基于TC787的六相可控整流電路的設計

摘??要：介紹了六相可控整流電路的特點及其具體的應用電路，詳細介紹了TC787的工作原理，并給出了其應用于六相可控整流的應用電路。通過一臺6KW永磁同步發(fā)電機進行實驗，證明該設計方法是可行的。
關鍵詞：6相可控整流；TC787；PI調(diào)節(jié)

1． 引言

在一些特殊應用中，如冶金、電化學、電動汽車等，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)主電路結構

系統(tǒng)的供電電源由永磁同步發(fā)電機提供，該永磁同步發(fā)電機為雙Y移 繞組結構，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IC工藝設計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、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；而且裝調(diào)簡便，使用可靠。

3.1? TC787工作原理

TC787內(nèi)部結構如圖2所示。由圖可知，在其內(nèi)部集成有三個過零和極性檢測單元、三個鋸齒波形成單元、三個比較器、一個脈沖發(fā)生器、一個抗干擾鎖定電路、一個脈沖形成電路、一個脈沖分配及驅(qū)動電路。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和極性后，作為內(nèi)部三個恒流源的控制信號。三個恒流源輸出的恒值電流給三個等值電容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，該交相點經(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，使交相點以后的鋸齒波或移相電壓的波動不影響輸出。該交相信號與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號經(jīng)脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同步信號相位對應且與移相電壓大小適應的脈沖信號送到脈沖分配及驅(qū)動電路。引腳5是輸出禁止端，當系統(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，此時脈沖分配電路根據(jù)用戶在引腳6設定的狀態(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)動電路內(nèi)部的邏輯電路動作，封鎖脈沖輸出，確保集成電路的6個引腳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)電機的端電壓。同步電壓的峰值應不超過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為工作方式設置端。當該端接高電平時，TC787輸出雙窄脈沖；當該端接低電平時，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為負電源Vss輸入端。單電源工作時引腳3接地，而引腳17允許施加的電壓為8～18V。雙電源工作時，引腳3接負電源，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用

圖3為TC787在六相整流電路中的應用電路，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構成濾去同步電壓中毛刺的環(huán)節(jié)。另一方面隨RP1~RP3三個電位器的不同調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)0~60°的移相，從而適應不同主變壓器接法的需要。在同步信號為400HZ時，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，在同步信號為400HZ時，建議采用820pF電容。

圖3? TC787應用電路

4． 自動電壓調(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輸出脈沖的移項角度。在應用中為使系統(tǒng)在不同的負載下輸出恒定的電壓，需要電路能夠自動調(diào)節(jié)輸出脈沖的移項角度。本文設計的自動調(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行比較，其偏差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后輸出到TC787的移項控制電壓輸入端。當輸出電壓升高時，V02點的電壓也升高，從而使移項控制電壓升高，晶閘管的觸發(fā)角增大，從而使輸出電壓降低；反之，當輸出電壓降低時，V02點的電壓也降低，從而使移項控制電壓降低，晶閘管的觸發(fā)角減小，從而使輸出電壓升高。

圖4 自動電壓調(diào)節(jié)電路

5． 實驗結果

以TC787為核心的六相整流電路的設計取得了理想的結果，圖5是發(fā)電機空載和滿載的輸出電壓波形，表一為現(xiàn)場測得的實驗數(shù)據(jù)。由波形圖和實驗數(shù)據(jù)可以看出，電機負載由0％~100％加載過程中發(fā)電機輸出電壓始終在 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)場測試的實驗數(shù)據(jù)

6． 結論

本文根據(jù)電壓大電流電路的應用特點，設計了六相可控整流電路，并通過一臺6KW的永磁同步電機進行驗證，取得了良好的實驗結果，說明該設計方案是可行的。