三相整流电路的设计

电气信息学院
课程设计任务书
课题名称三相整流电路的设计
姓名专业电气工程及其自动化班级学号01指导老师蔡斌军杨青梁锦颜渐得李祥来
课程设计时间2016年6月6日-2016年6月17日（15、16周）
教研室意见意见：审核人：
一、任务及要求
1. 设计出三相整流电路的主电路。

（输入电压AC0-220V,功率1KW,阻感负载）
2. 设计三相整流电路的控制电路。

3. 设计三相整流电路的驱动电路。

4.给出整体设计框图，画出三相整流电路的总体原理图；
5. 说明所选器件的型号，特性。

6. 给出具体电路画出电路原理图；
7.编写设计说明书；
8.课程设计说明书要求用手写，所绘原理图纸用计算机打印。

（16K）
二、进度安排
第一周：星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；
星期二——星期五：查找资料，确定设计方案，画出草图。

第二周：星期一上午——星期二下午：电路设计，打印出图纸。

星期三：书写设计报告；星期四：书写设计报告；星期五：答辩。

主电路设计
当负载为阻感性时，三相桥式全控整流电路通过六个晶闸管和足够大的电感把电网的交流电转化为直流电而供给用户使用，可以通过调节触发电路的控制电压Vk改变晶闸管的控制角α，从而改变输出电压Ud和输出电流Id。

三相桥式全控整流电路原理图如图3.1所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、 VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。

此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a,b,c三相电源连接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5,共阳极组中与a,b,c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。

从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

图3.1 三相桥式全控整流电路原理图
触发电路设计
3.3.1 TCF792芯片简介
TCF792的芯片管脚图如图3.4所示。

图3.4 TCF792的芯片管脚图
TCF792原理结构简图如图3.5所示。

图3.5 TCF792原理结构简图
该芯片供电电压为5V，它的输入输出端口兼容TTL电平，这使它与其它数字电路接口简单方便。

同步信号采用方波由7脚输入，其下降沿应为A相相电压由负变正过零同步点。

该周期信号经180倍倍频后，形成2°周期宽度的脉冲信号，该信号进入数字运算控制单元后用于形成2°，4°，60°，120°，180°等控制信号。

调制波脉冲、相位分配等信号由此产生。

移相角控制电压，脉冲宽度控制电压，滞后相位补偿电压分别由多路开关切換后进入10位A/D转換电路，其分辨率达0.05%，可以滿足工业控制需要。

转換后的数值送入运算控制单元。

数字运算控制单元的运算节拍由振荡器产生。

振荡器分内部振荡器和外部振荡电路。

A型选用外部晶振振荡电路，B型采用内部振荡电路，由生产商在制造时固定。

全控双脉冲或半控单脉冲选择，矩形波或调制波选择，鋸齿形或余弦函数型(指移相角度与控制电压关係曲线)选择，正相序输出或反相序输出选择，分別由15，17，18，19脚悬空或接地进行控制。

16脚若接地将闭鎖所有的输出，一般用于过载或短路保护。

芯片内含自动上电复位电路。

芯片內设置有硬件看门狗电路，当电路发生干扰打乱数字电路运行节拍时，能起纠正作用，输出电路极迅速恢复正常。

TCF792管脚功能如图3.6所示。

图3.6 TCF792管脚功能表
3.3.2 基于TCF792B的集成触发电路设计
基于TCF792B的集成触发部分电路如图3.7所示。

其中，电网电压Uac经R1，R2，R3与VD1，VD2削波后，进入R4输入电压比较器的负输入端，当Uac 为正半波时，比较器输出零电平；当Ua为负半波时，比较器输出高电平，从而将正弦波输出变换为方波输出，Uac的输入范围为5～400 V。

光电耦合器U2用作电路隔离，起抗干扰作用。

电容器C1起滤除Uac信号中过零点附近的毛刺，其数值可依实际波形中毛刺的大小而定。

由于滤波产生的相位滞后，可调整RW2的输出至引脚14进行电位补偿。

TCF7928的引脚2为+A输出信号，低电平有效。

光电耦合器U3用作电路隔离，其意义同U2。

U2的右边为脉冲放大电路，其参数
可依晶闸管型号进行调整。

脉宽可由RW1调整，其调整范围为0°～180°，实际约调至200Us即可。

触发角控制电压输入端Vk(引脚12)上的电位通过R20上的压降取得，其值取决于光电耦合器U4的输出电流。

光电耦合器采用线形PC817-A，其输出电流与输入电流成正比。

晶体管V2与R21构成恒流源电路，其大小受基极电位控制。

图2中的Uac经整流、阻容分压滤波，加在RW3两端，用以调节RW3，可改变输入至V2的基极电位，进而改变移相触发角，调节晶闸管整流输出电压。

利用5V和18V电源对电路隔离，有利于提高器件的抗干扰能力。

其引脚15悬空，选择全控单脉冲；引脚18接地，选择余弦函数输出。

输出移相角α与控制电压Vk的关系式为：
α⑴
V
V
arccos k V
=
)/
cc]
[(
2-
cc
三相桥式全控整流输出电压为：
α
U=⑵
cos
d KU
ac
式中：K为常数。

将式（1）代入式（2）有：
βac
U=⑶
d KU
β
式中：2/
V
V
=
1{k V
+
cc
cc
[(
/)
]}
2
-
由式(3)可见，Ud与Vk成线性函数关系。

值得注意的是：举例中，RW3两端的电压并未采用稳压电源，而是取Uac经整流降压后的电压。

由上述公式可，当Uac下降时，Ud下降，此时Vk也成比例下降，而Vk下降将使控制角减小，从而补偿了因Uac下降引起的整流电压下降。

假设正常运行时触发角为90°，当电网电压下降10％，则经计算，其Ud仅下降l％。

可见它具有一定的恒压整流作用，且电路原理简单。

图3.7 基于TCF792B的集成触发部分电路驱动电路设计
驱动电路如图3.8所示，由TCF792B触发电路产生的六路双脉冲信号+A、-A、+B、-B、+C、-C通过光电耦合器电气隔离，经六组晶体管电路进行脉冲放大输出。

图3.8 驱动电路
系统总体框图
系统总体框图大致如图2.1所示：
图2.1 系统总体框图
TCF792 是单、三相通用数字相位控制触发电路。

它采用单相同步信号输入,数字分频移相120°,
以适应三相触发电路。

在电路功能上全面兼容TC787,TC788,TC790A,TC790B,TCA785, KJ004,KJ041,KJ04 等
几乎所有种类的单、三相移相触发电路且价格低廉。

触发角2-178°,可选择矩形波或调制波输出。

脉冲宽
度采用电压控制，无需移相电容。

该芯片移相角可选择传统的锯齿型线性输出或余弦函数输出两种方式。

当采用余弦函数输出时，它的整流输出电压与控制电压成线形关系。

该芯片可用于可控硅、双向可控硅和
晶体管类控制电路。

它可用于交直流转換电路，交、直流调压控制和三相调压变频逆变控制器等。

它具有
价廉、易用、性能优良、无需调试的优点
TCF792A和TCF792B是单相、三相通用数字相位控制触发电路。

该系列器件具有单相同步输入信号和数字分频移相120°，可适应单相、三相触发电路。

TCF792A主要适用于10～500 Hz宽范围的频率调节(需外接20 MHz晶体振荡器，超出500 Hz需特殊订货)；而TCF792B主要适用于50 Hz工频范围的频率调节(无需外接晶体振荡器)。

两者均可选择矩形波或调制波输出，且脉宽可调。

在电路功能上，该系列触发电路全面兼容于TC787，TC788，TC790A，TC790B，TCA785和KJ004，KJ04l，KJ04等单相、三相移相触发电路，且价格低廉。

由于采用电压控制脉宽，无需移相电容，因此可方便构成幅度可变、脉宽调制(PWM)
的逆变电源触发电路。

此外，由于它增加了同步信号滞后补偿功能，其补偿范围为0°~60°，因此可通过深度滤波去除强干扰信号，还可通过调整补偿角度，精确判别同步信号的零点。

该功能的增加不仅能使其用作精确的过零开关，还能简化整流变压器的接线组别，用于任意相的整流电路等。

另外，通过选择传统的锯齿波线性输出或余弦函数输出两种方式可控制该系列器件的触发角度。

当采用余弦函数输出时，其整流输出电压与控制电压呈线形关系。

该系列器件既可用于单相、三相半控和全控桥晶闸管整流触发和单、三相交流调压反并联和双向晶闸管触发，也可用于晶体管类变频变压逆变等控制电路。

由于其采用的角度为控制单位，因此可有效防止由频率变化而引起的失控和颠覆现象。

课程设计评分标准。