大功率可调直流稳压电源毕业设计论文

1、-PAGE . z200 届毕业设计论文材 料系 、 部：学生：指导教师：职 称：专 业：班 级：学 号：2021年 5 月材料清单1、毕业设计论文课题任务书2、指导教师评阅表3、辩论及最终成绩评定表4、毕业设计说明书5、附录材料2021 届毕业设计论文课题任务书系：电气与信息工程系 专业：电气自动化技术 指导教师陆秀令学生郭银军课题名称大功率可调直流稳压电源容及任务基于晶闸管变流技术的开展和集成触发器的应用，本设计利用移相触发原理制作一台大功率可调直流稳压电源。通过三相移相触发集成芯片TC787DS对触发脉冲的控制，实现输出电压可调的目的。大功率可调直流电源具有输出电压25150V可调、最大

2、输出电流可达100A、过压过流保护、断相保护等特点，且电路简单、可靠性高。拟到达的要求或技术指标画出硬件电路图，计算出具体参数进度安排起止日期工作容备注2021.3.203.292021.3.304.022021.4.054.252021.4255.012021.5.15.102021.5.155.212021.5.225.25收集资料、熟悉毕业设计课题总体方案的选择与论证硬件系统的设计与实物的制作软件系统的设计系统调试编写毕业设计说明书毕业辩论主要参考资料1 陆秀令.模拟电子技术根底M.高等教育，2004.32 方承远.工厂电气控制技术M.:机械工业，2000.103 国呈.新型电力电子技术

3、变换技术M. 中国电力，2004.94 琬喜明.电力电子技术M.高等教育，2005.45 吕家元.半导体变流技术M.*大学，2002.96 莫正康.半导体变流技术M.机械工业，2004.27 许晓峰.电机及拖动M.:高等教育，2000.8教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日工学院2021 届毕业设计论文指导教师评阅表系： 电气与信息工程系 学生郭银军学 号401070135班 级电气0701专 业电气自动化指导教师陆秀令课题名称大功率可调直流稳压电源是否同意参加辩论：是否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日工学院2021 届毕业设计论文辩论及最终成绩评 定 表系公章： 学生

4、郭银军*401070135班级电气0701辩论日期课题名称直流电子负载指导教师陆秀令成 绩 评 定分值评 定小计教师1教师2教师3教师4教师5课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计论文有应用价值。30辩论表现思维敏捷,答复以下问题有理论根据，根本概念清楚，主要问题答复准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：辩论小组长签名：辩论成绩a：40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b：60最终评定成绩： 分数： 等级：辩论委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b，两个成绩的百分比由各系自己确定，但应

5、控制在给定标准的10左右。200 届毕业设计说明书大功率可调直流稳压电源系 、 部： 电气与信息工程系 学生： 郭 银 军 指导教师： 陆 秀 令 职称 教授 专 业： 电气自动化技术 班 级： 电气0701 完成时间： 2021年5月 摘 要本设计提出了一种新型的没有电磁污染的三相大功率电源主电路方案。随着晶闸管变流技术的开展，集成触发器的应用，提高了触发电路工作可靠性，缩小体积，大大简化了触发电路的生产与调试。三相整流触发电路采用高性能移相触发电路TC787DS。三相桥式全控整流输出电压波动小，输出功率大，具三相负载平衡。大功率晶闸管能够高效率地把工频交流电转变为直流电，其功率因数可到达0

6、.995以上。TC787DS是采用先进IC工艺设计制作的单片集成电路，其触发脉冲为锯齿波，可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相半控全控桥可控硅整流触发和三相交流调压反并联可控硅触发(也可以双向可控硅触发)，可构成多种调压调速和变流装置。关键词：晶闸管、三相桥式全控整流、钟点法、TC787DS、过压过流保护ABSTRACTThis design proposed one kind new does not have the electromagnetic pollution three-phase high efficiency power source main circuit pla

7、n.Along with the thyristor variable current technology development, integrates the trigger the application, enhanced the triggering electric circuit operational reliability, reduces the volume, simplified greatly has triggered the electric circuit the production and the debugging.The three-phase rec

8、tification triggering electric circuit uses high performance phase shifting triggering electric circuit TC787DS.The three-phase bridge type all controls the rectified output voltage to undulate slightly, the output is big, has the three-phase load to be balanced.The high efficiency thyristor can the

9、 high efficiency bee the power frequency e*change phonograph the direct current, its power factor may achieve above 0.995.TC787DS is uses the advanced IC technological design manufacture the monolithic integrated circuit, its trigger pulse is the saw-tooth wave, but the single power source work, als

10、o may the double power source work, mainly be suitable for three-phase partly controls all controls bridge silicon-controlled rectifier rectification triggering and the three-phase AC accent presses counter-parallel silicon-controlled rectifier triggering (also to be possible bidirectional silicon-c

11、ontrolled rectifier triggering), may constitute many kinds of accents to press the velocity modulation and the variable current installment.Key words The thyristor；The three-phase bridge type all control the rectification；The hour law； TC787DS；Have pressed the overflow protection目 录 TOC o 1-3 h z u

12、HYPERLINK l _Toc262250055第1章绪论 PAGEREF _Toc262250055 h 11HYPERLINK l _Toc2622500561.1电力电子与电源技术开展现状 PAGEREF _Toc262250056 h 11HYPERLINK l _Toc2622500571.2 本设计任务 PAGEREF _Toc262250057 h 12HYPERLINK l _Toc262250058第2章大功率直流稳压电源主电路设计 PAGEREF _Toc262250058 h 13HYPERLINK l _Toc2622500592.1 直流稳压电源的构造 PAGERE

13、F _Toc262250059 h 13HYPERLINK l _Toc2622500602.2 主电路设计方案 PAGEREF _Toc262250060 h 14HYPERLINK l _Toc2622500612.3三相桥式全控整流电路 PAGEREF _Toc262250061 h 14HYPERLINK l _Toc2622500622.3工作原理 PAGEREF _Toc262250062 h 15HYPERLINK l _Toc2622500632.4晶闸管参数计算及选择 PAGEREF _Toc262250063 h 17HYPERLINK l _Toc2622500642.5

14、 平波电抗器 PAGEREF _Toc262250064 h 18HYPERLINK l _Toc262250065第3章触发电路的设计 PAGEREF _Toc262250065 h 19HYPERLINK l _Toc2622500663.1主电路对触发电路的要求 PAGEREF _Toc262250066 h 19HYPERLINK l _Toc2622500673.2 同步电路设计 PAGEREF _Toc262250067 h 20HYPERLINK l _Toc262250068同步的概念 PAGEREF _Toc262250068 h 20HYPERLINK l _Toc2622

15、50069同步变压器 PAGEREF _Toc262250069 h 22HYPERLINK l _Toc2622500703.2.3 实现同步有如下步骤： PAGEREF _Toc262250070 h 23HYPERLINK l _Toc2622500713.3 触发电路的设计 PAGEREF _Toc262250071 h 23HYPERLINK l _Toc2622500723.3.1 方案设计 PAGEREF _Toc262250072 h 23HYPERLINK l _Toc2622500733.3.2 TC787DS简介 PAGEREF _Toc262250073 h 25HYP

16、ERLINK l _Toc2622500743.3.3 TC787DS部电路框图 PAGEREF _Toc262250074 h 25HYPERLINK l _Toc2622500753.3.4 TC787DS工作原理 PAGEREF _Toc262250075 h 26HYPERLINK l _Toc2622500763.3.5 TC787DS管脚功能表 PAGEREF _Toc262250076 h 28HYPERLINK l _Toc2622500773.3.6 脉冲放大电路 PAGEREF _Toc262250077 h 29HYPERLINK l _Toc262250078第4章保护

17、电路设计 PAGEREF _Toc262250078 h 30HYPERLINK l _Toc2622500794.1 过电压保护 PAGEREF _Toc262250079 h 30HYPERLINK l _Toc2622500804.2 过电流保护 PAGEREF _Toc262250080 h 33HYPERLINK l _Toc2622500814.3 短路保护 PAGEREF _Toc262250081 h 33HYPERLINK l _Toc262250082完毕语PAGEREF _Toc262250082 h 35HYPERLINK l _Toc262250083参考文献 PAG

18、EREF _Toc262250083 h 36HYPERLINK l _Toc262250084致 PAGEREF _Toc262250084 h 37HYPERLINK l _Toc262250085附录 PAGEREF _Toc262250085 h 38第1章 绪 论1.1电力电子与电源技术开展现状电力电子技术已开展成为一门完整的、自成体系的高科技技术，电源技术属于电力电子技术的畴。电源技术主要是为信息产业效劳的，信息技术的开展又对电源技术提出了更高的要求，从而促进了电源技术的开展，两者相辅相成才有了现今蓬勃开展的信息产业和电源产业。从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，

19、而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用。在这方面我国与世界先进国家的差距很大，作为一个电源设计者，不仅应该完成当前的本职工作，还必须通过各种信息渠道及时掌握电源技术最新开展方向与相关的元器件、原材料的最新开展动态，国外先进的薄膜工艺、厚膜工艺、集成化工艺等。只有这样才能设计出功能齐备、性能优良的电源产品。电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。电力电子技术的开展带动了电源技术的开展，而电源技术的开展有效地促进了电源产业的开展。迄今为止电源已成为非常重要的根底科技和产业，并广泛应用于各行业，其

20、开展趋势为高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化。同时，封装构造、外形尺寸日趋国际标准化，以适应全球一体化市场的要求。电源是位于市电单相或三相与负载之间，向负载提供优质电能的供电设备, 是工业的根底。电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘穿插技术。随着科学技术的开展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前电源技术已逐步开展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。他对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及*些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。 当代许多高新

21、技术均与市电的电压、电流、频率、相位、和波形等根本参数的变换和控制相关，电源技术能够实现对这些参数的准确控制和高效率的处理，特别是能够实现大功率电能的频率变换，从而为多项高新技术的开展提供有力的支持。因此，电源技术不但本身是一项高新技术，而且还是其他多项高新技术的开展根底。电源技术及其产业的进一步开展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来深远的影响。 由上述可见，电源技术的创新，促进电源技术迅速开展，将为生产和科技进步做出更大的奉献。可以预言，电源技术和电源设备将成为新世纪的主导技术和主流产品。1.2 本设计任务基于晶闸管变流技术的开展和集

22、成触发器的应用，本设计利用移相触发原理制作一台大功率可调直流稳压电源。通过三相移相触发集成芯片TC787DS对触发脉冲的控制，实现输出电压可调的目的。大功率可调直流电源具有输出电压25150V可调、最大输出电流可达100A、过压过流保护、断相保护等特点，且电路简单、可靠性高。第2章 大功率直流稳压电源主电路设计2.1 直流稳压电源的构造电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘穿插技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具 体应用。在越来越兴旺的现代电子行业，对电源的电气性能指标、可靠性、平安性、齐全的保护功能

23、等要求越来越高。本设计容为一台输出电压可调的大功率直流电源。是利用晶闸管和其他的电子器件，设计的一台输出直流电压可以在25150V之间可调，输出最大电流可达100A的直流电源。具有短路、过电流和过压保护功能。 系统主要包括以下五个局部：过压过流保护等。系主回路、同步电路、触发电路、脉冲放大电路、统框图如下：TC787DS大工业触发器整流桥负载给定电压直流过电压保护同步信号过电压保护限流截止图2.1 系统总原理框图根据设计要求：可调直流电源输出电压为25V150V可调，最大输出电流为100A。最大输出功率为15kW。一般负载容量超过为4kW以上，要求直流电压脉动较小的场合，因此设计主电路采用三相

24、桥式全控整流电路。三相整流输出电压波动小，输出功率大，具三相负载平衡。由于集成触发器的应用和完善，提高了触发电路工作可靠性，缩小体积，大大简化了触发电路的生产与调试。因此本设计采用了三相触发集成芯片TC787DS，部触发脉冲为锯齿波，可触发200A以下的晶闸管，锯齿波移相可以不直承受电网波动和波形畸变的影响，能够可靠地产生触发信号，因此在大、中容量中广泛应用。该芯片具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相围宽，外接元件少等优点。同步变压器采用D/Y-11的接法，得到二次侧电压超前相对应的一次侧电压的300。为了增大输出电流，更好地触发晶闸管，触发电路的输出级采用脉冲变压器。本设计中采

25、用晶闸管型号规格为KP100-1，由于晶闸管过电压、过电流能力差，为使晶闸管装置正常工作而不损坏，因此在晶闸管装置中，必须采取适宜的保护措施。设计、直流侧过电压保护采用压敏电阻，能够有效抑制过电压，是一种理想的过电压的措施。由于三相触发芯片TC787DS中带有输出控制端，在主电路中串入采样电阻，芯片根据采样信号对电路作出控制，起过流保护作用，同时交流侧加有快速熔断器。2.2 主电路设计方案根据设计容要求：大功率直流电源输出电压可调，最大输出电流达100A，因此可采取由晶闸管所组成的整流电路，通过对晶闸管导通角a的控制，来实现输出电压的可调。由于三相整流输出电压波动小，输出功率大，具三相负载平衡

26、。在大容量负载中应用广泛，因此设计中采用三相整流电路。三相可控整流电路形式很多，有三相半波整流、三相半控桥式整流、三相全控桥式整流，但三相半波可控整流电路是最根本的组成形式。三相半波可控整流电路由三只晶闸管组成，单相电路比拟，对于220V直流电动机负载，可省去整流变压器直接由380V三相四线电源供电。三相半波电路的缺乏之处是晶闸管电流即变压器二次电流在一个周期只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低，此外由于变压器二次电流为单向脉动电流动，其直流分量在磁路中形成直流不平衡磁动势，在三相变压器中产生较大的漏磁通，引起附加损耗；如用三只单相变压器组成时，每相直流磁动势都会严重地使铁心饱和，这在实际

27、应用上是不充许的。三相全控整流电路则克制了以上缺点，因此本设计中主电路采用三相全控整流。2.3三相桥式全控整流电路三相全控整流输出电压波动小，输出功率大，且三相负载平衡。由于六个晶闸管轮流导通，各项指标好，主要用于要求较高或要求逆变的大功率场合。以下图为三相全控桥式整流电路：图2.2 三相全控整流电路2.3工作原理图2.2为三相全控桥式整流电路在a=00、带大电感负载时的电压电流波形。由三相半波电路分析可知，共阴极组的自然换流点a=00在t1、t3、t5时刻，分别触发VT1、VT3、VT5晶闸管，共阳极组的自然换流点在t2、t4、t6时刻，分别触发VT2、VT4、VT6晶闸管。两组的自然换流点

28、对应相差600，电路各自在本组换流，即VT1VT3VT5VT1， VT2VT4VT6VT2，每个管轮流导通1200。如图2-3(a)图所示。由于电路中中性线断开，要使电流流通，负载端有输出电压，必须在共阴极组中各有一个晶闸管同时导通。在t1t2期间，U相电压较正，V相电压较负，在触发脉冲作用下，VT6、VT1管同时导通，电流从U相流出，经VT1负载VT6流回V相，负载上得U、V相电压。从t2开场，U相电压仍然保持电位最高,但W相电压开场比V想更负了，此时脉冲Ug2触发VT2导通，迫使VT6承受反压而关断，负载电流从VT6中换到VT2。在t2t3期间，电流路径为U相VT1负载VT2流回W相，负载

29、上得到U、W相线电压。在t3时刻，由于V相电压比U相电压高，故触发VT3导通后，能迫使VT1管关断，电流从VT1换到VT3。u2uu uv uw uu uv uwatt1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8VT1 VT3 VT5 VT1 VT3 VT6 VT2 VT4 VT6 VT2Ug1Ug2Ug3Ug4Ug5Ug6tbtUut iuivctiv1t图2.3 三相桥式全控整流电路电流、电压波形依此类推，t3t4期间是V、W相供电，VT4、VT5导通；t4t5期间是V、U相供电，VT3、VT4导通；t5t6期间是W、U相供电，VT4、VT5导通；t6t7期间是W、V相供电，VT5、VT6

30、导通。如图a所示，这时，对共阴极组而言，其输出电压波形是三相电压波形正半周期的包络线；对共阳极组而言，是负半周期的包络线。三相桥式全控整流的输出电压为两组输出电压之和，是相电压波形正负包络线下的面积，其平均直流电压ud=21.17 Ud2 。在三相线电压波形上下是正半局部的包络线。如图2-3(b)所示：整流变压器二次电流iu、iv及电源电流iv1=iuiv的波形如d图所示，其它两相电流波形一样，只是相位上依次相差1200，K为变压器一、二次侧匝数之比。由于变压器采用D/Y联结使电源电流有二个阶梯，更接近正弦波，谐波影响小，因此本设计主电路整流装置中，三相变压器大采用用D/Y联结。2.4晶闸管参

31、数计算及选择选择晶闸管元件主要根据是晶闸管整流装置的工作条件，计算管子电压、电流值，正确确定晶闸管型号规格，以得到满意的技术经济效果。在整流装置中选择KP型普通晶闸管，通过对额定电压、电流值的计算，在晶闸管参数表选择适宜的型号。晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压。考虑电源电压的波动与抑制后的过电压，晶闸管的额定电压必须大于线路实际承受最大压的23倍。晶闸管额定电流的计算原则是必须使管子的额定电流有效值IT=1.57ITAVIT实际流过管子电流的最大的效值。对于不同电路型式、不同控制角及不同性质的负载，流过晶闸管的电流的波形系数KfT=IT/IdT和流过晶闸管的平均电流IdT与

32、负载平均电流Id之比，都可通过数学方法求得，因此，有IT=1.57ITAVIT=KfT=IT/IdTId2.1 K=2.2ITAVkId2.2KfT、k均可以在晶闸管参数表中查得，根据不同电路、不同控制角与负载的性质，Id值即可确定晶闸管的额定电流；反之，ITAV亦可确定允许的负载电流Id。 由于晶闸管电流过载能力很差，在带电阻性负载时，要考虑电阻在冷态时阻值小，故有较大的启动电流；在带电动机负载时，最大输出电流Id要考虑启动电流过载倍数与电动机允许的过载能力。考虑以上因素，晶闸管的额定电流ITAV还要比查表计算值1.52倍。本设计中整流输出电压为125V，允许电最大电流为100A，通过计算：

33、通过公式计算： Ud=2.34U22.3 U2=53V整流电路中元件承受的峰值电压 UTM=53V =130V晶闸管额定电压为 UTn =23UTM2.4=23130V 取 UTn =400V负载额定电流为 IdT=57A负载平均电流Id为 Id=100=173A晶闸管的额定电流查表ITAV=1.52kId2.5=1.521.367173A取 ITAV=400A因此，本设计中采用晶闸管型号规格为KP400-4，其参数如下：其通态平均电流 400A左右，断态重复峰值电压 1003000V，额定结温 1150C，门极触发电流为 10150mA，门极触发电压 4V左右。目前越来越多地采用电力半导体组

34、件构造形式。较多使用的有二个元件串联、四个元件组成的单相桥、六个元件组成的三相桥等。在*些大功率场合，将晶闸管及其并联RC、触发装置的功率级、脉冲变压器等都装在用工程塑料压制成的框架上，组成一个功率组件，这样使用将为简便。2.5 平波电抗器为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路串入带有气隙的铁芯电抗器Ld称为平波电抗。晶闸管整流装置的输出电压可分解为了一个恒定直流分量与一个交流分量，通常负载需要的只是直流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁芯损耗增大而引起电动机过热。抑制交流分量 的有效方法是串联平波电抗器，使交流分量根本降落在电抗器上，而负载上能够得到比

35、拟恒定的直流分压与电流。第3章触发电路的设计3.1主电路对触发电路的要求根据通常的习惯，希望三相全控桥式整流电路六个晶闸管触发导通的顺序为VT1VT2VT3VT4VT5VT6。在三相电源正序情况下，编号为VT1、VT4管接U相U相可任意指定，但相序不能反，VT3、VT6管接V相，VT5、VT2接W相。根据这样的排列，触发脉冲顺序为Ug1Ug2Ug3Ug4Ug5Ug6，间隔600，如图3.1所示:图3.1 主电路晶闸管为了保证整流装置能启开工作，或在电流断续后能再次导通，必须在对两组中应导通的一对晶闸管同时加有触发脉冲，为此可采取两种方法：一种方法是宽脉冲触发，使每一个触发脉冲的宽度大于600必

36、须小于1200，通常取900左右。这样在换相时，相隔600的后一个脉冲出现，前一个脉冲还未消失，使电路在任何换相点均有相邻两个管子被触发。另一种方法是在触发*一号晶闸管时，触发电路设法同时给前一号晶闸管补发一个脉冲称辅助脉冲，例如触发VT3管的同时，对VT2管补发辅助脉冲；如触发VT3管的同时，对VT2管补发辅助脉冲，如图b中的虚线脉冲。这样，就能保证每个换流点同时有两个脉冲触发要邻的晶闸管，作用与宽脉一样，这种方式又称双窄脉冲。但双窄脉冲触发电路比拟复杂，且对电路要求高，因此此设计中采用第一种方法。通过上述分析，可归纳以下几点：1) 三相桥式全控整流电路在任何时刻必须保证有两个晶闸管同时导通

37、才能构成电流回路。象三相半波电路一样，晶闸管换流只在本组进展，每隔1200换流一次。由于电路中共阴与共阳极组换流点相隔600，所以每隔600有一次换流，管子导通情况见图a。2) 三相桥式全控整流电路负载电压Ud波形是六个不同线电压的组合，当a=0时，为三相线电压的正向包络线，每周期脉动6次，基波频率为300Hz，其脉动系数Su=0。05，根本上是一个平稳的直流。带大电感负载时，其平均值为Ud =2.34U2cosa=1.35 U2lcosa (0a900)3.13) 三相桥式全控整流电路控制角a的起算点自然换流点与三相半波时一样，为相邻相电压的交点包括正向与负向，距波形原点300 ， 因此在对

38、应线电压波形上a=00的点距波形原点为600，如a=300，在相电压波形上脉冲距波形原点600，在对应的线电压上，脉冲距波形原点900 。晶闸管两端电压波形完全和三相半波时一样，最大电压为U2l。由于桥式电路输出电压比三相半波增大一倍，所以在同样的Ud值时，三相桥式电路对管子电压要求降低一半。流过晶闸管的电流iT与三相半波时完全一样为iT =1/3 id ，IT =0.577Id。变压器利用率提高，其二次侧每周期有2400流过电流且电流波形正负面积相等，无直流分量。二次电流有效值为I2=0.816 Id 。三相桥式可控整流电路必须用双脉冲或宽脉冲触发，脉冲的移相围在大电感负载时为00至300，

39、电阻负载时，a600，波形断续，由于晶闸管的导通要维持到线电压过零反向时才关断，所以移相围为00至1200。3.2 同步电路设计3.2.1同步的概念由晶闸管特性可知，触发脉冲必须在管子阳极电压为正时的*一区间出现，晶闸管才能被触发导通，而在常用的正弦波移相和锯齿波移相触发电路中，送出脉冲的时刻是由接到触发电路不同相位的同步电压us来定位，由控制电压与偏移电压的大小来决定移相。因此必须根据被触发晶闸管的阳极电压相压，正确供应各触发电路特定相位的同步触发信号电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种正确选择同步信号电压相位以及和得到不同相位同步信号电压的方法，称为晶闸管装置

40、的同步或定相。现用三相全控桥式电路来说明。图3.2a为主电路接线，电网电压为UU、UV、UW，经整流变压器供应晶闸管桥路，对应电压为UU、UV、UW，其波形如图3.2b，假定a=00，则六个触发脉冲应出现在各自的自然换流点t1至t1，依次相隔600。要保证每个晶闸管为控制角a一致，六个同步信号电压也必须相隔600。为了得到六不同相位有同步电压，通常用一只三一样步变压器具有两组二次绕组，二次侧得相隔600的六个同步信号电压分别输入六个触发电路。同步信号电压us下标的符号与被触发晶闸管阳极电压符号一致，因此只要一块触发板的同步信号电压相位符合要求，那其它五个同步信号电压相位也肯定正确。同步变压器

41、au2 uu uv uwtugb图3.2 触发脉冲与主电路的同步则，每一个触发电路的同步信号电压与被触发晶闸管的阳极电压必须符合如下相位关系。这决定于主电路的不同形式、不同的触发电路、负载性质以及不同的移相要求。如触发VT3管的触发电路时，输入的同步电压为与VT3管的阳极电压对应，二者在三相桥式电路要求特定的相位关系，触发电路晶体管类型NPN或PNP，是指信号综合的晶体管，如下章触发电路中同步移相晶体管V4。如图3.3所示：uaUUt1t2tusv900NPNtPNPusvt图3.3 同步信号us电压与主电压ua对应关系3.2.2同步变压器制作和修理调整晶闸管装置时，常会碰到一种故障现象：在单

42、独检查晶闸管主电路时，接线正确，元件完好；单独检查触发电路时，各点电压波形、输出脉冲正常，调节控制电压UC时，脉冲移相符合要求。但是当主电路与触发电路连接后，工作不正常，直流输出电压Ud不规则、不稳定，移相调节不能工作。这种现象是由于送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极电压之间相位没有正确对应，造成晶闸管工作时控制角不一致，甚至使有的晶闸管触发脉冲在阳极电压负值时出现，当然不能导通。怎样才能消除这种故障使装置正常工作呢.这就是我们下面要讨论的的触发电路与主电路之间的同步定相问题。晶闸管整流装置是通过同步变压器不同连接方或再配合阻容移相，得到符合要求相位的同步信号电压。一般变压器的24种接法，以

43、300电角度为单位，可得到十二种不同相位的二次电压，通常形象地用钟点数来表示。钟点表示法是以三相变压器一次侧任一线电压为参考矢量，画成垂直向上，作为钟面的长针，指在12点钟位置，然后画出对就的二次线电压矢量，作为短会方向，短针指在几点就称几点接法。如短针指在3点钟，从矢量逆时针旋转来看，短针落后长针900，说明就变压器二次线电压滞后对应的一次线电压为900，可见，变压器一、二次一样接法时，为偶数点钟；一次侧、二次侧不同接法时，为奇数点钟。由于同步变压器二次电压要分别接到六个触发电路，有公共接地端，如二次绕组采用三角接法会引起短路，所以，同步变压器二次侧只能星形连接。 由于TC787DS为NPN

44、晶体管电路，触发脉冲为锯齿波脉冲。因此在本设计中同步变压器采用D/Y-11接法，使得二次侧电压UU1V1超前对应的一次电压300，整流变压器采用D/Y-5接法。矢量如图3.4所示: UU1V1 (a) UsUVUU300(12)UUV300UUV(a) (b)图3.4 整流变压器与同步变压器矢量关系图这样满足了UsU与UU相位相差1800的关系，实现了锯齿波信号与主电路的同步。同时在设计的触发电路中，同步信号经过RP1RP3三个电位器进入T型网络，随着电位器的不同调节，可实现060的移相，以满足同步变压器不同的连接方式。 3.2.3 实现同步有如下步骤：1) 根据不同触发电路与脉冲移相围的要求

45、，确定同步信号电压us与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系，如图5-42所示或根据具体要求确定。2) 根据整流变压器TS的接法与钟点数，以电网*线电压作参考矢量，画出整注变压器二次侧也就是晶闸管阳极电压的矢量。再根据第一点确定的同步信号电压US与晶闸管阳极电压的相位关系，画出对应的同步相电压矢量和同步线电压的矢量。3) 根据同步变压器二次线电压矢量位置，定出同步变压器TS的钟点数和接法，。按照上面的步骤确定的同步变压器接法之后，只需把同步变压器二次电压USU、USV、USW分别接在VT1、VT3、VT5管的触发电路；分别接到的触发电路，与主电路的符号完全对应，即能保证触发脉冲与主电路同步。3.3

46、 触发电路的设计3.3.1 方案设计触发电路根据控制晶闸管的通断状况可分为移相触发与过零触发两类。移相触发就是改变晶闸管每个周期的起始点即控制角的大小，以到达改变输出电压、功率的目的；而过零触发是晶闸管在设定的时间间隔，通过改变导通的周波数来实现电压或功率的控制。本设计是采用移相触发。简单的单结晶体管触发电路产生的脉冲窄，输出功率小，不能很好满足电感性或反电动势负载的需要，移相围也受到限制，而三相大功率直流电源对触发电路要求较高，因此本设计采用晶体管组成的触发电路，其中最常用的是同步信号为正弦波和锯齿波移相触发电路两种。两者异同点比照方下：两种同步移相触发整流装置在负载电流连续时，直流输出电压

47、与控制电压成线性关系，装置可看成一个线性放大器，放大倍数可调，对于闭环控制系统是十分有利的。能局部补偿电源电压波动对输出电压的影响，如电源电压下降，同步电压也随之下降，当控制电压不变时，过零点提前，控制角变小，补偿了电源电压的下降。使输出电压根本保持不变。但正弦波移相触发电路理论分析移相围可从0180，实际上由于正弦波顶部平坦与控制电压交点不明确而无法工作。另外由于电源电压波动，导致控制电压与同步信号无交点，不产生触发脉冲，这在使用中是允许的。所以实际移相围最多只能到达00至1500。为了防止各种可能出现的意外情况，如图3-4所示，电路中必须设置对最小控制角与最小逆变角的限制措施，或在同步电压

48、的正负峰值处叠加尖脉冲，组成带尖脉冲的正弦波移相触发电路。这样给电路设计带来了很大不便。图3.5 、的限制而锯齿波同步移相触发电路，具有移相围宽，强触发、双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发200A的晶闸管，相对正弦波移相触发电路而言，同步电压采用锯齿波，可以不直承受电网波动和波形畸变的影响，能够可靠地产生触发信号，克制了正弦移相的缺点，因此在大、中容量中得到了广泛应用。 近年来，随着晶闸管变流技术的开展,集成触发器的应用，提高了触发电路工作可靠性，缩小体积，大大简化了触发电路的生产与调试。假设触发电路由于采用控制电压与同步电压叠加移相的方法，因元件参数的分散性，同步电压波形畸变、波动都会导致各个触

49、发器的移相特性不致，一般触发脉冲的不对称度为3050。这会使主电路一次电不平衡，出现谐波电流，电网三相压中性点偏移等，功率越大，这种现象就越严重。采用集成芯片组成的触发电路克制了以上缺点，其对称度小于1.50有效地提高了触发脉冲的对称度。而且用单板机、单片机构成的集成触发电路，控制灵敏，准确度高，更有利于实现生产过程中自动，因此本设计中采用三相触发集成芯片TC787DS。3.3.2 TC787DS简介TC787DS是采用先进IC工艺设计制作的单片集成电路，其触发脉冲为锯齿波，可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相半控、全控桥可控硅整流触发和三相交流调压反并联可控硅触发(也可以双向可控硅触

50、发)，可构成多种调压调速和变流装置。TCA785DS与目前国市场上流行的KC系列电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相围宽，外接元件少等优点；而且装调简便，使用可靠。只需要一块这样的集成电路，就可以完成三块TCA785或五块KC系列器件组合三块KC009或KC004，一块KC041，一块KC042才能具有的三相移相功能。进一步提高了集成度和三相均衡性。其主要有以下特点: 电路采用单电源工作，电源电压8V15V。三相触发脉冲调相角可在0180之间连续同步改变。器件部设计有交相锁定电路，抗干扰能力强。可用于三相全控触发6脚接VDD，也可用于三相半控触发6脚接地。电路备有输出保

51、护制止端，可在过流过压时保护系统平安。TC787DS输出为调制脉冲列，适用于触发可控硅及感性负载。调制脉冲或方波的宽度可根据需要通过改变电容C*而选择。3.3.3 TC787DS部电路框图TC787DS由三路一样的局部组成，每路包括：同步过零和极性检测、锯齿波形成、锯齿波比拟，经过抗干扰锁定、脉冲形成等电路形成三相触发调制脉冲或方波，由脉冲分配电路实现全控、半控的工作方式，再由驱动电路完成输出驱动。TC787DS部原理框图如下：图3.6 TC787DS部框图3.3.4 TC787DS工作原理三一样步电压经过T型网络进入电路，同步电压的零点设计为1/2电源电压，电路输入端同步电压峰峰值不宜大于电

52、源电压，随着RP1RP3三个电位器的不同调节，可实现060的移相，通过过零检测和极性判别电路检测出零点和极性后，在Ca、Cb、Cc三个电容上积分形成锯齿波。由于采用集中式恒流源，相对误差极小，锯齿波有良好的线性。电容的选取应相对误差小，产生锯齿波幅度大且不平顶为宜。锯齿波在比拟器中与移相电压比拟取得交相点，移相电压由4脚通过电位器或外电路调节而取得。抗干扰电路具有锁定功能，在交相点以后锯齿波或移相电压的波动将不能影响输出，保证交相唯一并且稳定。脉冲形成电路是由脉冲发生器给出调制脉冲TC787DS，调制脉冲宽度可通过改变C*电容的值来确定，需要宽则增大C*，窄则减小C*, 1000P电容约产生1

53、00S的脉冲宽度。三一样步电压通过过零检测和极性判别电路后，在Ca、Cb、Cc三个电容上积分形成锯齿波。由于采用集中式恒流源，相对误差小，锯齿波有良好的线性；要求电容选取应相对误差小，容值大小决定锯齿波幅度TC787DS的积分电容约为0.033。如以下图所示： 图3.7 锯齿波形成电路晶体管V2由同步电压来控制，当同步电压负半周期时，V2截止，C2开场充电，所以V2截止的时间就是锯齿波的底宽，V2的开关频率就是锯齿波的频率。锯齿波由同步变压器TS二次电压us来控制V2管通断来产生。当TS二次电压us即VD1阴极电位在同步电压负半周下降时, 电容C1经VD1充电，极性为上负下正，忽略VD1正向压

54、降，其两端电位根本一致，V2发射结反偏而截止。在VD1基极点波形正半周上升段，+15V经R1对电容C1放电后反向充电，由于VD1阳极电位上升缓慢，VD1反偏，当VD1阳极电位反充到+1.4V左右，V2导通并将VD1阳极电位箝制在1.4V，直到us下一个负半周开场，V2重新截止。由分析可以得出锯齿波的底宽由T=C1 R1决定。同步移相电路是由锯齿波触发脉冲与控制信号共同进展控制，移相电压由4脚通过电位器或外电路产生，和锯齿波在比拟器中比拟取得交相点，抗干扰电路保证交相唯一和稳定。其控制原理图3.8如下:图3.8并联垂直控制原理电路中增加负偏移电压Ub的目的是为了调整UC=0时触发脉冲的初始位置，

55、此时a为最大值。同步移相电路原理如下：当触发电路处于稳态时，V4电截止，电容C3经R12、V、V充电，电容左正右负，V、V导通，V、V截止，无触发脉冲输出。当同步移相控制V4管从截止转为饱和导通时，V阳极电位从15V突降为1V左右，由于电容C3两端电压不能突变，使得V基极电位下降到13.7V左右，导致V、V截止，而V7、V8立即饱和导通，脉冲变压器输出脉冲。与此同时，电容C3经R14、VD3、V4放电与反向充电，使V基极电位逐渐升高。当V基极电位升到1.V左右时，V导通， V5发射结加正电压又复导通，使V集电极电位从V又降到1.V左右，迫使V7、V8截止，输出脉冲终止。图3.9 同步移相、脉冲

56、放大电路由此可见，脉冲产生的时刻是管子V4导通的瞬时也就是V5转为截止的瞬时。V5截止的持续时间即为输出脉冲的宽度，所以脉宽由C3反向充电回路的时间常数T3= C3 R14来决定，在窄脉冲，通常使脉冲为1ms。R15、R17为晶体管V7、V8的限流电阻，防止由于V5或V6长时间截止工作不正常或损坏时，使V7、V8长时间过流而烧坏，VD6是为了增加V7、V8导通阈值，提高抗干扰能力的，电容C3可以改善输出脉冲的前沿。调制脉冲的宽度可通过改变C*电窬的值来确定，C*大则宽。C*的值为0.013.3.5 TC787DS管脚功能表脉冲分配及驱动电路是由6脚控制脉冲分配的输出方式，6脚接低电平VL，输出

57、为半控方式，12、11、10、9、8、7分别输出A、-C、B、-A、C、-B的单触发脉冲，6脚接高电平VH，输出为全控方式，分别输出A、-C；-C、B；B、-A；-A、C；C、-B；-B、A的双触发脉冲，用户可以选择。5脚为保护端，当系统出现过流过压时，将5脚置高电平VH，输出脉冲即被制止。5脚还可以用作过零触发系统的控制端，输出端可驱动功率管，经脉冲变压器触发可控硅；也可直接驱动光电耦合器，经隔离触发可控硅或驱动三级管。表3.1管脚图和管脚功能表管脚号符号功能管脚号符号功能1VcC一样步电压输入10BB输出2VbB一样步电压输入11-C-C输出3VSS地或负电源12AA输出4Vr移相电压输入

58、13C*脉宽调整电容5Pi制止端VH14CbB相积分电容6Pc全控VH/半控VL15CcC相积分电容7-B-B输出16CaA相积分电容8CC输出17VDD正电源9-A-A输出18VaA一样步电压输入三一样步的过零脉冲通过缺相检测电路和相序检测电路对相序和缺相进展判别，相序判别后对脉冲分配电路进展不同的控制；而如有缺相产生，电路5脚为一双向口将输出高电平，同时制止输出脉冲。同时5脚为保护端，5脚置高电平时，输出脉冲即被制止。表3.2 TC787DS工作参数电源电压8-15 V移相工作电压0-8 V静态工作电流1 K锯齿波积分电容0.033输出驱动电流10 mA调制振荡电容0.01工作温度-20-

59、853.3.6 脉冲放大电路由于集成触发芯片TC787DS驱动电流很小，不能直接驱晶闸管，因此在触发电路的输出级中采用脉冲变压器。它可以起到阻抗匹配的作用，降低脉冲电压幅值增大输出电流，更好触发晶闸管：可以改变脉冲正负极性或同时送出两面三刀组独立脉冲；还可以将低电压的触发电路与高电压的主电路在电气上加以隔离，有利于防干扰与平安，并且可使触发器之间在电气上隔离。第4章 保护电路设计4.1 过电压保护电源中所使用的功率器件价格较贵，其控制电路也比拟复杂，另外，电源的负载中一般都含有大量的集成化程度很高的器件，这些器件一般耐受电、热、冲击能力都较差，因此，电源的保护应兼顾本身和负载的平安。目前保护的

60、种类很多，如：极性保护、程序保护、过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护等。由于电源的种类很多，用途各异，所以，对保护的要求也各有侧重，具体保护的设置应按具体要求而定。电源中加了保护电路后，势必增加元器件，反过来又会影响系统的可靠性，为此要求保护电路本身的可靠性一定要高，以提高整个系统的可靠性，进而提高电源本身的MTBF，这就要求保护的逻辑严密，电路简单，元器件最少，除此而外还要考虑所保护电路本身出现故障的维修度，确保电源的正常工作和高可靠性。晶闸管有许多优点，但与其它电气设备相比，由于元件的击穿电压较接近运行电压，热时间常数小。因此过电压、过电流能力差，短时间的过电流、过电压都可能造成元件损