【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。磁粉檢測作為一種常用的對鐵磁性材料工件表面和近表面進行無損檢測的手段，近年來得到廣泛的應(yīng)用。下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴重程度。這就是磁粉檢測的基本原理。由工業(yè)電網(wǎng)提供。本次設(shè)計主要對周向磁化調(diào)壓電路進行設(shè)計，周向磁化的磁化電源。壓電流的調(diào)制離不開電力電子技術(shù)，這就是本次設(shè)計的理論基礎(chǔ)。并對設(shè)計出的電路系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)進行仿。結(jié)果證明本方案是有效可行的。

　　

【正文】 已形成了強烈的正反饋會仍然維持導(dǎo)通態(tài)。而若要使可控硅關(guān)斷必須去掉陽極所加的正向電壓，或者給陽極施加反向電壓，或者設(shè)法使流過可控硅 的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下 ，可控硅才能關(guān)斷。所以，對可控硅的驅(qū)動過程更多的是成為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流GI 的電路成為門極觸發(fā)電路。也正是由于通過其門極只能控制其開通，不能控制其關(guān)斷，可控硅才被稱為半控型器件。 按照可控硅工作原理，可列出如下方程： 1 1 1C A C BOI I I??? （式 21） 2 2 2C K C BOI I I??? （式 22） K A GI I I?? （式 23） 12A C CI I I?? （式 24） 式中， 1? 和 2? 分別是可控硅 1V 和 2V 的共基極電流增益； 1CBOI 和 2CBOI 分別是 1V 和 2V 的共基極漏電流。由式（ 21） —式（ 24）可得 （式 25） 可控硅的特性是：在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，? 迅速增大。因此，在可控硅阻斷狀態(tài)下， GI =0，而 12??? 是很小的。由上式可看出，此時流過可控硅的漏電流只是稍大于兩個晶體管漏電流之和。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 12??? 趨近于 1 的話，流過可控硅的電流 AI （陽極電流）將趨近于無窮大，從而實現(xiàn)器件飽和導(dǎo)通。當(dāng)然，由于外電路負載的限制，AI 實際上會維持有限值。 可控硅在以下幾種情況下也可能被觸發(fā)導(dǎo)通：陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)；陽極電壓上升率 /dudt 過高；結(jié)溫較高；光直接照射硅片，即光觸發(fā)。這些情況下除了光觸發(fā)由于可以保證控制電路與主電路之 間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中之外，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實踐。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的手段。 門極觸發(fā)電流是從門極流入可控硅，從陰極流出的。陰極是可控硅主電路與控制電路的公共端。門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的。 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： 2 1 2121 ( )G C B O C B OA I I II ? ????? ?? 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。 2 當(dāng)可控硅承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流情況下可控硅才能導(dǎo)通。 3 可控硅一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用， 不論門極觸發(fā)電流是否還存在，可控硅都保持導(dǎo)通。 4 若要是已導(dǎo)通的可控硅關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過可控硅的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 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。除了這三種常用的交流調(diào)壓方式外，還有幾種調(diào)壓器是將功率器件與變壓器相結(jié)合來實現(xiàn)交流調(diào)壓，電壓的調(diào)節(jié)歸根到底是通過控制功率器件來實現(xiàn)的。 由于磁粉檢測周向磁化所需要的磁化電源的電壓和電流為零至最高輸出連續(xù)可調(diào)，并且觸發(fā)電路 的 核心 TCA785 芯片的功能是對 輸出觸發(fā)脈沖的相位進行調(diào)制， 故對于主電路的交流調(diào)壓選擇移 相控制的交流調(diào)壓電路。 移相控制的交流調(diào)壓電路 原理圖如圖 23 所示。 負載性質(zhì) 的不同，輸出與輸入的關(guān)系也不 同 ， 負載的性質(zhì)大致分阻性負載 和感性負載兩種 。在磁粉探傷的 圖 23 移相控制的交流調(diào)壓電路原理圖 磁化過程中，縱向磁化主要是通 過給大型磁軛線圈通電產(chǎn)生的磁場對工件磁化，所以負載一般為感性負載，電感較大而電阻較?。恢芟虼呕饕侵苯咏o工件通電產(chǎn)生磁場，所以負載一般為阻性負載，電阻較大而電感較小。 本設(shè)計主要設(shè)計周向磁化的磁化電源調(diào)制，所以重點研究阻性負載情況下調(diào)壓電路的工作情況。 對于阻性負載情況下， 工頻交流電輸入后，在輸入電壓的正半周和負半周，分別對可控硅 VT1 和 VT2 的觸發(fā)相位角 進行調(diào)制，就可以控制 VT1 和 VT2 的通斷，從而 來 調(diào)節(jié) 輸出電壓 的大小 。 從理論上分析： 正負半周 ? 的 起始時刻（ 0?? ）均為電壓過零時刻。在穩(wěn)態(tài)情況下，正負半周的 ? 值一般相等， 即可控硅 VT1 的觸發(fā)脈沖相位角 1? 和 VT2 的觸發(fā)脈沖相位角 2? 互差 180176。負載電壓波形是輸入電源電壓波形的一部分，負載電流和負載電壓波形相同。 uVT 1VT 2u 0 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 設(shè)輸入電壓為（見式 21）： s i n 2 s i nmu U t U t???? （ 式 26） 在 輸入電壓 0u? 時， 可控硅 VT1 和 VT2 的端電壓分別為 1 0VTuu?? ，2 0VTuu?? ? ， VT1 具備觸發(fā)導(dǎo)通的條件。在 t??? 時，觸發(fā) VT1， VT1 導(dǎo)通，輸出電壓 ouu? ，兩可控硅 的端電壓 120VT VTuu??，由于負載為純電阻性， t??? 時，負載電流下降為零，VT1 自然關(guān)斷。當(dāng) 0u? 時， 可控硅 VT1 和 VT2 的端電壓 1 0VTuu??， 2 0VTuu?? ? ， VT2 具備觸發(fā)導(dǎo)通的條件。 在 t? ? ??? 時，觸發(fā) VT2， VT2 導(dǎo)通，輸出電壓為 ouu? ， 兩 可控硅 端電壓 120VT VTuu??。 當(dāng) 2t??? 時，負載電流下降 為零， VT2 自然關(guān)斷。 這是一 個周期的電 壓變化過程 。通 過分析可以得到阻性負載交 流調(diào)壓電路波形 ，波形如圖 24 所示。 則輸出電壓有效 值 oU （見式 27） 、輸出電 流有效值 oI （式 28）、可控 硅電流有效值 VTI （式 29） 圖 24 阻性負載移相交流調(diào)壓波形 和電路功率因數(shù) ? （式 210） 分別為 ： （式 27） （式 28） （式 29） （式 210） ω t輸入uω tuVTω t輸出uoiooo UI R?21 2 s i n 1 s i n 2( ) ( ) ( 1 )2 2 2VT U t UI d tRR?? ? ? ??? ? ?? ? ? ??211( 2 s i n ) ( ) s i n 22oU U t d t U?? ??? ? ?? ? ??? ? ??1 s i n 22o o ooU I UPS U I U ???? ?? ?? ? ? ? ? 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 由圖 24 及以上各式可以看出， ? 的移相范圍為 0 ????。 0?? 時，相當(dāng)于可控硅一直接通，輸出電壓為最大值， oUU? 。隨著 ? 的增大， oU 逐漸降低。直到 ??? 時，0oU? 。所以移相控制的交流調(diào)壓電路調(diào)壓范圍為 0 oUU??。此外， 0?? 時，功率因數(shù) 1?? ，隨著 ? 的增大，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變， ? 也逐漸降低。 降壓變壓器及 RC 保護電路 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磁場，強磁場的產(chǎn)生需要很大的電流，一般為 0～ 4000A 有效值，連續(xù)可調(diào)。而降壓變壓器正好能滿足這一需要，降壓變壓器原理是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)的 ，降壓變壓器二次側(cè)線圈的匝數(shù)要比一次側(cè)線圈的匝數(shù)低，這樣一次側(cè)的電壓經(jīng)過降壓變壓器到二次側(cè)就會變?yōu)榈碗妷?，電壓比值跟線圈匝數(shù)比成正比關(guān)系。而由于變壓器只改變一次側(cè)和二次側(cè)的電壓和電流大小，不改變功率大小，所以一次側(cè)電流經(jīng)過降壓變壓器轉(zhuǎn)換后會增大，電流比值與線圈匝數(shù)比成反比關(guān)系。一般降壓變壓器式磁化裝置電流調(diào)節(jié)有三種方式：變壓器分級抽頭轉(zhuǎn)換方式、感應(yīng)電壓調(diào)節(jié)（自耦變壓器）方式以及晶閘管控制方式。 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。本設(shè)計采用第二種 方式是將電 壓調(diào)節(jié)器與降壓 變壓器串聯(lián)，當(dāng)改變它的電 壓時，便能改變降壓變壓器 的一次電壓，從而獲得可調(diào) 圖 25 降壓變壓器與可控硅調(diào)壓電路連接圖 的低壓大電流。晶閘管控制 是在降壓變壓器一次側(cè)接入晶閘管元件，利用調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角大小來調(diào)節(jié)磁化電流大小。調(diào)節(jié)方式的電路原理圖見圖 25. RC 保護電路 交流調(diào)壓中采用的可控硅，它具有體積小、重量輕、效率高和使用方便等優(yōu)點，對提高生產(chǎn)效率和降低成本等都有顯著效果，但它也具有過載和抗干擾能力差，且在控制大電感負載時會干擾電網(wǎng)和自干擾等缺點，尤 其是過電壓過電流問題在設(shè)計中一定要考慮到。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊