單相橋式晶閘管全控整流電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 電力電子技術(shù)的發(fā)展2</p><p>　　1.2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用2</p><p>　　1.3 電力電子技術(shù)課程中的整流電路3</p><p>　　第2章 系

2、統(tǒng)方案及主電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 方案的選擇4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)流程框圖5</p><p>　　2.3 主電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.4 整流電路參數(shù)計(jì)算8</p><p>　　2.5 晶閘管元件的選擇9</p><p>　　第3章

3、 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 觸發(fā)電路簡(jiǎn)介11</p><p>　　3.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)要求11</p><p>　　3.3 集成觸發(fā)電路TCA78912</p><p>　　3.3.1 TCA785芯片介紹12</p><p>　　3.3.2 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路1

4、5</p><p>　　第4章 保護(hù)電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 過(guò)電壓保護(hù)17</p><p>　　4.2 過(guò)電流保護(hù)18</p><p>　　4.3 電流上升率di/dt的抑制18</p><p>　　4.4 電壓上升率du/dt的抑制18</p><p>　　

5、第5章 系統(tǒng)MATLAB仿真20</p><p>　　5.1 MATLAB軟件介紹20</p><p>　　5.2 系統(tǒng)建模與參數(shù)設(shè)置20</p><p>　　5.3 系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析23</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)28</b></p><p><b>　

6、　參考文獻(xiàn)29</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)電路圖30</p><p>　　附錄B 元器件清單31</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 電力電子技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技

7、術(shù)的史前期或黎明時(shí)期。晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。并且，其應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)大。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。晶閘管是通過(guò)對(duì)門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件。對(duì)晶閘管電路的控制方式主要是相位控制式，簡(jiǎn)稱相控方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限。70年代后期，以門極可關(guān)斷晶

8、閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。全控型器件的特點(diǎn)是，通過(guò)對(duì)門極（基極、柵極）的控制既可使其開(kāi)通又可使其關(guān)斷。在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為表的復(fù)合型器件異軍突起。它是MOSFET和BJT的復(fù)合，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。與此相對(duì)，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）復(fù)合了MOSFET和GTO。</p>&

9、lt;p>　　1.2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　電力電子技術(shù)是一門新興技術(shù)，它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而成的，在電氣自動(dòng)化專業(yè)中已成為一門專業(yè)基礎(chǔ)性強(qiáng)且與生產(chǎn)緊密聯(lián)系的不可缺少的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程體現(xiàn)了弱電對(duì)強(qiáng)電的控制，又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。能夠理論聯(lián)系實(shí)際，在培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)人才中占有重要地位。它包括了晶閘管的結(jié)構(gòu)和分類、晶閘管的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)方法、可控整流電路、晶閘管有源

10、逆變電路、晶閘管無(wú)源逆變電路、PWM控制技術(shù)、交流調(diào)壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理。</p><p>　　在電力電子技術(shù)中，可控整流電路是非常重要的內(nèi)容，整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?，其?yīng)用非常廣泛。工業(yè)中大量應(yīng)用的各種直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速均采用電力電子裝置；電氣化鐵道（電氣機(jī)車、磁懸浮列車等）、電動(dòng)汽車、飛機(jī)、船舶、電梯等交通運(yùn)輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術(shù)；各種電子裝置如通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的

11、直流電源、大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源都可以利用整流電路構(gòu)成的直流電源供電，可以說(shuō)有電源的地方就有電力電子技術(shù)的設(shè)備。</p><p>　　1.3 電力電子技術(shù)課程中的整流電路</p><p>　　整流電路按組成的器件不同，可分為不可控、半控與全控三種，利用晶閘管半導(dǎo)體器件構(gòu)成的主要有半控和全控整流電路；按電路接線方式可分為橋式和零式整流電路；按交流輸入相數(shù)又可分為單相

12、、多相（主要是三相）整流電路。正是因?yàn)檎麟娐酚兄绱藦V泛的應(yīng)用，因此整流電路的研究無(wú)論在是從經(jīng)濟(jì)角度，還是從科學(xué)研究角度上來(lái)講都是很有價(jià)值的。本設(shè)計(jì)正是結(jié)合了Matlab仿真軟件對(duì)單相半控橋式晶閘管整流電路進(jìn)行分析。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案及主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 方案的選擇</p><p>　　方案二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?l

13、t;/p><p><b>　　電路簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p>　　圖2-2 單相橋式全控整流電路</p><p>　　此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓

14、器的利用率也高。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)流程框圖</p><p>　　根據(jù)方案選擇與設(shè)計(jì)任務(wù)要求，畫(huà)出系統(tǒng)電路的流程框圖如圖2-1所示。整流電路主要由驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和整流主電路組成。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，在此設(shè)計(jì)中采用單相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載。</p><p>　　圖2-5 系統(tǒng)流程框圖</p><p>　　2.3 主電路

15、的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2-6 主電路原理圖</p><p>　　圖2-7 主電路工作波形圖</p><p>　　電路如圖2-6和圖2-7所示。為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)。(1) 工作原理 在電源電壓正半周期間，VT1、VT2承受正向電壓，若在時(shí)觸發(fā)，VT1、VT2導(dǎo)通，電流經(jīng)VT1、負(fù)載、VT2和T二次側(cè)形成回路，但由于大電感的存在，

16、過(guò)零變負(fù)時(shí)，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使VT1、VT2繼續(xù)導(dǎo)通，直到VT3、VT4被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，VT1、VT2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。</p><p>　　在電源電壓負(fù)半周期間，晶閘管VT3、VT4承受正向電壓，在時(shí)觸發(fā)，VT3、VT4導(dǎo)通，VT1、VT2受反相電壓截止，負(fù)載電流從VT1、VT2中換流至VT3、VT4中在時(shí)，電壓過(guò)零，VT3、VT4因電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直導(dǎo)通，直到下個(gè)周期VT1

17、、VT2導(dǎo)通時(shí)，VT3、VT4因加反向電壓才截止。</p><p>　　值得注意的是，只有當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近零，因此這種電路控制角的移相范圍是。</p><p>　　2.4 整流電路參數(shù)計(jì)算</p><p>　　1.在阻感負(fù)載下電流連續(xù)，整流輸出電壓的平均值為</p><p><b&

18、gt;　　(2-1)</b></p><p>　　由設(shè)計(jì)任務(wù)有電感，電阻，，則輸出電壓平均值的最大值可由下式可求得。</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　可見(jiàn)，當(dāng)在范圍內(nèi)變化時(shí)，整流器可在范圍內(nèi)取值。</p><p>　　2.整流輸出電壓有效值為</p><

19、p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　3.整流輸出電流平均值為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　4.在一個(gè)周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180°，兩組輪流導(dǎo)通，整流變壓器二次電流是正、負(fù)對(duì)稱的方波，電流的平均值和有效值相等，其波形系數(shù)為1。</p>

20、<p>　　流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流平均值與有效值分別為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　5、晶閘管在導(dǎo)通時(shí)管壓降=0,故其波形為與橫軸重合的直線段；VT1和VT2加正向電壓但觸發(fā)脈沖沒(méi)到時(shí)，VT3、VT4已導(dǎo)通，把整個(gè)電壓加到

21、VT1或VT2上，則每個(gè)元件承受的最大可能的正向電壓等于；VT1和VT2反向截止時(shí)漏電流為零，只要另一組晶閘管導(dǎo)通，也就把整個(gè)電壓加到VT1或VT2上，故兩個(gè)晶閘管承受的最大反向電壓也為。</p><p>　　2.5 晶閘管元件的選擇</p><p>　　1、晶閘管的額定電流</p><p>　　選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過(guò)的額定電流有效值大于實(shí)際

22、流過(guò)管子電流最大有效值 ，即</p><p>　　=1.57> 或 > (2-7)</p><p>　　考慮（1.5～2）倍的裕量：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　此外，還需注意以下幾點(diǎn)：</p>&l

23、t;p>　?、佼?dāng)周圍環(huán)境溫度超過(guò)+40℃時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。</p><p>　?、诋?dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。</p><p>　?、坳P(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。</p><p>　　2、晶閘管的額定電壓</p><p>　　晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓乘以（2～3）倍的安全裕量，即可確

24、定晶閘管的額定電壓：</p><p>　　(2～3)(2～3)(622～933) (2-9)</p><p><b>　　取800V。</b></p><p>　　由以上分析計(jì)算知選取晶閘管的型號(hào)為。</p><p>　　3、晶閘管的具體參數(shù)</p><p>　　額定通

25、態(tài)平均電流（IT（AV））：1A;</p><p>　　斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（UDRM）:500V;</p><p>　　反向重復(fù)峰值電壓（URRM）:1800V;</p><p>　　斷態(tài)重復(fù)平均電流（IDR（AV））:≤6mA;</p><p>　　反向重復(fù)平均電流（IRR（AV））:≤6mA;</p><p>　　門

26、極觸發(fā)電流（IGT）:60mA;</p><p>　　門極觸發(fā)電壓（UGT）:1.8V;</p><p>　　斷態(tài)電壓臨界上升率（du/dt）:50V/uS</p><p>　　維持電流（IH）：60mA;</p><p>　　額定結(jié)溫（TjM）：110℃</p><p>　　第3章 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p>

27、<p>　　3.1 觸發(fā)電路簡(jiǎn)介</p><p>　　電力電子器件的驅(qū)動(dòng)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(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。采用良好的性能的驅(qū)動(dòng)電路?？梢允闺娏﹄娮悠骷ぷ髟诒容^理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，對(duì)裝置的運(yùn)行效率，可靠性和安全性都有很大的意義。</p><p>　　對(duì)于相控電路這樣使用晶閘管的場(chǎng)合，在晶閘管陽(yáng)極加上正向電

28、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。提供這個(gè)觸發(fā)電壓的電路稱為晶閘管的觸發(fā)電路。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。晶閘管相控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始位來(lái)控制輸出電壓的大小，為保證相控電路的正常工作，很重要的一點(diǎn)是應(yīng)保證觸發(fā)角的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。</p><p>

29、　　3.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)要求</p><p>　　晶閘管的型號(hào)很多，其應(yīng)用電路種類也很多，不同的晶閘管型號(hào)，應(yīng)用電路對(duì)觸發(fā)信號(hào)都會(huì)有不同的要求。但是，歸納起來(lái)，晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)，過(guò)零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。不管是哪種觸發(fā)電路，對(duì)它產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖都有如下要求：</p><p>　　1、觸發(fā)信號(hào)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(hào)即失去了控制作用，為了減小門極的損耗

30、，一般不采用直流或交流信號(hào)觸發(fā)晶閘管，而廣泛采用脈沖觸發(fā)信號(hào)。</p><p>　　2、觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。觸發(fā)信號(hào)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)。由于晶閘管元件門極參數(shù)的分散性很大，且隨溫度的變化也大，為使所有合格的元件均能可靠觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄來(lái)設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并有一定的裕量。</p><p>　　3、觸發(fā)

31、脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈搏沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)通后，陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。普通晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間約法為6，故觸發(fā)電路的寬度至少應(yīng)有以上，對(duì)于電感性負(fù)載，由于 電感會(huì)抑制電流的上升，觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)更大一些，通常為0.5至1，此外，某些具體電路對(duì)觸發(fā)脈沖寬度會(huì)有一定的要求，如三相全控橋等電路的觸發(fā)脈沖寬度要大于60°或采用雙窄脈沖。</p><p>　　為了快速而可靠地觸

32、發(fā)大功率晶閘管，常在觸發(fā)脈沖的前沿疊加一個(gè)強(qiáng)觸發(fā)脈沖，強(qiáng)觸發(fā)脈沖的電流波形如圖4-1所示。強(qiáng)觸發(fā)電流的幅值可達(dá)到最大觸發(fā)電流的5倍。前沿約為幾。</p><p>　　圖3-1 強(qiáng)觸發(fā)電流波形</p><p>　　4、觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖稱相范圍必須滿足電路要求。為保證控制的規(guī)律性，要求晶閘管在每個(gè)陽(yáng)極電壓周期都在相同控制角α觸發(fā)導(dǎo)通，這就要求脈沖的頻率必須與陽(yáng)極電壓同

33、步。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(yáng)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。</p><p>　　3.3 集成觸發(fā)電路TCA789</p><p>　　3.3.1 TCA785芯片介紹</p><p>　　TCA785是德國(guó)西門子(Siemens)公司于19

34、88年前后開(kāi)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(guó)產(chǎn)的KJ785完全相同，因此可以互換。目前，它在國(guó)內(nèi)變流行業(yè)中已廣泛應(yīng)用。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(duì)零點(diǎn)的識(shí)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。</p><p>　?。?）

35、引腳排列、各引腳的功能及用法</p><p>　　TCA785是雙列直插式16引腳大規(guī)模集成電路。它的引腳排列如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 TCA785的引腳排列</p><p>　　各引腳的名稱、功能及用法如下：</p><p>　　引腳16(VS)：電源端。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。</

36、p><p>　　引腳1(OS)：接地端。應(yīng)用中與直流電源VS、同步電壓VSYNC及移相控制信號(hào)V11的地端相連接。</p><p>　　引腳4(Q1)和2(Q2)：輸出脈沖1與2的非端。該兩端可輸出寬度變化的脈沖信號(hào)，其相位互差180°，兩路脈沖的寬度均受非脈沖寬度控制端引腳13(L)的控制。它們的高電平最高幅值為電源電壓VS，允許最大負(fù)載電流為10mA。若該兩端輸出脈沖在系統(tǒng)中不用

37、時(shí)，電路自身結(jié)構(gòu)允許其開(kāi)路。</p><p>　　引腳14(Q1)和15(Q2)：輸出脈沖1和2端。該兩端也可輸出寬度變化的脈沖，相位同樣互差180°，脈沖寬度受它們的脈寬控制端引腳12(C12)的控制。兩路脈沖輸出高電平的最高幅值為5VS。</p><p>　　引腳13(L)：非輸出脈沖寬度控制端。該端允許施加電平的范圍為-0.5V—5VS，當(dāng)該端接地時(shí)，Q1、Q2為最寬脈沖輸

38、出，而當(dāng)該端接電源電壓VS時(shí)，Q1、Q2為最窄脈沖輸出。</p><p>　　引腳12(C12)：輸出Q1、Q2脈寬控制端。應(yīng)用中，通過(guò)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)，Q1、Q2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，而輸出寬脈沖的最寬寬度為2000μs。</p><p>　　引腳11(V11)：

39、輸出脈沖Q1、Q2或Q1、Q2移相控制直流電壓輸入端。應(yīng)用中，通過(guò)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0.2V—Vs-2V，當(dāng)其在此范圍內(nèi)連續(xù)變化時(shí)，輸出脈沖Q1、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：</p><p>　　trr=(V11R9C10)/(VREFK)&

40、lt;/p><p>　　式中 R9、C10、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)。</p><p>　　為降低干擾，應(yīng)用中引腳11通過(guò)0.1μF的電容接地，通過(guò)2.2μF的電容接正電源。</p><p>　　引腳10(C10)：外接鋸齒波電容連接端。C10的實(shí)用范圍為500pF—1μF。該電容的最小充電電流為

41、10μA。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VS-2V，其典型后沿下降時(shí)間為80μs。</p><p>　　引腳9(R9)：鋸齒波電阻連接端。該端的電阻R9決定著C10的充電電流，其充電電流可按下式計(jì)算：I10=VREFK/R9</p><p>　　連接于引腳9的電阻亦決定了引腳10鋸齒波電壓幅度的高低，鋸齒波幅值為： V10=VREF

42、K/(R9C10) ，電阻R9的應(yīng)用范圍為3300kΩ。</p><p>　　引腳8(VREF)：TCA785自身輸出的高穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓端。負(fù)載能力為驅(qū)動(dòng)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，VREF的變化范圍為2.8—3.4V，當(dāng)TCA785應(yīng)用的工作電源電壓為15V，輸出脈沖頻率為50Hz時(shí)，VREF的典型值為3.1V，如用戶電路中不需要應(yīng)用VREF，則該端可以開(kāi)

43、路。</p><p>　　引腳7(QZ)和3(QV)：TCA785輸出的兩個(gè)邏輯脈沖信號(hào)端。其高電平脈沖幅值最大為VS-2V，高電平最大負(fù)載能力為10mA。QZ為窄脈沖信號(hào)，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(hào)，QV為寬脈沖信號(hào)，它的寬度為移相控制角φ+180°，它與Q1、Q2或Q1、Q2同步，頻率與Q1、Q2或Q1、Q2相同，該兩邏輯脈沖信號(hào)可用來(lái)提供給用戶

44、的控制電路作為同步信號(hào)或其它用途的信號(hào)，不用時(shí)可開(kāi)路。</p><p>　　引腳6(I)：脈沖信號(hào)禁止端。該端的作用是封鎖Q1、Q2及Q1、Q2的輸出脈沖，該端通常通過(guò)阻值10kΩ的電阻接地或接正電源，允許施加的電壓范圍為-0.5V—VS，當(dāng)該端通過(guò)電阻接地，且該端電壓低于2.5V時(shí)，則封鎖功能起作用，輸出脈沖被封鎖。而該端通過(guò)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。該端允許低電平最大灌電流為0.

45、2mA，高電平最大拉電流為0.8mA。</p><p>　　引腳5(VSYNC)：同步電壓輸入端。應(yīng)用中需對(duì)地端接兩個(gè)正反向并聯(lián)的限幅二極管，該端吸取的電流為20—200μA，隨著該端與同步電源之間所接的電阻阻值的不同，同步電壓可以取不同的值，當(dāng)所接電阻為200kΩ時(shí)，同步電壓可直接取AC220V。</p><p><b>　?。?）基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)</b></p&

46、gt;<p>　　TCA785的基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)有：能可靠地對(duì)同步交流電源的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，因而可方便地用作過(guò)零觸發(fā)而構(gòu)成零點(diǎn)開(kāi)關(guān)；它具有寬的應(yīng)用范圍，可用來(lái)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

47、較大的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，每路可直接輸出250mA的驅(qū)動(dòng)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(duì)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—+85°C)和工作電源電壓范圍(-0.5—+18V)。</p><p><b>　?。?）極限參數(shù)</b></p><p>　　電源電壓：+8—18V或±4—9V；</p>&l

48、t;p>　　移相電壓范圍：0.2V—VS-2V;</p><p>　　輸出脈沖最大寬度：180°；</p><p>　　最高工作頻率：10—500Hz；</p><p>　　高電平脈沖負(fù)載電流：400mA；</p><p>　　低電平允許最大灌電流：250mA；</p><p>　　輸出脈沖高、低電平幅

49、值分別為VS和0.3V；</p><p>　　同步電壓隨限流電阻不同可為任意值；</p><p>　　最高工作頻率：10—500Hz；</p><p>　　工作溫度范圍：軍品 -55—+125℃，工業(yè)品 -25—+85℃，民品 0—+70℃。</p><p>　　3.3.2 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路</p><p&

50、gt;　　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)備中觸發(fā)晶閘管或晶體管，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用戶需要的整流、調(diào)壓、交直流調(diào)速、及直流輸電等目的。西門子TCA785觸發(fā)電路，它對(duì)零點(diǎn)的識(shí)別可靠，輸出脈沖的齊整度好，移相范圍寬；同時(shí)它輸出脈沖的寬度可人為自由調(diào)節(jié)。西門子TCA785外圍電路如圖3-3 所示。</p><p&g

51、t;　　圖3-3 TCA785鋸齒波移相觸發(fā)電路原理圖</p><p>　　鋸齒波斜率由電位器RP1 調(diào)節(jié)，RP2 電位器調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角。交流電源采用同步變壓器提供，同步變壓器與整流變壓器為同一輸入，根據(jù)TCA785能可靠地對(duì)同步交流電源的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，從而可保證觸發(fā)脈沖與晶閘管的陽(yáng)極電壓保持同步。同步變壓器的變比選為。</p><p>　　第4章 保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p>

52、;<p>　　在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓、過(guò)電流、du/dt保護(hù)和di/dt 保護(hù)也是必要的。</p><p>　　4.1 過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　以過(guò)電壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)過(guò)壓保護(hù)、直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)和器件兩端的過(guò)電壓保護(hù)三種。</p><p>　?。?）交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)<

53、/p><p>　　可采用阻容保護(hù)或壓敏電阻保護(hù)。</p><p>　　① 阻容保護(hù)（即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)）</p><p>　　單相阻容保護(hù)的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　(4-2)</b><

54、;/p><p>　　S：變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）；</p><p>　?。鹤儔浩鞲边呄嚯妷河行е担╒）；</p><p>　　%：變壓器激磁電流百分值；</p><p>　　%：變壓器的短路電壓百分值。</p><p>　　當(dāng)變壓器的容量在（10—000）KVA里面取值時(shí)%=(4—10)在里面取值，%=(5—10）里

55、面取值。</p><p>　　電容C的單位為μF，電阻的單位為Ω。</p><p>　　電容C的交流耐壓≥1.5U。</p><p>　　U：正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。</p><p>　　根據(jù)公式算得電容值為4.8μF,交流耐壓為165V，電阻值為12.86Ω，</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我們?nèi)‰娙轂?μF

56、，電阻值為13Ω。</p><p><b>　?、?壓敏電阻的計(jì)算</b></p><p>　　==1.3××220=404.4V (4-3)</p><p>　　流通量取5KA。選MY31-440/5型壓敏電阻（允許偏差+10％）作交流側(cè)浪涌過(guò)電壓保護(hù)。</p>

57、;<p>　?。?）直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)</p><p>　　直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。</p><p>　　(1.8～2)=(1.8～2.2)×198=356.4～435.6V (4-4)

58、 </p><p>　　選MY31-440/5型壓敏電阻(允許偏差+10％)作直流側(cè)過(guò)壓保護(hù)。</p><p>　　（3）晶閘管兩端的過(guò)電壓保護(hù) </p><p>　　抑制晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法，可查下面的經(jīng)驗(yàn)值表確定阻容參數(shù)值。</p><p>　　表4-1 阻容保護(hù)的數(shù)值(一般根據(jù)經(jīng)

59、驗(yàn)選定)</p><p>　　由于,由上表可知選取C=0.1µF，R=100Ω。</p><p>　　4.2 過(guò)電流保護(hù)</p><p>　　快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。 </p><p>　　接阻感負(fù)載的單相全控橋電路，通過(guò)晶閘管

60、的有效值</p><p>　　A (4-5)</p><p>　　選取RLS-1快速熔斷器，熔體額定電流1A。</p><p>　　4.3 電流上升率di/dt的抑制 </p><p>　　晶閘管初開(kāi)通時(shí)電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密很大，然

61、后以0.1mm/μs的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面，若晶閘管開(kāi)通時(shí)電流上升率di/dt過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感。如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 串聯(lián)電感抑制回路</p><p>　　4.4 電壓上升率du/dt的抑制 </p><p>　　加在晶閘管上的正向電壓

62、上升率du/dt也應(yīng)有所限制,如果du/dt過(guò)大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制du/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 并聯(lián)R-C阻容吸收回路</p><p>　　第5章 系統(tǒng)MATLAB仿真</p>

63、<p>　　5.1 MATLAB軟件介紹</p><p>　　本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。

64、</p><p>　　5.2 系統(tǒng)建模與參數(shù)設(shè)置</p><p>　　單相全控橋式整流電路模型主要由交流電源、同步觸發(fā)脈沖、晶閘管全控橋、電感負(fù)載、測(cè)量等部分組成。采用MATLAB面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的單相全控橋式整流電路仿真模型如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 單相全控橋式整流電路仿真模型</p><p><b

65、>　　相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置：</b></p><p>　　、 交流電壓源參數(shù)U=220V（幅值為V），f=50Hz；</p><p>　　圖5-2 交流電壓源參數(shù)設(shè)置</p><p>　　、晶閘管參數(shù)Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=10Ω，Cs=250e-6F；負(fù)載參數(shù)R=10Ω，L=0H，C=inf；</p>&

66、lt;p>　　、 脈沖發(fā)生器觸發(fā)信號(hào)1、2的振幅為5V，周期為0.02s（即頻率為50Hz），脈沖寬度為2。</p><p>　　當(dāng)觸發(fā)角為0°時(shí)，設(shè)置觸發(fā)信號(hào)1的初相位為0s（即0°），觸發(fā)信號(hào)2的初相位為0.01s（即180°）；</p><p>　　圖5-3 觸發(fā)角為0°時(shí)，觸發(fā)信號(hào)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　

67、當(dāng)觸發(fā)角為45°時(shí)，設(shè)置觸發(fā)信號(hào)1的初相位為0.0025s（即45°），觸發(fā)信號(hào)2的初相位為0.0125s（即225°）；</p><p>　　圖5-4 觸發(fā)角為45°時(shí)，觸發(fā)信號(hào)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　當(dāng)觸發(fā)角為60°時(shí)，設(shè)置觸發(fā)信號(hào)1的初相位為0.0033s（即60°），觸發(fā)信號(hào)2的初相位為0.0133s（即240&#

68、176;）；</p><p>　　圖5-5 觸發(fā)角為60°時(shí)，觸發(fā)信號(hào)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　當(dāng)觸發(fā)角為90°時(shí)，設(shè)置觸發(fā)信號(hào)1的初相位為0.005s（即90°），觸發(fā)信號(hào)2的初相位為0.015s（即270°）；</p><p>　　圖5-6 觸發(fā)角為90°時(shí)，觸發(fā)信號(hào)參數(shù)設(shè)置</p><

69、;p>　　、本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設(shè)為0，Stop time設(shè)為0.06s。</p><p>　　、示波器相關(guān)參數(shù)的設(shè)定：“Number of axes”設(shè)置為7，“Time range”設(shè)置為auto，“Tick labels”設(shè)置為 bottom axis only，“sampling”設(shè)置為Decimation1。</p><p>　　圖

70、5-7 示波器相關(guān)參數(shù)的設(shè)定</p><p>　　5.3 系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析</p><p>　　當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開(kāi)始進(jìn)行仿真。圖6-2是單相全控橋式整流電路仿真模型在觸發(fā)角分別為0°、45°、60°、90°時(shí)的輸出曲線。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。</p><p>　　(a) 觸發(fā)角為0&

71、#176;</p><p>　　(b) 觸發(fā)角為45°</p><p>　?。╟） 觸發(fā)角為60°</p><p>　　（d）觸發(fā)角為90°</p><p>　　圖5-2 單相全控橋式整流電路仿真模型曲線</p><p>　　圖5-3 單相全控橋式整流電路理論波形</p>

72、<p>　　下面分析一下仿真的結(jié)果：</p><p>　　由圖5-2（a）知，在電源電壓正半周期，晶閘管TV1（和TV4）承受正向電壓，在時(shí)施加觸發(fā)信號(hào)CF1，使晶閘管TV1（和TV4）導(dǎo)通，則電源電壓通過(guò)TV1和TV4加至負(fù)載上，晶閘管TV1兩端的電壓近視為0（忽略管壓降）。當(dāng)電源電壓過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的存在，TV1（和TV4）仍繼續(xù)導(dǎo)通，負(fù)載電流Zi和電壓Zu連續(xù)。</p><

73、p>　　由圖5-2（b）、（c）知，與理論波形圖5-3相比較，分別在=45°、</p><p>　　=60°施加觸發(fā)信號(hào)CF1，晶閘管TV1（和TV4）導(dǎo)通后，負(fù)載電壓Zu接近于變壓器二次側(cè)電壓AC的波形。負(fù)載電流Zi存在斷續(xù)，可知已知電感（700mH）還不夠大，與前面的理論分析假設(shè)的大電感有區(qū)別。</p><p>　　3、由圖5-3（d）可知，當(dāng)觸發(fā)角=90&#

74、176;，理論值平均電壓Ud=0，圖中Zu接近于0。</p><p><b>　　4、數(shù)據(jù)分析：</b></p><p>　?。?）、=0°，實(shí)際值Ud=198.069；理論值Ud=198；實(shí)測(cè)值和理論值非常接近，誤差極小，產(chǎn)生的誤差可能是計(jì)算問(wèn)題；</p><p>　?。?）、=45°，實(shí)際值Ud=140.056；理論值U

75、d=140；實(shí)測(cè)值和理論值非常接近，誤差極??；</p><p>　　（3）、=60°，實(shí)際值Ud=99.034；理論值Ud=99；實(shí)測(cè)值和理論值非常接近，誤差極??；</p><p>　?。?）、=00°，實(shí)際值Ud=0.062；理論值Ud=0；實(shí)測(cè)值和理論值非常接近，誤差極小。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b>&

76、lt;/p><p>　　不得不說(shuō)，這次電力電子的課程設(shè)計(jì)使我受益匪淺。我選的課題是單相橋式整流帶阻感性負(fù)載電路，通過(guò)平常在課堂上的學(xué)習(xí)，我們對(duì)這個(gè)電路在理論上已經(jīng)有了非常充分的了解，課題看起來(lái)貌似也不難。但通過(guò)這幾天的設(shè)計(jì)，我深深的感悟到理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，光具有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只要在親自動(dòng)手操作的過(guò)程中，在不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再改正問(wèn)題的過(guò)程中，我們才能收獲知識(shí)，得到進(jìn)步。</p><p&g

77、t;　　此次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我更進(jìn)一步地熟悉了單相橋式整流電路的原理以及觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中我也遇到了困難，通過(guò)查閱資料，相互討論，我準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實(shí)踐能力有了進(jìn)一步的提高。另外，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p>　　最

78、后，我要特別感謝**老師對(duì)我的本課程設(shè)計(jì)在制作過(guò)程中得到了細(xì)心指導(dǎo)及許多同學(xué)的熱心幫助，感謝他們提出的誠(chéng)懇意見(jiàn)和無(wú)私的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M](第4版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p><b>　　15-96</b>

79、</p><p>　　[2] 浣喜明，姚為正.電力電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.128-145</p><p>　　[3] 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M](第5版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.</p><p><b>　　19-94</b></p><p>　　[4] 陸秀令,張振飛.電力電子技

80、術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[M].衡陽(yáng)：湖南工學(xué)院電氣與信息工程系，2010.10-18</p><p>　　[5] 周淵深. 電力電子技術(shù)與MATLAB仿真[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.</p><p><b>　　188-278</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)電路圖</p><p>　　附錄B 元器件清