【正文】 交流側的過電壓。用于吸收持續(xù)時間較長，能量較大的尖峰過電壓；過流 保護采用三相進線串入快速熔斷器；六個晶閘管兩端出現(xiàn)的尖峰過電壓采用阻容吸收元件，以防止元件過壓擊穿。系統(tǒng)主回路圖見下圖 圖 主回路電路圖 其控制觸發(fā)單元可選用雙窄脈沖或寬脈沖觸發(fā)。雙窄脈沖觸發(fā)電路可以減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵芯體積；用寬脈沖觸發(fā)，雖然脈沖數(shù)減少了一半，但為了不使脈沖變壓器飽和，其鐵芯體積要做的大些，又使裝置變復雜；故在本次設計中選用雙窄脈沖觸發(fā)。全控 橋式整流主要通過改變晶閘管觸發(fā)相位的方法來調節(jié)母線電壓的高低，此時需要檢測三相交流電壓的相位以實現(xiàn)同步觸發(fā) . 控制部分 : 1．通過軟件編程來控制 TCA785 移相電壓的大小 ,能克服通過電位器來調節(jié)移相電壓從而達到調節(jié)觸發(fā)脈沖延遲角而造成的誤差。通過單片機或微機編程來調節(jié)移相電壓的大小 ,進而實現(xiàn)對觸發(fā)延遲角的精確動態(tài)控制。 5 圖 TCA785 內部電路 TCA785 芯片主要用來產生觸發(fā)脈沖 ,并且通過調節(jié)該芯片管腳 11 上的移相電壓來控制觸發(fā)脈沖延遲角。該芯片的內部 電路簡圖如圖 所示。 TCA785 芯片的工作原理 :首先由 R9和 Us組成的電路對 C10 充電 ,當檢測到同步電壓 (管腳 5)的過零點時 ,C10 通過放電三極管放電 ,于是就在管腳 10 上得到了如圖 所示的鋸齒波波形。 U11 為移相電壓 ,它和管腳 10 的鋸齒波通過比較來確定是否輸出脈沖 ,從而控制脈沖的延遲角。 14腳和 15 腳相位相差 180176。 ,用戶可根據(jù)需要選擇。 TCA785 芯片的幾個主要管腳的波形如圖 。 圖 TCA785 幾個主要管腳的電壓波形 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 6 采用了可編程的 DAC0832 和運放 F007 來控制 TCA785的管腳 11上的移相電壓。觸發(fā)板和一個脈沖變壓器相聯(lián)接 ,輸出的脈沖就可以直接觸發(fā)晶閘管。此觸發(fā)板與單片機和微機的接口形式可以根據(jù)實際應用中的控制裝置的不同而自由選取。 L為觸發(fā)板的禁止端 ,低電平有效。 移相電壓和鋸齒波之間的交點決定了觸發(fā)脈沖的位置。為了保證精度 , 必須確定移相電壓和觸發(fā)角的關系式。圖 中將移相電壓和觸發(fā)角的關系近似為線性關系 , 但實際上管腳 10 的鋸齒波波形并不是理想的鋸齒波 , 如果按照線性關系處理的話會造成一定程度的偏差。解決該問題的方法有曲線擬合法、插值法等。 PIC單片機 輸出脈沖經過脈沖隔離變壓器將其隔離，將司鉆開關的輸出值 0— 5V， PIC單片機的 A/D轉換輸入（ 00— FF）與可控硅的導通角區(qū)域（三相整流時為 0176。120176。）一一對應；司鉆開關通過控制單片機的 A/D轉換值來控制整流輸出的。 考慮到精度和編程的難易程度 , 我們選擇以 PIC 單片機為核心，再配合其它必要的外圍電路組成，實現(xiàn)移相觸發(fā)，過流以及冷卻水斷水等保護。給定是通過司鉆開關實現(xiàn)的，（將 AC220v 變?yōu)?AC24v）觸發(fā)脈沖的產生利用放大電路進行放大采用脈沖變壓器隔離，以提高系統(tǒng)可靠性。 全數(shù)字電磁渦流剎 車電源的技術指標 設計出輸出隨給定變化連續(xù)可調的直流電源系統(tǒng)； 利用 PIC 單片機控制 ,實現(xiàn)移相觸發(fā)、過流保護（超過 85A）、和故障報警顯示等其他一些輔助功能； 輸入電壓 AC380V,50HZ,輸出電流 0～ 85A 可調； 7 第二章 可控整流模塊設計 可控整流采用三相全橋晶閘管整流，晶閘管驅動信號由控制模塊提供，本章主要講述整流電路設計計算、晶閘管的選擇與保護電路設計和晶閘管的驅動電路設計。 可控整流模塊設計指標如下 : 輸入：主電路輸入三相 380V 電壓； 門極驅動電路輸入六路晶閘管驅動脈沖信號； 輸出電壓： 0 一 310V 直流可調； 電流： 0— 85A 直流可調； 可控整流具有軟啟動功能，直流輸出母線寄生電感盡量小等。 此外還要給控制模塊提供電流、電壓信號。 相控整流主電路設計與計算 主回路理論分析 三相全控橋晶閘管整流主電路如下圖，圖中 V1— V6 為晶閘管， C1 一 C6 為吸收電容， R1— R6 為吸收電阻。 圖 三相全橋晶閘管整流電路 由圖 電路可以看出，在任意時刻電路必須有兩個晶閘管同時導通，其中 一個屬于共陰極組，另一個屬于共陽極組，每個晶閘管的最大導通角為 120176。晶閘管之間的換相是在同一結構組中進行的，即共陽極與共陽極的晶閘管換相，共陰極與共陰極的晶閘管換相。 在這種電路中般采用雙脈沖或寬脈沖的觸發(fā)方式保證每隔 60゜導通一個晶閘管，觸發(fā)電路設計在后面章節(jié)給出。 下面分別講述可控整流電路在阻性和阻感性負載情況下輸出與輸入的關系。 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 8 圖 為在觸發(fā)角為 α ゜時的電路波形。 Ud1 為相電壓波形， Ud2 為線電壓波形。由波形對應關系可以看出，各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的 交點。由于輸出整流電壓為共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的相電壓與共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的相電壓的差，因此輸出電壓為線電壓在正半周期的包絡線 (圖中2dU )。 從圖中可以看出，當 0゜ ? α ? 60゜時，輸出電流連續(xù)； 當 60゜? α ? 120゜”時，輸出電流不連續(xù) 。當 α =120゜時輸出平均電壓為零，所以應該分別對待。 圖 三相全橋整流電路帶阻性負載在觸發(fā)角為 α 176。時的波形 （ 1） . 當 0176。 α 60176。電流連續(xù)時 輸出電壓平均值 V 與輸入線電壓有效值 U 的關系為 : 23233 2 sindV U td t? ?? ? ??? ??? ? 232cosU ??? cosU ?? (3— 1) 通過晶閘管的電流 Ivt 與負載平均電流 Id的關系為 : 12212 ()2VT VTI i d t?? ??? ? 9 2 2332 ( si n ) ( )2 MI t d t? ??? ?????? ? 1 3 c os 264MI ??? ???????? （ 3— 2） 222 3 2, , ( ) c osdM d dvUUI I vRR ??? ? ?而 232 cosd UR ???I 3 cosMI ??? 所以有： 1 3 c o s 2()3 c o s 6 4VTdII ? ? ????? （ 3— 3） 三相全橋整流電路輸入電流有效值 I2 與負載平均電流 Id的關系為： 212224 ()2I i d t?? ??? ? 2 2332 ( si n ) ( )MI t d t? ??? ?????? ? 2 3 c os 2()64MI ????? 2 2 3 c o s 2()3 c o s 6 4dII ? ? ????? （ 2） .當 60176。 ? α ? 120176。時，電流不連 續(xù)時 輸出電壓平均值 v與輸入線電壓有效值 U2的關系為： 233 2 si n ( )dV U td t?? ? ??? ?? ? 232 [1 c os( )]3U ? ??? ? ? 通過晶閘管的電流 Ivt與負載平均電流 Id的關系為： 231 ( si n ) ( )V T MI I t d t??? ??? ?? ? 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 10 si n( 2 )1 3[]3 2 4MI? ?????? ? ? 232 [1 c os( ) ]3dd V UI RR ? ??? ? ? ? 3 [1 cos( )]3MI ? ??? ? ? 即有： sin ( 2 )1 3[]3 2 43 [ 1 c o s( ) ]3VTdII? ?? ? ?? ???? ? ??? 三相全橋整流電路輸入電流有效值 I2與負載平均電流 Id的關系為： 2234 ()2I i d t??? ?? ?? ? 232 ( si n ) ( )MI t d t??? ??? ?? ? si n( 2 )2 3[]3 2 4MI? ?????? ? ? 即有： 2sin ( 2 )2 3[]343 [ 1 c o s( ) ]3dII? ??? ?? ???? ? ??? 當 α 60176。時， dU 的波形連續(xù)，電路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 dU 波形、晶閘管承受電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負載不同時，同樣的整流輸出電壓加在負載上，得到的負載電流 di 波形不同，電阻負載時 di 波形與 dU 波形形狀一樣。而阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。 當α 60176。時，阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時 dU 波形不出現(xiàn)負的部分，而阻感負載時，由于電感的作用， dU 波形會出現(xiàn)負的部分。在α =90176。時，若電感足夠大， dU 中正負面積將基本相等， dU 平均值近似為零。 11 在以上的分析中已經說明，整流輸出電壓 dU 的波形在一周期內脈動 6次，且每次脈動的波形相同，因此在計算其平均值時，只需對一個脈波進行計算即可。此外，以線電壓的過零點為時間坐標的零點，于是帶阻感負載時，整流 輸出電壓的平均值為： ）（ ttdUU d ??? ?? ?? s in631 2323???? = ? 2U 輸出電流平均值為 RUI dd ? 。 本設計整流電路在工作過程中會產生很大的諧波，對電網(wǎng)造成干擾?？紤]到設計的重點，在論文的設計調試過程中，沒有對諧波的產生做深入的研究，本文不再分析。 晶閘管的選擇和保護電路設計 晶閘管的選擇 晶閘管的選擇是保證晶閘管工作在其安全工作區(qū)內，主要包括額定電壓、額定電流。 閘管額定電壓 RRMV 確定晶閘管額定電壓時，考慮到晶閘管在恢復阻斷時引起的換相過電壓，以及在操作和事故過程中產生的各種過電壓影響，額定電壓必須留有 (2一 3)倍的余量。即 RRMV =(2— 3) MV 其中 MV 為晶閘管承受的最大正反向峰值電壓，在本設計中 由于 dU 在 0— 310V可調， dI 在 0— 85A可調。 設 ω LR ，則輸出電流波形近似為一條水平直線，即 I= dU /R dU 在 0310V可調， dI 在 085A可調，則流過 SCR的電流有效值為： 02232 151 3( ) 22T d dI I d t I A???????? ? ?? 晶閘管的通態(tài)平均電流： () ( 1. 5 2) 2 58 .0 91. 57 1. 57TT A V IIA? ? ? ? ? SCR承受的反向電壓為： 取裕量為 2，則晶閘管選額定電壓為 1200V，額定電流為 120A。 22 3 6 2 5 0 6 1 2 . 3R M lU U V? ? ? ? ? ?蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 12 晶閘管的保護 晶閘管承受過電流和過電壓的能力較差，短時間的過電流和過電壓就會把器件損壞，但不能完全根據(jù)裝置運行時可能出現(xiàn)的暫時的過電流和過電壓數(shù)值來確定器件參數(shù)，還要充分發(fā)揮器應有的過載能力。另外，晶閘管在使用中，因電路中電感的存在而導致?lián)Q相過程產生 Ldi/dt，或系統(tǒng)自身出現(xiàn)短路、過載等故障 .所以要做好晶閘管的過電壓、過電流保護。 1．交流側過電壓阻容保護 下圖 給出阻容保護常用的接線圖，其中電阻 R、 C用下面關系式近似計算 : 2202 .3 ( )VVR SI? 20 26 ( )SCI V? 常見的晶閘管過電壓有交流側過電壓和直流側過電壓，對這些過電壓的主要處理措施如下圖所示 交流側 整流回路 直流側 A為接地電容 B為阻容保護 C為器件側阻容保護 圖 晶閘管采用的幾種過電壓保護 式中： 2V — 整流變壓器的阻抗電壓，以額定電壓的百分數(shù)表示，對于本設計， 2V = 4%一 10%。 I。 — 變壓器空載電流，以額定電流的百分數(shù)表示，對于本次設計， Io=4%一 10% 2V — 變壓器一次相電壓有效值 (V)； S— 變壓器每相的平均視在 容量 (VA)；