三相整流電路的設計

1、電氣信息學院課程設計任務書課題名稱三相整流電路的設計姓 名專業(yè)電氣工程及其自動化班級學號01指導老師蔡斌軍 楊青 梁錦 顏漸得 李祥來課程設計時間2016年6月6日-2016年6月17日（15、16周）教研室意見意見： 審核人：一、任務及要求1. 設計出三相整流電路的主電路。（輸入電壓AC0-220V,功率1KW,阻感負載）2. 設計三相整流電路的控制電路。3. 設計三相整流電路的驅動電路。4. 給出整體設計框圖，畫出三相整流電路的總體原理圖；5. 說明所選器件的型號，特性。6. 給出具體電路畫出電路原理圖；7.編寫設計說明書； 8.課程設計說明書要求用手寫，所繪原理圖紙用計算機打印。（16K

2、） 二、進度安排第一周：星期一：下達設計任務書，介紹課題內容與要求；星期二星期五：查找資料，確定設計方案，畫出草圖。第二周：星期一上午星期二下午：電路設計，打印出圖紙。 星期三：書寫設計報告；星期四：書寫設計報告；星期五：答辯。主電路設計當負載為阻感性時，三相橋式全控整流電路通過六個晶閘管和足夠大的電感把電網的交流電轉化為直流電而供給用戶使用，可以通過調節(jié)觸發(fā)電路的控制電壓Vk改變晶閘管的控制角，從而改變輸出電壓Ud和輸出電流Id。三相橋式全控整流電路原理圖如圖3.1所示，習慣將其中陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1、 VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4、VT6、

3、VT2）稱為共陽極組。此外，習慣上希望晶閘管按從1至6的順序導通，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a,b,c三相電源連接的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5,共陽極組中與a,b,c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。從后面的分析可知，按此編號，晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。圖3.1 三相橋式全控整流電路原理圖觸發(fā)電路設計3.3.1 TCF792芯片簡介TCF792的芯片管腳圖如圖3.4所示。圖3.4 TCF792的芯片管腳圖TCF792原理結構簡圖如圖3.5所示。圖3.5 TCF792原理結構簡圖該芯片供電電壓為5V， 它的

4、輸入輸出端口兼容TTL電平，這使它與其它數字電路接口簡單方便。同步信號采用方波由7腳輸入，其下降沿應為A相相電壓由負變正過零同步點。該周期信號經180倍倍頻后，形成2周期寬度的脈沖信號，該信號進入數字運算控制單元后用于形成2，4，60，120，180等控制信號。調制波脈沖、相位分配等信號由此產生。移相角控制電壓，脈沖寬度控制電壓，滯后相位補償電壓分別由多路開關切換后進入10位A/D轉換電路，其分辨率達0.05%，可以滿足工業(yè)控制需要。轉換后的數值送入運算控制單元。數字運算控制單元的運算節(jié)拍由振蕩器產生。振蕩器分內部振蕩器和外部振蕩電路。A型選用外部晶振振蕩電路，B型采用內部振蕩電路，由生產商在

5、制造時固定。全控雙脈沖或半控單脈沖選擇，矩形波或調制波選擇，鋸齒形或余弦函數型(指移相角度與控制電壓關係曲線)選擇，正相序輸出或反相序輸出選擇，分別由15，17，18，19腳懸空或接地進行控制。16腳若接地將閉鎖所有的輸出，一般用于過載或短路保護。芯片內含自動上電復位電路。芯片內設置有硬件看門狗電路，當電路發(fā)生干擾打亂數字電路運行節(jié)拍時，能起糾正作用，輸出電路極迅速恢復正常。TCF792管腳功能如圖3.6所示。 圖3.6 TCF792管腳功能表3.3.2 基于TCF792B的集成觸發(fā)電路設計基于TCF792B的集成觸發(fā)部分電路如圖3.7所示。其中，電網電壓Uac經R1，R2，R3與VD1，VD

6、2削波后，進入R4輸入電壓比較器的負輸入端，當Uac為正半波時，比較器輸出零電平；當Ua為負半波時，比較器輸出高電平，從而將正弦波輸出變換為方波輸出，Uac的輸入范圍為5400 V。光電耦合器U2用作電路隔離，起抗干擾作用。電容器C1起濾除Uac信號中過零點附近的毛刺，其數值可依實際波形中毛刺的大小而定。由于濾波產生的相位滯后，可調整RW2的輸出至引腳14進行電位補償。TCF7928的引腳2為+A輸出信號，低電平有效。光電耦合器U3用作電路隔離，其意義同U2。U2的右邊為脈沖放大電路，其參數可依晶閘管型號進行調整。脈寬可由RW1調整，其調整范圍為0180，實際約調至200Us即可。觸發(fā)角控制電

7、壓輸入端Vk(引腳12)上的電位通過R20上的壓降取得，其值取決于光電耦合器U4的輸出電流。光電耦合器采用線形PC817-A，其輸出電流與輸入電流成正比。晶體管V2與R21構成恒流源電路，其大小受基極電位控制。圖2中的Uac經整流、阻容分壓濾波，加在RW3兩端，用以調節(jié)RW3，可改變輸入至V2的基極電位，進而改變移相觸發(fā)角，調節(jié)晶閘管整流輸出電壓。利用5V和18V電源對電路隔離，有利于提高器件的抗干擾能力。其引腳15懸空，選擇全控單脈沖；引腳18接地，選擇余弦函數輸出。輸出移相角與控制電壓Vk的關系式為： 三相橋式全控整流輸出電壓為： 式中：為常數。將式（1）代入式（2）有： 式中： 由式(3

8、)可見，Ud與Vk成線性函數關系。值得注意的是：舉例中，RW3兩端的電壓并未采用穩(wěn)壓電源，而是取Uac經整流降壓后的電壓。由上述公式可，當Uac下降時，Ud下降，此時Vk也成比例下降，而Vk下降將使控制角減小，從而補償了因Uac下降引起的整流電壓下降。假設正常運行時觸發(fā)角為90，當電網電壓下降10，則經計算，其Ud僅下降l?？梢娝哂幸欢ǖ暮銐赫髯饔?，且電路原理簡單。圖3.7 基于TCF792B的集成觸發(fā)部分電路驅動電路設計驅動電路如圖3.8所示，由TCF792B觸發(fā)電路產生的六路雙脈沖信號+A、-A、+B、-B、+C、-C通過光電耦合器電氣隔離，經六組晶體管電路進行脈沖放大輸出。圖3.8

9、驅動電路系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖大致如圖2.1所示：圖2.1 系統(tǒng)總體框圖TCF792 是單、 三相通用數字相位控制觸發(fā)電路。它采用單相同步信號輸入,數字分頻移相 120,以適應三相觸發(fā)電路。在電路功能上全面兼容 TC787,TC788,TC790A,TC790B,TCA785, KJ004,KJ041,KJ04 等幾乎所有種類的單、三相移相觸發(fā)電路且價格低廉。觸發(fā)角 2-178,可選擇矩形波或調制波輸出。脈沖寬度采用電壓控制，無需移相電容。該芯片移相角可選擇傳統(tǒng)的鋸齒型線性輸出或余弦函數輸出兩種方式。當采用余弦函數輸出時，它的整流輸出電壓與控制電壓成線形關系。該芯片可用于可控硅、雙向可控硅和

10、晶體管類控制電路。它可用于交直流轉換電路，交、直流調壓控制和三相調壓變頻逆變控制器等。它具有價廉、易用、性能優(yōu)良、無需調試的優(yōu)點TCF792A和TCF792B是單相、三相通用數字相位控制觸發(fā)電路。該系列器件具有單相同步輸入信號和數字分頻移相120，可適應單相、三相觸發(fā)電路。TCF792A主要適用于10500 Hz寬范圍的頻率調節(jié)(需外接20 MHz晶體振蕩器，超出500 Hz需特殊訂貨)；而TCF792B主要適用于50 Hz工頻范圍的頻率調節(jié)(無需外接晶體振蕩器)。兩者均可選擇矩形波或調制波輸出，且脈寬可調。在電路功能上，該系列觸發(fā)電路全面兼容于TC787，TC788，TC790A，TC790

11、B，TCA785和KJ004，KJ04l，KJ04等單相、三相移相觸發(fā)電路，且價格低廉。由于采用電壓控制脈寬，無需移相電容，因此可方便構成幅度可變、脈寬調制(PWM)的逆變電源觸發(fā)電路。此外，由于它增加了同步信號滯后補償功能，其補償范圍為060，因此可通過深度濾波去除強干擾信號，還可通過調整補償角度，精確判別同步信號的零點。該功能的增加不僅能使其用作精確的過零開關，還能簡化整流變壓器的接線組別，用于任意相的整流電路等。另外，通過選擇傳統(tǒng)的鋸齒波線性輸出或余弦函數輸出兩種方式可控制該系列器件的觸發(fā)角度。當采用余弦函數輸出時，其整流輸出電壓與控制電壓呈線形關系。該系列器件既可用于單相、三相半控和全控橋晶閘管整流觸發(fā)和單、三相交流調壓反并聯(lián)和雙向晶閘管觸發(fā)，也可用于晶體管類變頻變壓逆變等控制電路。由于其采用的角度為控制單位，因此可有效防止由頻率變化而引起的失控和顛覆現象。課程設計評分標準環(huán)節(jié)項目評價優(yōu)良中及格不及格