【正文】 總而言之，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。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。隨著新技術(shù)的發(fā)展和新理論的進步，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。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。的觸發(fā)脈沖，電路比較復(fù)雜。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行放大，還有與主電路進行電磁隔離的功能。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。主電路的主要元器件是可控硅模塊、RC保護及降壓變壓器，除了RC電路是用來防止可控硅模塊過電壓起保護作用外，另外兩個都是調(diào)壓元器件。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。其作用就是根據(jù)負荷和負載的特殊要求，對市電、強電進行各種形式的變換，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)濟的運行。當(dāng)前，電力電子技術(shù)在節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機電一體化的基礎(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。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。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。調(diào)壓角時的電壓電流波形（電阻負載）圖44 串聯(lián)RLC支路在60176。因此，本調(diào)壓電路對電阻性負載，其電壓可調(diào)范圍為 ，移相角的移相范圍為，見圖4圖44。在設(shè)定完各元器件參數(shù)后即可開始運行仿真模型。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。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。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。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)壓的主電路進行仿真分析，并得出仿真結(jié)果。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)的標準格式寫成用戶自己定義的功能模塊，其擴充性非常強。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)。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，大大彌補了傳統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)工具的不足。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。 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、符號運算、及圖形處理等強大功能于一體的科學(xué)計算工具，作為強大的科學(xué)計算平臺，它幾乎可以滿足所有的計算要求。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。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)。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。 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。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。脈沖放大電路各元件參數(shù)及電路圖如圖36所示。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)壓主工作電路進行電磁隔離。⑷ 當(dāng)負載接入時，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）能夠作用于負載，從而使負載獲得比輸入信號大得多的信號電流或信號電壓。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。⑶ 輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。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)。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。當(dāng)ui=0時，稱放大電路處于靜態(tài)。 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。 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。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。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。C10的范圍為500pF～1μF，設(shè)計電路里面即為電容C5，取值47nF。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；引腳12為控制引腳14和引腳15輸出的觸發(fā)脈沖脈沖寬度的端口，觸發(fā)脈沖寬度變化跟連接在端口12上的電容C4有關(guān)，按使用要求C4另一端接地，為了保證輸出觸發(fā)脈沖寬度足夠驅(qū)動可控硅模塊， 這里設(shè)計為最寬脈沖寬度輸出，根據(jù)手冊可知最寬寬度為2000μs，此時C4電容量為1nF；引腳7和引腳3是用來提供同步信號，在本設(shè)計中同步信號基準有引腳5輸入，這里作開路處理；引腳5為同步電壓輸入端，是給脈沖信號取同步電壓基準的，按使用要求對地端接兩個正反向并聯(lián)的限幅二極管，查詢手冊可知，當(dāng)同步電壓為～220V時，所接電阻R2取200kΩ；引腳6為脈沖信號禁止端，按使用要求通過阻值10kΩ的電阻接正電源，由于引腳6端電壓為高電平和低電平時，會產(chǎn)生觸發(fā)電路禁止脈沖輸出和允許脈沖輸出的信號，所以本次設(shè)計通過一信號禁止開關(guān)接地，當(dāng)調(diào)壓電路正常工作需要觸發(fā)脈沖信號時將開關(guān)打開，這是端電壓為高電平，封鎖功能不起作用，觸發(fā)信號可以輸出，當(dāng)不需要觸發(fā)脈沖產(chǎn)生就將開關(guān)閉合，此時端電壓為低電平，實現(xiàn)脈沖輸出封鎖；引腳引腳引腳10以及引腳11共同決定了觸發(fā)脈沖的相位。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。；⑷最高工作頻率：10~500Hz；⑸高電平脈沖負載電流：400mA；⑹低電平允許最大灌電流：250mA；⑺輸出脈沖高；⑻同步電壓隨限流電阻不同可為任意值；⑼最高工作頻率：10~500Hz；⑽工業(yè)工作溫度范圍：25~+85℃TCA785的工作為負邏輯，即控制電壓V11增加，輸出脈沖的角增大，相當(dāng)于晶閘管的導(dǎo)通角減小。Ⅱ、極限參數(shù)⑴電源電壓：+8V~18V或177。本次設(shè)計中所接電阻為200kΩ時，通過查詢TCA785手冊可知同步電壓直接取~220V。作用是取同步電壓基準。當(dāng)開關(guān)閉合，相當(dāng)于引腳6直接接地，端電壓為低電平低于4V，封鎖功能啟動，脈沖信號被禁止輸出；當(dāng)開關(guān)斷開，引腳6與工作電源VS連接，端電壓為高電平高于4V，封鎖功能不起作用，允許脈沖信號輸出。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。引腳6（I）：脈沖信號禁止端。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。 引腳7（QZ）和3（QV）：TCA785輸出的兩個邏輯脈沖信號端。負載能力為驅(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。由觸發(fā)脈沖相位公式可知，R9為可調(diào)，通過調(diào)節(jié)R9阻值來調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的觸發(fā)相位，故R9為可調(diào)變阻器。引腳9（R9）：鋸齒波電阻連接端。最大充電電流為1mA，它的大小受連接于引腳9的電阻R9控制，C11兩端鋸齒波的最高峰值為VS2V，其典型后沿下降時間為80μs。C10的實用范圍為500pF～1μF。應(yīng)用中，通過輸入電阻接用戶控制電路輸出，當(dāng)TCA785工作于50Hz，且自身工作電源電壓為15V時，則該電阻的典型值為15kΩ，～Vs2V，當(dāng)其在此范圍內(nèi)連續(xù)變化時，輸出脈沖2及2的相位便在整個移相范圍內(nèi)變化，其觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻為trr=（V11R9C10）/（VREFK）式中RCVREF分別為連接到TCA785引腳9的電阻、引腳10的電容及引腳8輸出的基準電壓K為常數(shù)為降低干擾。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）。引腳12（C12）：輸出2脈寬控制端?！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。兩路脈沖輸出高電平的最高幅值為VS。該兩端也可輸出寬度變化的脈沖，相位同樣互差180176。本次觸發(fā)電路設(shè)計中不需要用這兩個端口，作開路處理。它們的高電平最高幅值為電源電壓VS，允許最大負載電流為10mA。該兩端可輸出寬度變化的脈沖，兩脈沖相位互差180176。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。同時并聯(lián)一電容（另一端接地）起濾波作用。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。它的引腳排列如圖32所示。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。圖31 觸發(fā)電路整體設(shè)計框圖 晶閘管移相觸發(fā)集成電路TCA785功能TCA785是德國西門子（Siemens）公司于1988年前后開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，它是取代TCA780及TCA780D的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其引腳排列與TCA780、TCA780D和國產(chǎn)的KJ785完全相同，因此可以互換。通過給TCA785芯片送同步電壓基準，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。圖28 交流電退磁電流波形第三章 觸發(fā)電路設(shè)計 觸發(fā)電路設(shè)計思路移相控制的交流調(diào)壓的核心元件是可控硅模塊，是由兩個可控硅VTVT2反并聯(lián)構(gòu)成，調(diào)壓的原理實質(zhì)上是調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)脈沖的相位角，可控硅觸發(fā)脈沖的調(diào)節(jié)電路就是本章要設(shè)計的觸發(fā)電路，也叫驅(qū)動電路。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。2） 衰減法。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離線圈至少1～。1） 通過法。由于本次設(shè)計主要采用交流磁化電流對工件進行磁化，故主要說明交流電退磁方法。 退磁的原理退磁是將工件置于交變磁場中，產(chǎn)生磁滯回