【導讀】指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(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：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨４欧蹤z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)電網提供。本次設計主要對周向磁化調壓電路進行設計，周向磁化的磁化電源。壓電流的調制離不開電力電子技術，這就是本次設計的理論基礎。并對設計出的電路系統(tǒng)設定參數進行仿。結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通態(tài)。而若要使可控硅關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，或者設法使流過可控硅 的電流降低到接近于零的某一數值以下 ，可控硅才能關斷。所以，對可控硅的驅動過程更多的是成為觸發(fā)，產生注入門極的觸發(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，從而實現器件飽和導通。當然，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)導通：陽極電壓升高至相當高的數值造成雪崩效應；陽極電壓上升率 /dudt 過高；結溫較高；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 間的良好絕緣而應用于高壓電力設備中之外，其它都因不易控制而難以應用于實踐。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)電壓而產生的。 總結前面的工作原理，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 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 當可控硅承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，可控硅都不會導通。 2 當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通。 3 可控硅一旦導通，門極就失去控制作用， 不論門極觸發(fā)電流是否還存在，可控硅都保持導通。 4 若要是已導通的可控硅關斷，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值以下。 交流調壓電路 交流調壓電路主要有三種控制方式，分別是：移相控制的交流調壓器、通斷控制交流調壓器以及斬控式交流調壓器。除了這三種常用的交流調壓方式外，還有幾種調壓器是將功率器件與變壓器相結合來實現交流調壓，電壓的調節(jié)歸根到底是通過控制功率器件來實現的。 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，并且觸發(fā)電路 的 核心 TCA785 芯片的功能是對 輸出觸發(fā)脈沖的相位進行調制， 故對于主電路的交流調壓選擇移 相控制的交流調壓電路。 移相控制的交流調壓電路 原理圖如圖 23 所示。 負載性質 的不同，輸出與輸入的關系也不 同 ， 負載的性質大致分阻性負載 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??；周向磁化主要是直接給工件通電產生磁場，所以負載一般為阻性負載，電阻較大而電感較小。 本設計主要設計周向磁化的磁化電源調制，所以重點研究阻性負載情況下調壓電路的工作情況。 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 進行調制，就可以控制 VT1 和 VT2 的通斷，從而 來 調節(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 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 設輸入電壓為（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)導通的條件。在 t??? 時，觸發(fā) VT1， VT1 導通，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 自然關斷。當 0u? 時， 可控硅 VT1 和 VT2 的端電壓 1 0VTuu??， 2 0VTuu?? ? ， VT2 具備觸發(fā)導通的條件。 在 t? ? ??? 時，觸發(fā) VT2， VT2 導通，輸出電壓為 ouu? ， 兩 可控硅 端電壓 120VT VTuu??。 當 2t??? 時，負載電流下降 為零， VT2 自然關斷。 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壓波形 和電路功率因數 ? （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 畢業(yè)設計（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壓電路調壓范圍為 0 oUU??。此外， 0?? 時，功率因數 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 經過可控硅調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，強磁場的產生需要很大的電流，一般為 0～ 4000A 有效值，連續(xù)可調。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電磁感應原理實現的 ，降壓變壓器二次側線圈的匝數要比一次側線圈的匝數低，這樣一次側的電壓經過降壓變壓器到二次側就會變?yōu)榈碗妷?，電壓比值跟線圈匝數比成正比關系。而由于變壓器只改變一次側和二次側的電壓和電流大小，不改變功率大小，所以一次側電流經過降壓變壓器轉換后會增大，電流比值與線圈匝數比成反比關系。一般降壓變壓器式磁化裝置電流調節(jié)有三種方式：變壓器分級抽頭轉換方式、感應電壓調節(jié)（自耦變壓器）方式以及晶閘管控制方式。 第一種是通過轉換降壓變壓 器輸入端抽頭的位置，改變 變壓器匝數比來調節(jié)磁化電 流大小。本設計采用第二種 方式是將電 壓調節(jié)器與降壓 變壓器串聯(lián)，當改變它的電 壓時，便能改變降壓變壓器 的一次電壓，從而獲得可調 圖 25 降壓變壓器與可控硅調壓電路連接圖 的低壓大電流。晶閘管控制 是在降壓變壓器一次側接入晶閘管元件，利用調整晶閘管導通角大小來調節(jié)磁化電流大小。調節(jié)方式的電路原理圖見圖 25. RC 保護電路 交流調壓中采用的可控硅，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和自干擾等缺點，尤 其是過電壓過電流問題在設計中一定要考慮到。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊