行開 或者 關。 高效、節(jié)能、小型化和智能化 是 目前 電力電子應用系統(tǒng) 的 方向發(fā)展。 2 晶閘管的應用 交通運輸：整流裝置 被采用在 電氣機車中的直流機車中，變頻裝置 被采用在交流機車上 。鐵道車輛 也廣泛應用 直流斬波器。 現(xiàn)在高速發(fā)展的磁懸浮列車， 電力電子技術 的應用 更是一項關鍵技術。車輛中的蓄電池的充電也離不開電力電子裝置 ，其 各種輔助 的 電源也都離不 了 電力電子技術 。 電力電子裝置 控制 電動汽車的電機進行電力變換和驅動控制。控制電機 被多次應用在 一臺高級汽車中，它們也 需 靠 著 斬波器 和變頻器 驅動并 且 控制 。 不同 型號 的電源 也被應用在 飛機、船舶 上 ， 所以 航海 和航空全部 離不開電力電子技 術 。 如果交通運輸 工具包括電梯 ，電力電子技術 也要被應用 。以前直流調速系統(tǒng) 被大量應用于 電梯， 最近幾年 交流變頻調速 被廣泛應用 。 一般工業(yè)：直流電動機 的 調速性能 很好 ，給其供電的 電力電子裝置都是 可控整流電源或者是 直流斬波電源 。 近年來 迅速發(fā)展的電力電子變頻技術 ，使 得 交流電機的調速性能可 以 與直流電機 相當 ， 使得 交流調速技術 被 大量應用并 且 占據(jù) 著 主導 的 地位。像 電解鋁、電解食鹽水等 電化學工業(yè) 在 大量使用 著直流電源 。 大容量整流電源 被急需用在 冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應加熱電源、 直流電弧爐電源 及淬火電源等場合 。電鍍 等一些 裝置也需要整流電 源。 電力系統(tǒng)： 電子電力系統(tǒng)中 廣泛的應用 了大量 電力電子 的 技術 。 末了客戶 在使用電能 的時候，經(jīng)常性的 進行預處理。如 無功補償 、 濾波、 降壓 等 等 。 據(jù) 統(tǒng) 計， 在一些發(fā)達國家中 用戶 末了小號的電能里 有 70%經(jīng)過 了 一次電力電子變流裝置的 一般 處理?，F(xiàn)代化 的 電力 電子 系統(tǒng)中，關鍵技術之一 就是 電力電子技術 。 可以這樣 地說，離開電力電子技術， 現(xiàn)代化 的電力系統(tǒng) 是不可想象的 。 大容量 、長距離 輸電時 直流輸電 有很大的優(yōu)勢，其 逆變閥 的 受電端 和 整流閥 的 送電端 全 都采用晶閘管 的 變流裝置 ?，F(xiàn)在發(fā)展起來 柔性 的 交流輸電 能夠 大幅度 的 提高電網(wǎng)輸 穩(wěn)定性 和 電能力 。 手段： 連續(xù) 、 精確、快速 地控制大容量 無功 和有功 等 性能的 實現(xiàn)對系統(tǒng) 的 功率流向、 潮流變化、 阻尼振蕩 、輸送能力 的性能加以 提高 和改進。像 有源 的 濾波器（ APF Active Power Filter）一可進行 應用 端的 諧波抑制 和無功補償 。 各種開關 的 電源 和 不間斷 著的 電源（ UPS）， 應用 這一類的最為普遍 。像各類電力 電子裝置 大致 都 用 不同 的電壓等級 直流 的 電源 提 供電。 現(xiàn)在高頻開關電源己 被 采用了 全控型器件 ，以前 晶閘管整流電源 被用在 通信設備中的程控交換機。 現(xiàn)在 小型 計算機 的內部 電源 、 大型 的 計算機 應用的工作電源 也 全部 采用 了 高頻開關電源。在 一些 電子裝置中，以前線性穩(wěn)壓電源 被 大量采用 供電， 因為 高頻 的 開關電源 重量輕、 體積小、效率高，現(xiàn)在 線性電源 己 被慢慢 取代了。 家用電器：家用 的 電器中 起著重要 地位 的有照明 。 因為 電子照明 的 電源 發(fā)光效率 3 高、 體積小、可 以節(jié)約 大量能源， 經(jīng) 常被 叫做 “節(jié)能燈”，傳統(tǒng)的 日光燈 和白熾燈 正被逐漸取締。 家用電器 里被大量 應用電子技術 ，像 變頻空調器 。 家用計算機 、 音響設備、 電視機、 等電子設備 電源 模塊也大量 需要電力電子技術。此外，有些 微波爐 、 電冰箱、 洗衣機 等電器也 都大量 應用了電力電子技術。 利用 和開發(fā) 新能源 ：傳統(tǒng) 發(fā)電 的 方式 有 水力發(fā)電 、火力發(fā)電 以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機 以 后，各種 可再生能源 、新能源以 及新型 的 發(fā)電方式 逐漸 受到重視。其中 風力發(fā)電 、太陽能發(fā)電 的發(fā)展 比 較快，備受關注 的還有燃料電池 。 風力發(fā)電 和太陽能發(fā)電因 環(huán)境 有限制 ， 產生 的電力質量 比 較差， 改善電能 的 質量 必須經(jīng) 常 用 儲能 的裝置緩沖，這 樣 就需要 用到 電力電子技術。 要是 和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng) 的時候 ，也離不 了 電力電子技術 。 為了水力發(fā)電資源 能被 合理地利用 ， 最近 抽水儲能發(fā)電站 備受重視。像里面的 大型 的電動機 調速 和起動 都需要電力電子技術。未來 里 一種儲能方式 超導儲能 ，它 將用 強大的直流電源 提供電， 電力電子技術 也離不了 。 核聚變反應堆在產生 注入能量 和強大磁場 時， 需要 一些大容量 脈 沖 的 電源， 電力電子裝置 就是這種電源 。 某些特殊場合 和科學實驗 ，特種電源 被大量應用 。 4 第 二 章 主電路設計及原理 主電路設計 其原理圖如圖 21 所示 。 圖 21 三相橋式全控整 流 電路原理圖 將其中的 3 個晶閘管（ VT VT VT5） 的 陰極連接在一起 稱為共陰極組；的3 個晶閘管（ VT VT VT2） 的 陽極連接在一起 稱為共陽極組。此外，晶閘管 習慣上 要按照 從 1 至 6 的順序導通， 因此 按圖 21 所 示的順序 將晶閘管 編號， 就是 與 a、b、 c 三相電源 相接的 共陰極組 的 3 個晶閘管分別為 VT VT VT5，與 a、 b、 c 三相電源相接的 共陽極組 的 3 個晶閘管分別為 VT VT VT2。 在以后 的分析 就能了解 ，按 圖 21 編號，晶閘管的導通順序為 VT1－ VT2－ VT3－ VT4－ VT5－ VT6。 每個工作周期中 對于每相二次電源來說，即有 負 電流，也有 正 電流，所以 沒有 直流磁化的 問題，提高了繞組 的 利用率。 178。 1 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =0176。時的情況 5 圖 22 三相橋式全控整流電路（帶電阻負載 ａ =0176。時的波形） 1）帶電阻負載時的工作情況 表 21三相橋式全 控整流電路電阻負載 ａ =0176。 時晶閘管工作情況 （ 1）ａ =0176。時的情況 178。對于共 陽 極組的 3 個晶閘管，陰極所接交流電壓值最低的 一個 導通。 178。對于 共陰極阻 的 3 個晶閘管 ，陽極所接交流電壓值 最大的一個導通。 178。從線電壓波形看，線電壓中最大的一個 為 Ud，因此 Ud 的 波形為線電壓的包絡線。 時段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 共陰極組中導通的晶閘管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共陽極組中導通的晶閘管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 整流輸出電壓 Ud Ua– Ub =Uab Ua– Uc =Uac Ub– Uc =Ubc Ub– Ua =Uba Uc– Ub =Uca Uc– Ub =Ucb 6 178。任意時刻共陽極組和共陰極組中各有 1 個 晶閘管處于導通狀態(tài)。其余的均處于斷 開 狀態(tài)。 178。觸發(fā)角ａ的起點， 還 是 要 從自然換相點 來 開始計算，注意正負方向 都 有自然換相點。 （ 2）三相橋式全控整流電路的特點： . 兩個同時導通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各有一個導通，且不能為同相的兩個否則沒有輸出。 . 對觸發(fā)脈沖的要求： . 按 VT1— VT2— VT3— VT4— VT5— VT6 的順序，相位依次差 60176。 . 共陰極組 VT VT VT5 的脈沖依次差 120176。，共陽極組 VT VT VT2也依次差 120176。 . 同一相的上下兩個橋臂，即 VT1 與 VT4， VT3 與 VT6， VT5 與 VT2，脈沖相差 180176。 . Ud 一周期脈動 6 次，每次脈動的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為 6 脈波整流電路。 . 需保證同時導通的 2 個晶閘管均有脈沖（采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)（大于 60176。）。 . 另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在 Ud 的 6 個時間段，均給應該導通的 SCR 提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來是否導通。所以每隔 60176。就需要提供兩個觸發(fā)脈沖。 . 實 際提供脈沖的順序為： VT1， VT2— VT2， VT3— VT3， VT4— VT4， VT5—VT5， VT6— VT6， VT1— VT1， VT2，不斷重復。 . 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同為： UFM =URM= U2 178。 2 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =30176。 時的情況 7 圖 23 三相橋式全控整流電路（帶電阻負載 ａ =30176。 時的波形） 晶閘管起始導通時刻推遲了 30176。，組成的每一段線電壓因此推遲 30176。 。 ●從 Ut1 開始把一周期等分為 6 段， Ud 波形仍由 6 段 線電壓構成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合表 21 的規(guī)律。 ●變壓器二次側電流 iu 波形的特點：在 VT1 處于通態(tài)的 120176。期間， iu 為正，iu波形的形狀與同時段的 Ud 波形相同，在 VT4 處于通態(tài)的 120176。期間， iu波形的形狀也與同時段的 Ud 波形相同，但為負值。 178。 3 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =60176。時工作情況 Ud 波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，平均值繼續(xù)降低。 ａ =60176。時 Ud 出現(xiàn)為零的點。（因為在該點處，線電壓為零） 178。 4 三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ﹥ 60176。時工作情況 當 ａ﹥ 60176。時，如 ａ =90176。時電阻負載情況下的工作波形如圖 24 所示 ： 8 圖 24三相橋式全控整流電路帶電阻負載 ａ =90176。 時的波形 小結 ： ● 當 ａ≦ 60176。時， Ud 波形均連續(xù)，對于電阻負載， id 波形與 Ud 波形一樣，也連續(xù)； ● 當 ａ﹥ 60176。時， Ud 波形每 60176。中有一段為零， Ud 波形不能出現(xiàn)負值； ● 帶電阻負載時三相橋式全控整流電路 ａ 角的移相范圍是 120176。 。 三相橋式全控整流電路電感性負載 178。 1 三相橋式全控整流電路電感性負載時的工作情況： 當 ａ≦ 60176。時： Ud 波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷 情況、輸出整流電壓 Ud 波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣；區(qū)別在于：由