基于TC787的六相可控整流電路的設(shè)計(jì)

基于TC787的六相可控整流電路的設(shè)計(jì)

摘??要：介紹了六相可控整流電路的特點(diǎn)及其具體的應(yīng)用電路，詳細(xì)介紹了TC787的工作原理，并給出了其應(yīng)用于六相可控整流的應(yīng)用電路。通過一臺(tái)6KW永磁同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明該設(shè)計(jì)方法是可行的。
關(guān)鍵詞：6相可控整流；TC787；PI調(diào)節(jié)

1． 引言

在一些特殊應(yīng)用中，如冶金、電化學(xué)、電動(dòng)汽車等，供電電源往往只有幾十伏，功率范圍卻在幾千瓦到幾十千瓦之間，供電電源提供的電流要達(dá)到數(shù)百安培。采用三相橋式整流電路難以滿足此類要求，因此本文提出了采用了六相可控整流電路來解決此類低電壓大電流供電電源的問題。

2．系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的供電電源由永磁同步發(fā)電機(jī)提供，該永磁同步發(fā)電機(jī)為雙Y移 繞組結(jié)構(gòu)，兩套繞組在空間相位上相差 電角度。每套Y形連接的內(nèi)部繞組在空間上互差 電角度。兩個(gè)三相繞組分別經(jīng)過三相全橋整流后經(jīng)平波電抗器并聯(lián)在一起，形成12脈波整流電路，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主電路圖

3． TC787簡介

TC787是采用先進(jìn)IC工藝設(shè)計(jì)制作的單片集成電路，可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)電路和三相三極管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種調(diào)壓調(diào)速和變流裝置。與目前流行的KC系列電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬，外接元件少等優(yōu)點(diǎn)；而且裝調(diào)簡便，使用可靠。

3.1? TC787工作原理

TC787內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖可知，在其內(nèi)部集成有三個(gè)過零和極性檢測單元、三個(gè)鋸齒波形成單元、三個(gè)比較器、一個(gè)脈沖發(fā)生器、一個(gè)抗干擾鎖定電路、一個(gè)脈沖形成電路、一個(gè)脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。它們的工作原理可簡述為：經(jīng)濾波后的三相同步電壓通過過零和極性檢測單元檢測出零點(diǎn)和極性后，作為內(nèi)部三個(gè)恒流源的控制信號(hào)。三個(gè)恒流源輸出的恒值電流給三個(gè)等值電容Ca、Cb、Cc恒流充電，形成良好的等斜率鋸齒波。鋸齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓Vr比較后取得交相點(diǎn)，該交相點(diǎn)經(jīng)集成電路內(nèi)部的抗干擾鎖定電路鎖定，保證交相唯一而穩(wěn)定，使交相點(diǎn)以后的鋸齒波或移相電壓的波動(dòng)不影響輸出。該交相信號(hào)與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同步信號(hào)相位對應(yīng)且與移相電壓大小適應(yīng)的脈沖信號(hào)送到脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。引腳5是輸出禁止端，當(dāng)系統(tǒng)未發(fā)生過電流、過電壓或其它非正常情況，則引腳5禁止端為低電平，此時(shí)脈沖分配電路根據(jù)用戶在引腳6設(shè)定的狀態(tài)完成雙脈沖(引腳6為高電平)或單脈沖(引腳6為低電平)的分配功能，并經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路功率放大后輸出，一旦系統(tǒng)發(fā)生過電流、過電壓或其它非正常情況，則引腳5輸出高電平，脈沖分配和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的邏輯電路動(dòng)作，封鎖脈沖輸出，確保集成電路的6個(gè)引腳12、11、10、9、8、7輸出全為低電平。

圖2 ?TC787原理圖

3.2? TC787各引腳功能描述

（1）引腳 18、1、2分別為三相同步電壓 Va、Vb、Vc輸入端，應(yīng)用中分別接同步變壓器副邊的同步電壓，同步變壓器的原邊來自于發(fā)電機(jī)的端電壓。同步電壓的峰值應(yīng)不超過TC787的工作電源電壓VDD。

（2）引腳 12、10、8、9、7和 11是脈沖輸出端。其中引腳12、10和 8分別控制上半橋臂的 A、B、C相晶閘管；引腳9、7和11分別控制下半橋臂的 －A、－B和 －C相 晶閘管。

（3）引腳5為輸出脈沖禁止端。該端用來在故障狀態(tài)下封鎖TC787的輸出，高電平有效。

（4）引腳16、15和14分別為產(chǎn)生相對于 A、B和C相同步電壓的鋸齒波充電電容連接端，電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值。

?（5）引腳6為工作方式設(shè)置端。當(dāng)該端接高電平時(shí)，TC787輸出雙窄脈沖；當(dāng)該端接低電平時(shí)，輸出單寬脈沖。

（6）引腳4為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著TC787輸出脈沖的移相范圍，其電壓幅值最大為TC787的工作電源電壓VDD。

（7）引腳13為觸發(fā)脈沖寬度調(diào)節(jié)電容Cx，該電容的容量決定著TC787輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，輸出脈沖寬度越寬。

（8）引腳17為正電源VDD輸入端，引腳3為負(fù)電源Vss輸入端。單電源工作時(shí)引腳3接地，而引腳17允許施加的電壓為8～18V。雙電源工作時(shí)，引腳3接負(fù)電源，其允許施加的電壓幅值為-4～-9V，引腳17接正電源，允許施加的電壓為+4～+9V。

3.3? TC787在六相整流電路中的應(yīng)用

圖3為TC787在六相整流電路中的應(yīng)用電路，圖中電容C1~C3為隔直耦合電容，而C4~C6為濾波電容，它與R1~R3構(gòu)成濾去同步電壓中毛刺的環(huán)節(jié)。另一方面隨RP1~RP3三個(gè)電位器的不同調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)0~60°的移相，從而適應(yīng)不同主變壓器接法的需要。在同步信號(hào)為400HZ時(shí)，鋸齒波充電電容建議采用0.015μF電容，相對誤差小于5%，以鋸齒波線性好，幅度大，不平頂為宜，幅度小可減小電容值，產(chǎn)生平頂則增大電容值。引腳13端連接的電容Cx容量決定著TC787輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，則脈沖寬度越寬，在同步信號(hào)為400HZ時(shí)，建議采用820pF電容。

圖3? TC787應(yīng)用電路

4． 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路

TC787的引腳4為移相控制電壓輸入端，該端電壓的高低直接決定著TC787輸出脈沖的移項(xiàng)角度。在應(yīng)用中為使系統(tǒng)在不同的負(fù)載下輸出恒定的電壓，需要電路能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出脈沖的移項(xiàng)角度。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)調(diào)節(jié)電路如圖4所示。電路輸出電壓經(jīng)過電阻分壓后與給定電壓進(jìn)行比較，其偏差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后輸出到TC787的移項(xiàng)控制電壓輸入端。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，V02點(diǎn)的電壓也升高，從而使移項(xiàng)控制電壓升高，晶閘管的觸發(fā)角增大，從而使輸出電壓降低；反之，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，V02點(diǎn)的電壓也降低，從而使移項(xiàng)控制電壓降低，晶閘管的觸發(fā)角減小，從而使輸出電壓升高。

圖4 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路

5． 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以TC787為核心的六相整流電路的設(shè)計(jì)取得了理想的結(jié)果，圖5是發(fā)電機(jī)空載和滿載的輸出電壓波形，表一為現(xiàn)場測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由波形圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，電機(jī)負(fù)載由0％~100％加載過程中發(fā)電機(jī)輸出電壓始終在 V，滿足系統(tǒng)的要求，說明控制性能良好。

圖5 發(fā)電機(jī)輸出電壓波形（a:空載波形；b:滿載波形）

表一? 現(xiàn)場測試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6． 結(jié)論

本文根據(jù)電壓大電流電路的應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了六相可控整流電路，并通過一臺(tái)6KW的永磁同步電機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明該設(shè)計(jì)方案是可行的。