【正文】 它的出現(xiàn)標(biāo)志了電子革命在強(qiáng)電領(lǐng)域的開始。但是若在可控硅受正向電壓時，在門極和陰極之間加正的控制信號或脈沖，由于可控硅內(nèi)部正反饋作用，可控硅就會迅速從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)向?qū)顟B(tài)。此時如果撤掉外電路注入門極的電流，可控硅由于內(nèi)部已形成了強(qiáng)烈的正反饋會仍然維持導(dǎo)通態(tài)。按照可控硅工作原理，可列出如下方程： （式21） （式22） （式23） （式24）式中，和分別是可控硅和的共基極電流增益；和分別是和的共基極漏電流。如果注入觸發(fā)電流使各個晶體管的發(fā)射極電流增大以致趨近于1的話，流過可控硅的電流（陽極電流）將趨近于無窮大，從而實現(xiàn)器件飽和導(dǎo)通。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的手段。總結(jié)前面的工作原理，可以歸納出可控硅正常工作時的特性如下：1 當(dāng)可控硅承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，可控硅都不會導(dǎo)通。 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路主要有三種控制方式，分別是：移相控制的交流調(diào)壓器、通斷控制交流調(diào)壓器以及斬控式交流調(diào)壓器。負(fù)載性質(zhì)的不同，輸出與輸入的關(guān)系也不同，負(fù)載的性質(zhì)大致分阻性負(fù)載和感性負(fù)載兩種。從理論上分析：正負(fù)半周的起始時刻（）均為電壓過零時刻。在時，觸發(fā)VT1，VT1導(dǎo)通，輸出電壓，兩可控硅的端電壓，由于負(fù)載為純電阻性，時，負(fù)載電流下降為零，VT1自然關(guān)斷。這是一個周期的電壓變化過程。隨著的增大，逐漸降低。 降壓變壓器及RC保護(hù)電路 降壓變壓電路經(jīng)過可控硅調(diào)壓后得到的輸出電壓顯然不適合直接作為磁化電源，考慮到磁粉檢測比較潮濕的工作環(huán)境下人體的安全電壓，磁化電源一般不宜超過24伏特，而對工件磁化需要強(qiáng)磁場，強(qiáng)磁場的產(chǎn)生需要很大的電流，一般為0～4000A有效值，連續(xù)可調(diào)。第一種是通過轉(zhuǎn)換降壓變壓器輸入端抽頭的位置，改變變壓器匝數(shù)比來調(diào)節(jié)磁化電流大小。可控硅元件控制大電感負(fù)載時會有干擾電網(wǎng)和自干擾的現(xiàn)象，其原因是當(dāng)可控硅元件控制一個連接電感性負(fù)載的電路斷開或閉合時，其線圈中的電流通路被切斷，其變化率極大，因此在電感上產(chǎn)生一個高電壓，這個電壓通過電源的內(nèi)阻加在開關(guān)觸點的兩端，感應(yīng)電壓一次次放電直到感應(yīng)電壓低于放電所必須電壓為止，在這一過程中將產(chǎn)生極大的脈沖束。另外，還常在主電路中采用快速熔斷器來防止系統(tǒng)過電流，可控硅耐過電壓的能力是有限的，在遭受過電壓時，即使超過元件反向擊穿電壓數(shù)值不大，時間不長，都有可能使元件反向擊穿，造成損壞。其中利用儲能元件電容的一個基本特性——兩端的電壓不能突變可以克服尖峰狀過電壓是可控硅過電壓保護(hù)的最基本的方法。因為當(dāng)可控硅元件未導(dǎo)通時，電容是充著電的，當(dāng)元件受到觸發(fā)導(dǎo)通時，電容立即經(jīng)可控硅形成短路的放電回路，若沒有電阻限流，這放電電流瞬時值很大，由于可控硅的電流上升率是有限制的。主電路圖如圖27所示。如磁粉檢測時對工件進(jìn)行磁化，工件被磨削、電弧焊接、低頻加熱、與強(qiáng)磁體（如機(jī)床的磁鐵吸盤）接觸或滯留在強(qiáng)磁場附近，以及當(dāng)工件長軸與地磁場方向一致并受到?jīng)_擊或振動被地磁場磁化等。工件上保留剩磁，會對工件的進(jìn)一步的加工和使用造成很大的影響，主要影響為：1) 工件上的剩磁，會影響裝在工件附近的磁羅盤和儀表的精度和正常使用；2) 工件上的剩磁，會吸附鐵屑和磁粉，在繼續(xù)加工時影響工件表面的粗糙度和刀具壽命；3) 工件上的剩磁，會給清除磁粉帶來困難；4) 工件上的剩磁，會使電弧焊過程電弧偏吹，焊道偏離；5) 油路系統(tǒng)的剩磁，會吸附鐵屑和磁粉，影響供油系統(tǒng)暢通；6) 滾珠軸承上的剩磁，會吸附鐵屑和磁粉，造成滾珠軸承磨損；7)電鍍鋼件上的剩磁，會使電鍍電流偏離期望流通的區(qū)域，影響電鍍質(zhì)量；由于上述影響，故應(yīng)該對工件進(jìn)行退磁。由于本次設(shè)計主要采用交流磁化電流對工件進(jìn)行磁化，故主要說明交流電退磁方法。退磁時，將工件放在拖板上置于線圈前30cm處，線圈通電時，將工件沿著軌道緩慢地從線圈中通過并遠(yuǎn)離線圈至少1～。對于本設(shè)計的交流調(diào)壓電路來說，就是通過觸發(fā)電路控制可控硅的門極觸發(fā)脈沖相位，進(jìn)而調(diào)節(jié)調(diào)壓電路輸出電壓和電流的大小，在不斷的換向中使輸出磁化電流不斷衰減，直到為零，實現(xiàn)對工件的衰減退磁。通過給TCA785芯片送同步電壓基準(zhǔn)，由TCA785調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖輸出的脈沖寬度和相位，然后經(jīng)脈沖放大電路給可控硅元件提供觸發(fā)脈沖。與原有的KJ系列或KC系列晶閘管移相觸發(fā)電路相比，它對零點的識別更加可靠，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調(diào)節(jié)，所以適用范圍較廣。使用中直接接用戶為該集成電路工作提供的工作電源正端。應(yīng)用中與直流電源VS、同步電壓VSYNC及移相控制信號V11的地端相連接。它們的高電平最高幅值為電源電壓VS，允許最大負(fù)載電流為10mA。該兩端也可輸出寬度變化的脈沖，相位同樣互差180176?！玍S，當(dāng)該端接地時，2為最寬脈沖輸出，而當(dāng)該端接電源電壓VS時，2為最窄脈沖輸出。為了確保觸發(fā)脈沖寬度足夠觸發(fā)可控硅模塊，輸出脈沖寬度選最寬的2000μs，即電容C12的電容量為1nF（1nF=1000pF）。C10的實用范圍為500pF～1μF。引腳9（R9）：鋸齒波電阻連接端。負(fù)載能力為驅(qū)動10塊CMOS集成電路，隨著TCA785應(yīng)用的工作電源電壓VS及其輸出脈沖頻率的不同，～，如用戶電路中不需要應(yīng)用VREF，則該端可以開路。QZ為窄脈沖信號，它的頻率為輸出脈沖Q2與Q1或Q1與Q2的兩倍，是Q1與Q2或Q2與Q1的或信號，QV為寬脈沖信號，它的寬度為移相控制角+180176。而該端通過電阻接正電源，且該端電壓高于4V時，則封鎖功能不起作用。作用是取同步電壓基準(zhǔn)。Ⅱ、極限參數(shù)⑴電源電壓：+8V~18V或177。觸發(fā)電路主要是產(chǎn)生可控制脈沖寬度和相位的脈沖信號。C10的范圍為500pF～1μF，設(shè)計電路里面即為電容C5，取值47nF。這樣，通過調(diào)節(jié)圖33中可變電阻R4和R7的大小，就可以很方便的調(diào)節(jié)輸出觸發(fā)脈沖的相位。 放大電路的工作原理如圖35所示為基本共射放大電路，它由NPN型硅管及若干電阻組成，其中晶體管是起放大作用的核心元件。當(dāng)ui不為0時，在輸入回路中，必將在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個動態(tài)的基極電流ib；當(dāng)然，在輸出回路就可得到動態(tài)電流ic；集電極電阻RC將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化，即使得管壓降uCE產(chǎn)生變化，管壓降的變化量就是輸出動態(tài)電壓uO，從而實現(xiàn)了電壓放大。對于場效應(yīng)管放大電路，電源的極性和大小應(yīng)為場效應(yīng)管的柵極與源極、漏極與源極之間提供合適的電壓，從而使之工作在恒流區(qū)。對于場效應(yīng)管，輸入信號必須能夠改變柵極與源極之間的電壓，產(chǎn)生ΔuGS。此外放大處理后的脈沖信號一般不直接給可控硅門極施壓，要通過一個變壓器給可控硅提供門極觸發(fā)脈沖信號，變壓器可以對脈沖信號進(jìn)一步調(diào)節(jié)，但主要作用還是使觸發(fā)電路與調(diào)壓主工作電路進(jìn)行電磁隔離。電容CC2為濾波電容，可以減小電源波動對電路系統(tǒng)的影響。脈沖信號由TCA785芯片及相關(guān)電路產(chǎn)生，然后通過放大電路放大脈沖幅值，經(jīng)電磁隔離提供給可控硅模塊。只有信號同步，輸出觸發(fā)脈沖才能在相應(yīng)的時刻控制可控硅導(dǎo)通，從而改變輸出電壓。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)出來的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的模型而不需要自己編寫代碼。Simulink模型可以用來模擬線性或非線性、連續(xù)或離散或者兩者的混合系統(tǒng)。下面正是基于MATLAB仿真軟件對本次設(shè)計的移相控制可控硅調(diào)壓的主電路進(jìn)行仿真分析，并得出仿真結(jié)果。在這些活動中，尤其要注意一下兩個步驟：1） 建立可控硅調(diào)壓主電路的數(shù)學(xué)模型，及輸出與輸入。在設(shè)定完各元器件參數(shù)后即可開始運(yùn)行仿真模型。調(diào)壓角時的電壓電流波形（電阻負(fù)載）圖44 串聯(lián)RLC支路在60176。MATLAB中的Simulink仿真工具還是不可多得的科研用模擬仿真工具，掌握它不僅對于教學(xué)和個人學(xué)習(xí)有很大幫助，而且對于移相可控硅交流調(diào)壓電路的研究具有巨大的推動作用和現(xiàn)實價值。其作用就是根據(jù)負(fù)荷和負(fù)載的特殊要求，對市電、強(qiáng)電進(jìn)行各種形式的變換，以使電氣設(shè)備得到最佳的電能供給，使電力系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，從而使電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)實現(xiàn)高效、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。主電路的主要元器件是可控硅模塊、RC保護(hù)及降壓變壓器，除了RC電路是用來防止可控硅模塊過電壓起保護(hù)作用外，另外兩個都是調(diào)壓元器件。此外，觸發(fā)電路還包括兩個脈沖放大電路，主要作用是對輸出脈沖進(jìn)行放大，還有與主電路進(jìn)行電磁隔離的功能。這樣主電路雖然還是兩個普通晶閘管反并聯(lián)，但控制電路只需控制一只雙向晶閘管就行了，故觸發(fā)電路簡單，工作可靠，體積小，成本降低。低頻交流綜合了交流電、直流電、整流電、沖擊電流的優(yōu)點，根據(jù)趨膚效應(yīng)理論：工件磁化的深度與電流的頻率成反比?？偠灾?，電力電子技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，以后磁粉探傷中低頻磁化電流會得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著新技術(shù)的發(fā)展和新理論的進(jìn)步，出現(xiàn)了新的磁化電流技術(shù)，低頻磁化電流是一種新的磁力探測方法，它突破了目前磁粉探傷只能探測金屬表面和近表面缺陷的局限。的觸發(fā)脈沖，電路比較復(fù)雜。觸發(fā)電路的核心是移相觸發(fā)集成電路TCA785，它是德國西門子公司開發(fā)的第三代可控硅單片移相觸發(fā)集成電路。因此其性能的好壞將直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)中供電系統(tǒng)的正常工作，由此，對可控硅交流調(diào)壓技術(shù)的研究具有非常重要的意義。當(dāng)前，電力電子技術(shù)在節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)上，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。通過對移相可控硅交流調(diào)壓電路的仿真看出，MATLAB中的Simulink仿真工具可以方便地創(chuàng)建和維護(hù)一個完整的模型，評估不同的算法和結(jié)構(gòu)并驗證系統(tǒng)性能。因此，本調(diào)壓電路對電阻性負(fù)載，其電壓可調(diào)范圍為 ，移相角的移相范圍為，見圖4圖44。表1 可控硅調(diào)壓電路仿真模型元器件名稱及用途序號元器件（模塊名）用途1AC Voltage交流電壓源2Linear Transformer線性變壓器3Thyristor晶閘管，用于調(diào)壓4Series of RLC branch串聯(lián)RLC支路，設(shè)置負(fù)載類型5Pulse Generator脈沖發(fā)生器6Voltage measurement電壓表7Current measurement電流表8Scope示波器其中，最主要的是Pulse Generator的參數(shù)設(shè)定，其周期必須與交流電壓源的周期相一致，在phase delay中設(shè)定不同的導(dǎo)通時刻，這樣就可以實現(xiàn)對交流電壓的相位調(diào)壓。通過設(shè)定各個元器件參數(shù)以及輸入觸發(fā)脈沖的參數(shù)得到輸出電壓和電流的波形。它還能夠用MATLAB自身語言或C、C++語言、FORTRAN語言，根據(jù)S函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)格式寫成用戶自己定義的功能模塊，其擴(kuò)充性非常強(qiáng)。MATLAB提供的Simulink仿真軟件實際上提供了一個系統(tǒng)級的建模與動態(tài)仿真的圖形用戶環(huán)境，并且憑借MATLAB在科學(xué)計算上的強(qiáng)大功能，建立了從設(shè)計構(gòu)思到最終要求的可視化橋梁，大大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)工具的不足。 第四章 對主電路的MATLAB仿真 MATLAB仿真簡介及在電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用MATLAB是集數(shù)值計算、符號運(yùn)算、及圖形處理等強(qiáng)大功能于一體的科學(xué)計算工具，作為強(qiáng)大的科學(xué)計算平臺，它幾乎可以滿足所有的計算要求。相位調(diào)節(jié)主要靠改變端口9的電阻以及端口11電壓來實現(xiàn)，輸出脈沖的寬度由端口12電容C4調(diào)節(jié)。 整體觸發(fā)電路工作過程將以TCA785芯片為核心的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路的兩個輸出端與兩個相同的脈沖放大電路的輸入端連接在一起，兩放大電路輸出端作為觸發(fā)電路輸出，這樣就構(gòu)成了整個脈沖觸發(fā)電路。脈沖放大電路各元件參數(shù)及電路圖如圖36所示。⑷ 當(dāng)負(fù)載接入時，必須保證放大管輸出回路的動態(tài)電流（晶體管的ΔiC或場效應(yīng)管的ΔiD）能夠作用于負(fù)載，從而使負(fù)載獲得比輸入信號大得多的信號電流或信號電壓。⑶ 輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。⑴ 必須根據(jù)所用放大管的類型提供直流電源，以便設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，并作為輸出的能源。當(dāng)ui=0時，稱放大電路處于靜態(tài)。 脈沖信號放大電路通過調(diào)節(jié)TCA785芯片引腳11的端電壓V11和端子9的電阻R9就可以調(diào)節(jié)輸出觸發(fā)脈沖的相位和脈沖寬度，但是調(diào)節(jié)電路輸出的觸發(fā)脈沖信號太弱，不足以驅(qū)動可控硅模塊。采用兩個變量參數(shù)原因要從脈沖信號產(chǎn)生原理分析，如圖34：圖34 脈沖信號產(chǎn)生原理圖34中的鋸齒波波形跟引腳9的電阻R9有關(guān)，電阻R9的大小影響著鋸齒波的斜率，當(dāng)直流電壓輸入不變，改變R9的大小，鋸齒波斜率就會隨之改變，脈沖信號的相位也會發(fā)生變化；圖中跟鋸齒波相交的水平線就是從引腳11輸入的直流電壓信號V11，V11的大小跟引腳11端口的輸入電阻值有關(guān)，當(dāng)R9不變，11端口輸入電阻變化，V11也會發(fā)生變化，脈沖信號相位也隨之改變。圖33 觸發(fā)脈沖信號產(chǎn)生電路圖及各元件參數(shù)圖33即為觸發(fā)脈沖信號產(chǎn)生的電路圖，根據(jù)芯片TCA785功能和用法要求，對引腳1進(jìn)行接地處理；引腳16接+15V工作電源，電容C1作為濾波電容，降低電源波動對電路的影響；由于本次設(shè)計不需要非脈沖信號，故對輸出脈沖的非端引腳引腳4做開路處理，同時非輸出脈沖寬度控制端接電源電壓VS；與之相對，輸出脈沖的端口引腳14和引腳15為觸發(fā)脈沖的輸出端口