电力电子(西门子TCA785集成触发电路的直流电机调速系统) 课程设计

1、成绩： 河南机电高等专科学校课程设计报告书电力电子技术及应用课题名称：西门子TCA785集成触发电路的直流电机调速系统 专业班级： 电气自动化自083姓 名： 黄 平 继 学 号： 0 8 1 4 1 5 3 43 2010 年 06 月 26 日设 计 任 务 书课题简介：西门子TCA785集成触发电路具有很强的实践应用价值，在直流电机调速系统中应用广泛。本设计要求西门子TCA785集成触发电路完成一个直流电机调速系统。用220V交流电源给主电路供电，利用整流电路对220V交流进行整流成30V直流，在利用稳压器输出15V直流电压，对控制电路供电。最后通过调节电位器RP1、RP2改变导通角的大

2、小以实现对直流电机的速度。技术要求：（1）了解TCA785的工作原理和引脚功能； （2）完成TCA785集成触发电路的调试；（3）构成直流电机调速系统，并完成各点波形和对应不同角度下的速度测试；（4）画出电气原理图。目 录1. 设计思路12. 主电路和控制电路设计23. 系统调试和测试结果44. 心得体会7 参考文献71. 设计思路主电路是单相全控整流电路：单相全控整流电路输出电流波动小，功率因数高，变压器二次侧电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化现象,变压器利用效率高的特点 。而单相半控整流电路虽然线路简单.调整方便，但它的输出电压波动大，负载电流脉冲大（接电阻性负载时）。 单相全控整流电

3、路输出平均电压是半波整流电路的2倍，在相同负载情况下过晶闸平均电流减小一半；且功率因数提高一半，单向半波整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合更多使用的是单相全控整流电路。 控制电路单相晶闸管触发电路（TCA785） TCA785是一个专用触发脉冲形成器集成电路，它可应用内部恒流源给外接电容充电，也可把内部恒流源的电流设定为零，应用外部恒流源给外接电容充电形成锯齿波，这给应用TCA785构成适应宽频，率范围变化的晶闸管触发器奠定了坚实的基础。与其他芯片相比，TCA785具有温度适用范围宽，对同步交流电源过零点的识别更加可靠，因而可方便用作过零触发，而构成的零点开，具有较宽的适用范

4、围，可用来触发普通晶闸管.快速晶闸管.双向晶闸管及作为功率晶闸管的控制脉冲，较高的实用性，而且由于其输出脉冲宽度可以手动调节，得到广泛的使用。2. 主电路和控制电路设计（一） 课程设计目的（1） 加深理解锯齿波集成同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。（2） 掌握西门子的Tca785集成锯齿波同步移相触发电路的调试方法。（二） 课程设计所需挂件及附件序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块2DJK03-1晶闸管触发电路该挂件包含“单相集成触发电路”等模块3双踪示波器自备（三） 课程设计线路及原理西门子TCA785集成电路的内部框图如图3-3所示。TCA785

5、集成块内部主要有“同步寄存器”、“基准电源”、“及传播形成电路”、“移相电压”和“锯齿比较电路”和“逻辑控制功率放大”等功能模块组成。同步信号从TCA785集成电路的第5脚输入，“过0检测”部分对同步电压信号检测，当检测到同步信号过0 时，信号送“同步寄存器”。 “同步寄存器”输出控制锯齿波发生电路，锯齿波斜率大小由第9脚外接电阻和第10脚外接电容界定；输出脉冲宽度由12脚外接电容的大小决定。14、15脚输出对应负半周和正半周的触发脉冲，移相控制电压从11脚输入。图3-3 西门子TCA785集成电路的内部框图电位器RP1、RP2均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有测试信

6、号都在面板上引出。（四） （1）TCA785集成移相触发电路的调试。（2）TCA785集成移相触发电路歌点波形的观察和分析。图3-4 TCA785集成移相触发电路的主电路控制电路图如3-5接入：图3-5 TCA785集成移相触发电路的控制电路 3. 系统调试和测试结果课程设计方法(1)将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V+/-10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控

7、制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将220V交流电压接到DJK03-1的“外接220V端，按下“启动按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器一路探头观测15V的同步电压信号，另一路探头观测TCA785触发电路，同步信号“1”点的波形，“2”点的锯齿波，调节斜率电位器RP1，观察“2”点的锯齿波的斜率变化，“3”，“4”互差180的触发脉冲；最后观察输出的四路触发电压波形，其能否在30度170度范围内移相。同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原

8、因。观察“2”点的锯齿波波形，调节电位器RP1，观察“2”点锯齿波斜率的变化。观察“3”点，“4”两点输出脉冲的波形，记下各波形的幅值与宽度。（3） 调节触发脉冲的移相范围。 调节RP2电位器，用示波器观察同步电压信号和“3”点U3的波形，观察和记录触发脉冲的移相范围。（4） 调节电位器RP2使=60，观察并记录U1-U4及输出“G,K冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中（可在示波器上直接读出，读数时应将示波器的”V/DIV和“T/DIV”微调旋钮旋到校准位置）。（5）各点电压U1U2U3U4幅值（V）52.8 52.8 52.8 52.8宽度（MS）20202020<1>

9、; 在实验过程中当测“2”点波形是示波器上显示的是锯齿波，调节电位器RP1改变波形的斜率，当波形斜率减小到一定是电动机停止转动，晶闸管不导通。之所以出现这种情况是因为当波形斜率减小到一定程度时通过晶闸管的触发电流小于晶闸管的掣住电流，所以晶闸管不导通，电动机不会转动<2> 控制电路的供电电压极性正确的连接时电动机正常工作，这时把此时的极性反过来接电动机不工作的问题分析及解决办法：表1 三片TAC785引脚及其对应的晶闸管TCA785引脚      晶闸管     晶闸管 785（A）15脚&#

10、160;     T1         T6 785（C）14脚      T2         T1 785（B）15脚      T3         T2 785（A）14脚   &#

11、160;  T4         T3 785（C）15脚      T5         T4 785（B）14脚      T6         T5其它晶闸管的分析与此类似，即用相应的线电压代替相电压作为同步信号。图所示是一个周期的驱动时序。从

12、相的自然换流点开始，上、下桥臂晶闸管驱动顺序分别为：和。     实验发现，如果直接利用同步变压器的输出作为同步信号，只能在一种输入相序（正序或者逆序）下工作，一旦输入相序接法改变，整流就不能正常进行。当输入相序为正序时，根据前述接线方法，可以使相控整流正常工作，但是当输入相序变为逆序、时，（）的同步信号变为，（）的同步信号将变为，（）的同步信号变为，而芯片的输出与晶闸管的对应关系不变，于是，此时上、下桥臂晶闸管的驱动顺序将分别变为：和，而正确的驱动顺序应当为：和。可见，实际的驱动顺序比正确的驱动顺序超前°，此时运行就会出现故障。在实验中发现，

13、当输入接成逆序时会出现一相进线没有电流的情况，且装置启动时直流平波电抗器有振动，这在电源输出功率过大时会损坏晶闸管。   实际上，由于三相全控桥式整流各管可以互换，因此通过改进同步信号获取电路即可做到整流与输入相序无关，从而防止了相序接错损坏晶闸管的问题，同时还可提高调试效率。通过分析发现，当输入为逆序时，接到（）上的同步信号应该是，而接到（）上的同步信号应该是，（）上的同步信号应该是，这正好比实际超前了°，因此，如果将同步变压器副方与连接改为图所示电路，并通过个常开节点的直流继电器将同步变压器与个的同步输入端相连接，个标为的继电器为一组，个标为的继电器

14、为一组，每组继电器同时打开或者同时闭合。那么，实现任何输入相序下整流控制电路触发脉冲的正确顺序就只需要使与组中相位滞后°的那一组导通来提供同步信号即可。波形如下图：的过零点振动问题及解决方法 三相全控桥式整流进线电流是一种不连续的兔耳状尖峰电流。当电源阻性负载较重（阻性电流大于）时，由于需要大量的有功功率，因此该尖峰电流峰值较大（如本装置尖峰电流峰值达到）。尖峰电流在电源进线电阻上会产生一定的压降。该电流产生的压降与输入正弦波叠加后送到同步变压器输入端，可作为同步信号提供给芯片。实验发现，该叠加电压在过零点附近存在抖动现象。由于对过零点检测极为灵敏，从而导致芯片第脚锯齿波斜边也发生抖动，这样，由输出反馈到脚的控制电压即使没有改变，输出的驱动脉冲也会存在移相，引起的结果是进线电流峰值变化很大，进而在直流平波电抗器上引起强烈的振动，甚至对电网造成冲击。解决的办法是在进线处加上个电感滤波，以平滑进线电流，滤除谐波。本装置取左右的电感，而同步信号依然从电网侧获取。实验证明：该装置会使电流振动现象消失4. 心得体会1加深理解了锯齿波集成电路同步移相触发电路的工作原理。2认识到用电阻