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1、西安科技大学高新学院 毕业设计论文锯齿波同步移相触发电路系 别: 机电信息学院专业名称: 电气自动化技术学 号: 1001210259学生姓名: 指导教师: 指导单位: 西安科技大学高新学院完成时间: 2013年6月12日 任务书题目名称锯齿波同步移相触发电路的设计设计目的锯齿波同步移相触发电路的设计。设计目的如下：1. 进一步了解锯齿波整流电路的组成 结构 工作原理；2. 重点理解移相电路的功能 结构 工作原理；3. 理解同步变压器的功能。设计要求1. 根据课题正确选择电路形式；2绘制完整电气原理图；3详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元 器件值；4编制使用说明书，介绍适用范围和使
2、用注意事项。成果形式所选电路原理说明，触发电路设计，电路参数计算及元件选取，保护电路设计。设计（撰写）地点西安科技大学高新学院起止时间2013年5 月6日至 2013年 6月 12日指导单位西安科技大学高新学院指导教师年 月 日审核意见审核签名年 月 日锯齿波同步移相触发电路 摘要本课程设计说明书主要包括全控整流电路的触发电路设计方案的选择；全控整流主电路原理及单元电路原理的说明；参数计算；适用范围及使用注意事项等内容。电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技
3、术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用关键字：锯齿波 整流电路 触发电路。Sawtooth wave synchronous trigger circuitAbstractThe content that the abstract designs originally time charges commutation circuit for the sawtooth wav
4、e moves triggering three-phase crystal brake Guan Quan each other. The person includes three major components: Betoken circuit , trigger circuit, synchro transformer. .The commutation circuit being one of major component circuit is to change to exchanging electric energy into direct current energy ,
5、 implements looking at and appraising controllable direct current pressure , realization changing control technique but the invariant alternating voltage being shifted for size charging commutation each other to the rectifier that crystal brake is composed of. It can substitute the tradition direct-
6、current generating set realizing the continuous current dynamo speed regulation.Crystal brake Guan Xiang charges commutation for having the structure simplicity , controls the characteristic that the function stabilizes conveniently,make use of it may get the big , small and medium, various capaciti
7、es direct current energy conveniently , the quilt applies to fields such as machine tool , steel rolling , paper making , spinning and weaving , electrolysis , electroplating therefore broadly.Keywords: sawtooth wave rectifier circuit trigger circuit.目录1 绪论51.1锯齿波同步移相触发电路技术概况及其优点意义51.2锯齿波同步移相触发电路的现状
8、、发展、以及特点51.3设计意义62. 锯齿波同步移相触发电路的设计82.1 主电路原理说明82.2实验原理92.3触发电路工作原理92.3.1 锯齿波的形成、脉冲移相环节102.3.2 脉冲形成环节102.3.3 同步环节112.3.4 双窄脉冲形成环节122.4触发电源（15）电路132.5励磁电源电路133电路参数计算和元器件选取143.1主电路参数的计算143.1.1整流变压器的选择143.1.2额定电压的选择：153.1.3额定电流的选择：154. 保护电路154.1晶闸管的保护154.2过电压保护164.3过电流保护:165电路仿真176调试196.1波形、数据及分析196.2调试
9、过程存在问题分析及解决措施21设 计 体 会22附录：总体电路原理图23参 考 文 献24 1 绪论1.1锯齿波同步移相触发电路技术概况及其优点意义电力电子技术横跨电力，电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电子实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于农业生产，国防，交通，能源和人民生活等国计民生的各个领域，有着极其广泛的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。电力电子技术在电力系统中的应用也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定，降低运行风险，节约运行成本方面有很大潜力。在电力
10、电子电路中能实现电能的变换的开关电子器件称为电力电子器件，从广义上讲，电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。电力电子器件是电力电子技术及其应用系统的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。1.2锯齿波同步移相触发电路的现状、发展、以及特点晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路为保证相控电路正常工
11、作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。锯齿波同步触发电路，基本构成与正弦波触发器类似，包括同步移相、脉冲形成与脉冲输出三大基本部分。其不同之处在于以锯齿波同步信号电压代替正弦波同步信号电压，以增强了双脉冲环节及强触发环节等辅助环节。1.3设计意义电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。
12、伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。、2. 锯齿波同步移相触发电路的设计2.1 主电路原理说明2.2实验原理脉冲形成环节由V4,V5组成,V6,V7起脉冲放大作用.控制电压Uco加在V4基极上,电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出,其一次绕组接在V7集电极电路中. 当控制电压Uco=0时,V4截止. +E1(+15V)电源通过R11供给V5一个足够大的基极电流,使V5饱和导通,所以V5的集电极电压Uc5一个足
13、够大的基极电流,使V5 饱和导通,所以V5的集电极电压Uc5接近于-U1(15V).V6,V7处于截止状态,无脉冲输出.另外,电源的+E1(15V)经R0,V5发射极到-E(-15V),对电容C3充电,充满后电容两段电压接近2E1(30V),极性如图所示: 当控制电压Uco=0.7V时,V4导通,A点电位由+E1(+15V)迅速降低到1.0V左右,由于电压C3两端电压不能突变,所以V5基极电位迅速降低到-2E1(-30V),由于V5发射结反偏置V5立即截止.它的集电极电压由-E1迅速上升到钳位电压+1.4V(V6,V7两个PN结正向压降之和),于是V7导通,输出触发脉冲.同时电容C3经电源+E
14、1,R11,VD4,V4放电和反向充电 ,使V5基极电位逐渐上升,直到Ub5-E1(-15V),V5又重新导通.这时Uc5又立即降低到-E1,使V7截止,输出脉冲终止.可见,脉冲前沿由V4导通时刻确定,V5(或者V6)截止持续时间即为脉冲宽度.所以脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11,C3有关 2.3触发电路工作原理晶闸管的触发条件晶闸管需要在其阳极加上正向电压，并且还须在门极与阴极之间加上触发电压才能导通。触发电压给出的时刻决定了晶闸管导通的时刻，通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小（因为ud=2.34U2cos (0-Uc,T5又重新导通，使T7、T8截止，输出脉冲
15、终止。输出、脉冲前沿由T4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。2.3.3 同步环节 同步就是要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。锯齿波是由开关管T2来控制的。T2由导通变截止期间产生锯齿波，T2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，T2开关的频率就是锯齿波的频率。同步环节是由同步变压器TB和作同步开关用的晶体管T2组成。同步变压器和整流变压器接在同一电源上，用同步变压器的二次电压来控制它的通、断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。 （ 图11） 同步变压器TB二次电压uTB经二极管D1间接加在T2的基极上。当二次电压波形在负半周的下降段时，D1导
16、通，电容C1被迅速充电。因O点接地为零电位，R点为负电位，Q点电位与R点相近，故在这一阶段T2基极为反向偏置而截止。在负半周的上升段，+15V电源通过R1给电容C1反向充电，uQ为电容反向充电波形，其上升速度比u TB波形慢，故D1截止。当Q点电位达1.4V时，T2导通，Q点电位被钳位在1.4V。直到TB二次电压的下一个负半周到来时，D1重新导通，C1迅速放电后又被充电，T2截止，如此周而复始。在一个正弦波周期内，T2包括截止与导通两个状态，对应锯齿波波形恰好是一个周期，与主电路电源频率和相位完全同步，达到同步的目的。2.3.4 双窄脉冲形成环节产生双脉冲的方法有两种，一种是每个触发电路有每个
17、周期内只产生一个脉冲，脉冲输出电路同时触发两个桥臂的晶闸管，这称为外双脉冲触发。另一种方案是每个触发电路在一个周期内连续出现个相隔60的窄脉冲，脉冲输出电路只触发一个晶闸管，这称为内双脉冲触发。内双脉冲是目前应用最多的一种触发方式。T5、T6构成或门。当T5、T6都导通时，T7、T8截止，没有脉冲输出。只要T5、T6有一个截止，都会使T7、T8导通，有脉冲输出。所以只要用适当的信号来控制T5或T6的截止，就可以主生符合要求的脉冲。其中，第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角所产生，使T4由截止变为导通，T5瞬时截止，于是T8输出脉冲。相隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元主
18、生，在其生成第一个脉冲时刻将其信号引至本相触发单元的基极，使T6瞬时截止，于是本相触发单元的T8管又导通，第二次输出一个脉冲，因现时得到间隔60的双脉冲。其中D4和R17和作用主要是防止双脉冲信号互相干扰。其连接框图如图12所示。 （ 图12）在三相桥式全控整流电路中，器件的导通次序为T1T2T3T4T5T6，彼此间隔60。本相触发电路输出脉冲时X端发出信号给相邻前相触发电路Y端，使前相触发电路补发一个脉冲。2.4触发电源（15）电路（图13触发电源电路）其输入瑞分别与主电路和地相连，经TF1得到AC12V电压，再经D1整流，稳压器稳压，电容滤波，最后得到稳定的+15V电压。2.5励磁电源电路
19、（图14励磁电源电路）其输入瑞分别与主电路和地相连，经TF2得到AC110V电压，再经D2整流，电容、电感滤波，最后得到110V直流励磁电压Uf。3电路参数计算和元器件选取3.1主电路参数的计算3.1.1整流变压器的选择整流变压器的基本参数是二次侧相电压与变压器容量。(1)二次侧相电压U2的计算U2=（KUdmax）/（ACOSmin） (取Udmax=UN=300V,R=500，A=2.34，=0.9，min=300)代入式得：U2=（1 300）/（2.340.9COS300） =164.47V (2) 二次侧相电流I2和一次侧电流I1的计算对于三相全控桥有 Id=Ud/R=300/500
20、=0.6A I2=0.8160.6=0.4896AI1=1/KId/1.22=1/1.3380.6/1.22 =0.367A(K=U1/U2=220/164.47=1.338; Id/I2=1.22)(3)变压器容量变压器初级容量S1，次级容量S2分别为：S1=m1U1I1 S2=m2U2I2 变压器的容量为：S=1/2（S1+S2） 式中，m1,m2为初、次级的相数，都为3。 将U1，U2，I1，I2代入式中得：S1=32200.367=242.22VAS2=3164.470.49896=241.57VAS=1/2（242.22+241.57）=241.895VA从上述数据可得变压器的参数：
21、 变压器参数：相 数接 线容量（VA）一次侧电压 （V）一次侧电流（A）二次侧电压 （V）二次侧电流 （A）3D，y1241.8952200.637164.47待添加的隐藏文字内容30.48963.1.2额定电压的选择：根据晶闸管承受的正向或反向峰值电压UTm在乘以安全系数23倍,即UTN=（23）UTm。参照标准电压系数，确定晶闸管的额定电压UTm。由三相全控桥整流变压器接成D/Y型式，则UTm=1006 即：UIN=(23)UTm=(23)*2.45*300=14702205V，取UTN=2200V。3.1.3额定电流的选择： 原则：晶闸管允许通过的额定电流有效值ITN应大于实际流过晶闸管
22、的电流有效值在IT，为使晶闸管不因过热而损坏，应用1.52倍的安全裕量。即 ITN=（1.52）IT/1.57 按串入足够电感量的电抗器，电流连续且平直考虑，则流过晶闸管的电流有效值IT为： IT=Id 则IT=（1.52）IT/1.57=（1.52）0.6/1.57=0.5730.764A 取IT=1A 故，选择的晶闸管的型号为：KP12200型晶闸管4. 保护电路4.1晶闸管的保护晶闸管元件的主要弱点是承受过电流和过电压的能力很差，即使短时间的过流和过电压，也可能导致晶闸管的损坏，所以必须对它采用适当的保护措施。晶闸管的保护电路，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如，
23、R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。4.2过电压保护过电压可能导致晶闸管的击穿，其主要原因是由于电路中电感元件的通断、熔断器熔断或晶闸管在导通与截止间的转换。对过压保护可采用两种措施阻容保护 阻容保护是电阻和电容串联后，接在晶闸管电路中的一种过电压保护方式，其实质是利用电容器两端电压不能突变和电容器的电场储能以及电阻使耗能元件的特性，把过电压的能量变成电场能量储存在电场中，并利用电阻把这部分能
24、量消耗掉。4.3过电流保护: 当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进行适当的过电流保护。采用快速熔断器作过电流保护，其接线图（见图）。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不合适，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断，保护晶闸管，起到保护作用。最好的办法是晶闸管元件上直接串快熔，因流过快熔电流和晶闸管的电流相
25、同，所以对元件的保护作用最好，这里就应用这一方法。快熔抑制过电流电路图如下图所示： ( 快熔抑制过电流)当熔和晶闸管串联使用时，快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值，快熔的额定电流IkR是用有效值来表示的，一般可按下式选取： 1.57ITIkRIk 式中，Ik 晶闸管的实际工作电流有效值； IT晶闸管的额定电流。因为晶闸管的额定电流 IT =2A所以 1.57IT=1.572A=3.14A所以所选熔断器为： RS13六个。5电路仿真TP2：TP3：TP4：TP5：TP6：TP7：6调试6.1波形、数据及分析1）整定移相控制电压Uco0V，偏移电压Up4V。调斜率电位器RP3，改变锯齿波
26、的上升斜率，使测试点TP7的脉冲前沿在检测点TP3的锯齿波形中央，见图23。以后偏移电位器RP2,斜率电位器RP3不用调整。图23：将输出脉冲整定在锯齿波的中央2以图21中的0作为参考点。改变移相控制电压Uco08V，脉冲的移相范围D=090.3)以图2-1中的0点为参考点。用双线示波器观测检测点TP1TP7在一个工作周期中的波形，测量波形的正负电压值，波形的周期，对齐相位，全部记录在图22中。4）测绘移相控制特性，用完用表支流电压挡测量土2-1中的移相控制电压Uco。用示波器观测TP7的脉冲，记录在表2-1中。作出a=f（Uco）移相控制特性的函数曲线。绘制在图2-4中。5）两板连接测量补脉
27、冲：A，B两板地线相连，A板补脉冲输出点接B板脉冲输入点，观察记录B板上G，K两点之间的波形（应有双脉冲输出），判断何为补脉冲。图2-4 测绘移相控制特性f(Uco)6.2调试过程存在问题分析及解决措施在调试的过程中，一开始时比较正常，很容易就检测到了TP1和TP2的波形。但是，当用示波器显示TP3的时候就发现没有波形。之后的TP4TP7也一样没有波形。经过检测，我们发现稳压管两端电压居然高于5V，正常应该在3.6V左右，于是我们找老师换了一个新的稳压管。但换上新的稳压管后还是测不出波形。我们又从新检测其他所有器件，后来发现，在V2的基极是有波形的，而到V3的基极就没有波形了，而同支路的其他各
28、点电压都正常。所以，我们决定，将V2元件拆下来进行检验。果然，检验后发现原来这个二极管的放大倍数很小，并不满足要求。于是，换来新管，进行更换。更换后，检测TP3，示波器上显示出波形，但那却是不正确的，这让我们挺沮丧。光检测就花了我们大量时间，后来决定把一些器件拆下来重新焊接过，用万用表再检测一下元件，而且可以避免出现虚焊等情况，重新焊接后用二极管档检测了所有元件的每个脚与电路板都是道通，依然无法检测出波形。信心再次大受打击。这时我们又接上电路重新再一次全面检查，这一次我们发现稳压管两端的电压竟然接近零，估计是被击穿了，我们马上找了老师再次换上新的稳压管并检查了一遍，这次稳压管的电压3.5V，是
29、正确的数字，于是我们再次接上示波器，检测了TP3的波形。终于皇天不负苦心人，这次示波器现实出了正确的波形并且很完美。接下去的TP4-TP7都能显示出正确的结果。设 计 体 会通过这次设计,虽不敢说受益匪浅,但对课程有了更进一步的了解.开始一个人搞啊 ,还有点急手 ,可能我有点苯吧.后来加入他们一组,和他们一起讨论讨论 ,不懂的问问,看看书啊或查查电脑之类的还有点收获.这本课程设计可能有地方与其他相同,其实有些图啊之类的借鉴了.做课程设计无非就是把书本里所学的东西运用到实际罢了,把理论与实际结合起来.可以说是对综合知识的融合贯通,可能我还有好多地方不懂,不过同过这种做课程设计的方式还不错,我们可以自己尝式为自己定设计任务,多想想,就多查查啊,东西就渐渐学到了.总之体会到好处,做完了还感觉不错,心情上的.附录：总体电路原理图参 考 文 献1.浣喜明、姚为正，电力电子技术M，北京：高等教育出版， 20042.清源计算机工作室， Protel99SE原理图与PCB及仿真M,北京：机械工业出版社， 20043.方承远，电气控制技术（第2版）M，北京：机械工业出版社， 20064.胡宴如，模拟电子技术（第2版）M，北京：高等教育出版，20045.赵清、于喜洹，新电工识图M，北京：电子工业出版社，20056.许晓峰，电机及拖动（第2版）M，北京：高等教育出版，2004
