【正文】 算 當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，輸出端電壓仍是 ud = u2，當(dāng)電流斷續(xù)，晶閘管阻斷時(shí)，輸出端電壓 ud = E即為反電勢電壓，因?yàn)檩敵銎骄妷罕入娮柝?fù)載時(shí)高，其輸出平均電壓為 ： Ud = E+ 1π∫ (√2U2sinωt?E)dωtπ?δα 當(dāng) α?時(shí)，如果觸發(fā)脈沖寬度小于 ??則電路無法工作，如為寬脈沖觸發(fā)，則總是在 ?=?處觸發(fā)脈沖起作用，其最大輸出平均電壓為 : Udm = E +1π∫ (√2U2sinωt? E)dωtπ?δδ= 2√2U2π (cosδ+ δsinδ) 可見其最大輸出平 均 電壓 Udm與停止導(dǎo)電角 ?有關(guān)。 則最大輸出平均電壓 ： Udm = 2√2U2π (cosδ+δsinδ) ≈ 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 30176。滿足 α?，即晶閘管可以正常觸發(fā)導(dǎo)通。 1） 額定電壓 UTn 通常取 UDRM和 URRM中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。 晶閘管的額定電壓 ： UTn = *minUDRM,URRM+ UTn ≥ (2~3)UTM 其中 UTM 是 電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓 ，本電路 UTM = √2U2 = ，則額定電壓取 3 倍裕量： UTn = 2）額定電流 IT(AV) 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值 ITN大于實(shí)際流過管子電流最大有效值 IVT ，即 ITN = (AV) IVT或 IT(AV) ，一般取 IT(AV) ≥ (~2) 則額定電流取 2 倍裕量： IT(AV) = 3） 通態(tài)平均管壓降 UT(AV)。 4） 維持電流 IH。一般 IH值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電流容量大小而定。在常溫下，陽極電壓為 6V 時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所需的門極電流，一般為毫安級。在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不會導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大正向電壓上升率。 7） 通態(tài)電流臨界上升率 di dt? 。若晶閘管導(dǎo)通時(shí)電流上升太快，則會在晶閘管剛開通時(shí)，有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而損壞晶閘管。 晶閘管電路對電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響 對電網(wǎng)的影響 晶閘管變流設(shè)備一般都是通過變壓器與電網(wǎng)連接的，因此其工作頻率為工頻 ，初級電壓即為交流電網(wǎng)電 壓。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分，減小電網(wǎng)污染。 晶閘管裝置中的無功功率，會對公用電網(wǎng)帶來不利影響： 1) 無功功率會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。 3) 使線路壓降 增大，沖擊性無功功率負(fù)載還會使電壓劇烈波動。 2) 諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損壞。 4) 諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表不準(zhǔn)確。 系統(tǒng)功率因數(shù)分析 忽略換相過程和電流脈動， 帶電阻 反電動勢 負(fù)載， 假設(shè) 接了平波電抗器，所以負(fù)載電感足以使電流連續(xù)，則電路的工作情況與感性負(fù)載時(shí)相似，即可以根據(jù)感性負(fù)載來討論功率因數(shù) 。 圖 25 將電流波形分解為傅里葉級數(shù)，可得： 其中基波和各次諧波有效值為： n = 1， 3， 5， ? 可見， 電流中僅含奇次諧波。 基波電流有效值為 I1 = 2√2π Id i2的有效值 I = Id，結(jié)合上式 可得基波因數(shù)為 ν = I1I = 2√2π ≈ 從圖 25 可以明顯看出， 電流基波與電壓的相位差就等于控制角 ? ，故位移因數(shù)為 λ1 = cosφ1 = cosα 所以，功率因數(shù)為 λ = νλ1 = I1I cosφ1 = 2√2π cosα ≈ 12 三、 驅(qū)動 電路設(shè)計(jì) 觸發(fā)電路簡介 電力電子器件的驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子的重要環(huán)節(jié)，對整個(gè)裝置的性能有很大的影響。 對于相控電路這樣使用晶閘管的場合，在晶閘管陽極加上正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發(fā)電壓，晶閘管才能從截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，習(xí)慣上稱為觸發(fā)控制。它決定每一個(gè)晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻，是晶閘管裝置中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)要求 晶閘管的型號很多，其應(yīng)用電路種類也很多，不同的晶閘管型號，應(yīng)用電路對觸發(fā)信號都會有不同的要求。不管是哪種觸發(fā)電路，對它產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖都有如下要求： 觸發(fā)信號為直流、交流或脈沖電壓，由于晶閘管導(dǎo)通后，門極觸發(fā)信號即失去了控制作用，為了減小門極的損耗，一般不采用直流或交流信號觸發(fā)晶閘管，而廣泛采用脈沖觸發(fā)信號。觸發(fā) 信號功率大小是晶閘管元件能否可靠觸發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。 13 觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈 沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)信號導(dǎo)通后，陽 極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。或采用雙窄脈沖。強(qiáng)觸發(fā)電流的幅值 gmi 可達(dá)到最大觸發(fā)電流的 5倍。 圖 31 強(qiáng)觸發(fā)電流波形 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。同時(shí)，不同的電路或者相同的電路在不同的負(fù)載、不同的用途時(shí)，要求的 ? 變化的范圍（移相范圍）亦即觸發(fā)脈沖前沿與陽極電壓的相位變化范圍不同，所用觸發(fā)電路的脈沖移相范圍必須滿足實(shí)際的需要。目前，它在國內(nèi)變流行業(yè)中已廣泛應(yīng)用。 （ 1） 引腳排列、各引腳的功能及用法 TCA785 是雙列直插式 16引腳大規(guī)模集成電路。 圖 32 TCA785 的引腳排列 各引腳的名稱、功能及用法如下 ： 引腳 16(VS)：電源端。 引腳 1(OS)：接地端。 引腳 4(Q1)和 2(Q2)：輸出脈沖 1 與 2的非端。 ，兩路脈沖的寬度均受非脈沖寬度控制端引腳 13(L)的控制。若該兩端輸出脈沖在系統(tǒng)中不用時(shí)，電路自身結(jié)構(gòu)允許其開路。該兩端也可輸出寬度變化的脈沖，相位同樣互差 180176。兩路脈沖輸出高電平的最高幅值為 5VS。該端允許施加電平的范圍為 —5VS，當(dāng)該端接地時(shí)， Q Q2 為最寬脈沖輸出，而當(dāng)該端接電源電壓 VS 時(shí)， 2為最窄脈沖輸出。應(yīng)用中，通過一電容接地，電容C12 的電容量范圍為 150— 4700pF，當(dāng) C12 在 150— 1000pF 范圍內(nèi)變化時(shí)， 2 輸出脈沖的寬度亦在變化，該兩端輸出窄脈沖的最窄寬度為 100μs ，而輸出15 寬脈沖的最寬寬度為 2020μs 。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 Vs 為 15V 時(shí)，則該電阻的典型值為 15kΩ ，移相控制電壓 V11 的有效范圍為 — Vs2V，當(dāng)其在此范圍內(nèi)連續(xù)變化時(shí)，輸出脈沖 Q Q2 及 Q1， Q2的相位便在整個(gè)移相范圍內(nèi)變化，其觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻為 ： trr=(V11? R9? C10)/(VREF? K) 式中 R C VREF── 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(zhǔn)電壓 ； K── 常數(shù) 。 引腳 10(C10)：外接鋸齒波電容連接端。該電容的最小充電電流為 10μA 。 引腳 9(R9)：鋸齒波電阻連接端。 引腳 8(VREF)： TCA785 自身輸出的高穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓端。 引腳 7(QZ)和 3(QV)： TCA785 輸出的兩個(gè)邏輯脈沖信號端。 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 Q1 與 Q2的或信號， QV為寬脈沖信號，它的寬度為移相控制角 φ+180176。 引腳 6(I)：脈沖信號禁止端。而該端通過電阻接正電源，且該端電壓高于 4V 時(shí)，則封鎖功能不起作用。 引腳 5(VSYNC)：同步電壓輸入端。 （ 2） 基本設(shè)計(jì)特點(diǎn) TCA785 的基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)有：能可靠地對同步交流電源的過零點(diǎn)進(jìn)行識別，因而可方便地用作過零觸發(fā)而構(gòu)成零點(diǎn)開關(guān)；它具有寬的應(yīng)用范圍，可用來觸發(fā)普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管及作為功率晶體管的控制脈沖，故可用于由這些電力電子器件組成的單管斬波 、單相半波、半控橋、全控橋或三相半控、全控整流電路及單相或三相逆變系統(tǒng)或其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的變流系統(tǒng)；它的輸入、輸出與 CMOS及 TTL電平兼容，具有較寬的應(yīng)用電壓范圍和較大的負(fù)載驅(qū)動能力，每路可直接輸出 250mA 的驅(qū)動電流；其電路結(jié)構(gòu)決定了自身鋸齒波電壓的范圍較寬，對環(huán)境溫度的適應(yīng)性較強(qiáng)，可應(yīng)用于較寬的環(huán)境溫度范圍 (25— +85176。 （ 3） 極限參數(shù) 電源電壓： +8— 18V 或 177。 輸出脈沖最大寬度： 180176。 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路 由于 TCA785 自身的優(yōu)良性能，決定了它可以方便地用于主電路為單個(gè)晶閘管或晶體管，單相半控橋、全控橋和三相半控橋、全控橋及其它主電路形式的電力電子設(shè)備中觸